Co je 5G LAN?

Autor: Ulink Media

Každý by měl být obeznámen s 5G, což je vývoj 4G a naše nejnovější technologie mobilní komunikace.

Pokud jde o lokální síť (LAN), měli byste být s ní lépe obeznámeni. Její celý název je lokální síť neboli LAN. Naše domácí síť, stejně jako síť v kanceláři, je v podstatě LAN. V případě bezdrátové Wi-Fi se jedná o bezdrátovou lokální síť (WLAN).

Proč tedy říkám, že 5G LAN je zajímavá?

5G je široká mobilní síť, zatímco LAN je datová síť pro malou oblast. Zdá se, že tyto dvě technologie spolu nesouvisejí.

Jinými slovy, 5G a LAN jsou dvě slova, která každý zná odděleně. Ale dohromady je to trochu matoucí. Není to tak?

5G LAN, co to přesně je?

Ve skutečnosti 5G LAN, zjednodušeně řečeno, znamená využití technologie 5G k „seskupování“ a „budování“ terminálů za účelem vytvoření sítě LAN.

Každý má 5G telefon. Všimli jste si někdy, že když používáte 5G telefony, nedokáže vyhledat vaše přátele, i když jsou blízko sebe (ani tváří v tvář)? Můžete spolu komunikovat, protože data tečou až na servery vašeho operátora nebo poskytovatele internetových služeb.

U základnových stanic jsou všechny mobilní terminály od sebe „izolovány“. To je z bezpečnostních důvodů založeno na tom, že telefony používají své vlastní kanály a vzájemně se neruší.

LAN na druhou stranu propojuje terminály (mobilní telefony, počítače atd.) v určité oblasti a vytváří tak „skupinu“. To nejen usnadňuje přenos dat mezi nimi, ale také šetří místo pro přístup do extranetu.

V místní síti LAN se terminály mohou navzájem lokalizovat na základě svých MAC adres (komunikace vrstvy 2). Pro přístup k externí síti je nutné nastavit router, který prostřednictvím IP adresy umožňuje také směrování dovnitř a ven (komunikace vrstvy 3).

Jak všichni víme, „4G změní naše životy a 5G změní naši společnost“. Jakožto v současnosti nejrozšířenější technologie mobilní komunikace nese 5G poslání „internetu všeho a digitální transformace stovek linek a tisíců odvětví“, které musí uživatelům ve vertikálních odvětvích pomoci se připojit.

5G proto nemůže pouze propojit každý terminál s cloudem, ale také realizovat „blízké spojení“ mezi terminály.

Proto ve standardu 3GPP R16 zavedla 5G LAN tuto novou funkci.

Principy a charakteristiky 5G LAN

V síti 5G mohou administrátoři upravovat data v databázi uživatelů (prvky sítě UDM), podepisovat servisní smlouvu se zadaným číslem UE a poté je rozdělovat do stejných nebo různých skupin virtuálních sítí (VN).

Uživatelská databáze poskytuje informace o skupinách virtuálních čísel terminálů a zásady přístupu prvkům řídicí sítě (SMF, AMF, PCF atd.) 5G páteřní sítě (5GC). Řídicí NE kombinuje tyto informace a pravidla zásad do různých LAN. Jedná se o 5G LAN.

5G LAN podporuje komunikaci na vrstvě 2 (stejný segment sítě, přímý přístup k ostatním) i komunikaci na vrstvě 3 (napříč segmenty sítě s pomocí směrování). 5G LAN podporuje unicast, multicast a broadcast. Stručně řečeno, režim vzájemného přístupu je velmi flexibilní a síťování je velmi jednoduché.

Z hlediska rozsahu podporuje 5G LAN komunikaci mezi stejným UPF (prvkem sítě na straně médií v rámci páteřní sítě 5G) a různými UPF. To se rovná prolomení limitu fyzické vzdálenosti mezi terminály (dokážou spolu komunikovat i Peking a Šanghaj).

Zejména sítě 5G LAN se mohou připojit ke stávajícím datovým sítím uživatelů za účelem plug and play a vzájemného přístupu.

Aplikační scénáře a výhody 5G LAN

5G LAN umožňuje seskupování a propojení mezi určenými 5G terminály, což výrazně usnadňuje budování mobilnější LAN sítě pro podniky. Mnoho čtenářů se jistě ptá, zda není mobilita možná již se stávající technologií Wi-Fi? Proč je potřeba 5G LAN?

Neboj se, pojďme dál.

Lokální sítě umožněné sítí 5G LAN mohou pomoci podnikům, školám, vládám a rodinám lépe komunikovat s terminály v regionu. Lze je využít v kancelářské síti, ale jejich větší hodnota spočívá v transformaci výrobního prostředí parku a transformaci základní sítě výrobních podniků, jako je průmyslová výroba, přístavní terminály a energetické doly.

Nyní propagujeme průmyslový internet. Věříme, že 5G může umožnit digitalizaci průmyslových scén, protože 5G je vynikající bezdrátová komunikační technologie s velkou šířkou pásma a nízkým zpožděním, která dokáže realizovat bezdrátové propojení různých výrobních faktorů v průmyslových scénách.

Vezměte si například průmyslovou výrobu. Dříve se za účelem lepší automatizace a řízení zařízení používala technologie „průmyslových sběrnic“. Existuje mnoho typů této technologie, které lze popsat jako „všudypřítomné“.

Později, s nástupem ethernetových a IP technologií, se v průmyslu shodli na tom, že spolu s vývojem ethernetových technologií existuje „průmyslový ethernet“. Dnes je bez ohledu na to, kdo používá průmyslový propojovací protokol, v podstatě založen na ethernetu.

Později průmyslové společnosti zjistily, že kabelové připojení příliš omezuje mobilitu – na zadní straně zařízení byl vždy „opletení“, které bránilo volnému pohybu.

Navíc je zavedení kabelového připojení problematičtější, doba výstavby je dlouhá a náklady vysoké. Pokud se vyskytne problém se zařízením nebo kabelem, výměna je také velmi pomalá. Proto se odvětví začalo zabývat zavedením bezdrátové komunikační technologie.

V důsledku toho vstoupily Wi-Fi, Bluetooth a další technologie do průmyslové oblasti.

Takže, abychom se vrátili k předchozí otázce, proč 5G LAN, když existuje Wi-Fi?

Zde je důvod:

1. Výkon sítí Wi-Fi (zejména Wi-Fi 4 a Wi-Fi 5) není tak dobrý jako u 5G.

Z hlediska přenosové rychlosti a zpoždění může 5G lépe uspokojit potřeby průmyslových robotů (řízení manipulátorů), inteligentní kontroly kvality (vysokorychlostní rozpoznávání obrazu), AGV (bezpilotních logistických vozidel) a dalších scénářů.

Co se týče pokrytí, 5G má větší oblast pokrytí než Wi-Fi a dokáže lépe pokrýt kampus. Schopnost 5G přepínat mezi buňkami je také silnější než Wi-Fi, což uživatelům přinese lepší síťový zážitek.

2. Náklady na údržbu Wi-Fi sítě jsou vysoké.

Aby podniky mohly v parku vybudovat Wi-Fi síť, musí si zapojit kabeláž a koupit vlastní vybavení. Zařízení se odepisují, poškozují a vyměňují, ale také je udržují specializovaní pracovníci. Existuje spousta Wi-Fi zařízení a jejich konfigurace je složitá.

5G je jiné. Je vybudováno a udržováno operátory a pronajímáno podniky (Wi-Fi versus 5G je trochu jako postavit si vlastní pokoj versus cloud computing).

Celkově vzato bude 5G nákladově efektivnější.

3. 5G LAN má výkonnější funkce.

Seskupování VN v síti 5G LAN bylo zmíněno dříve. Kromě izolace komunikace je důležitější funkcí seskupování dosažení diferenciace QoS (úrovně služeb) různých sítí.

Například podnik má kancelářskou síť, síť IT systému a síť OT.

OT je zkratka pro Operational Technology (provozní technologie). Jedná se o síť, která propojuje průmyslové prostředí a zařízení, jako jsou soustruhy, robotická ramena, senzory, přístrojové vybavení, AGV (automatické řízené systémy), monitorovací systémy, MES, PLCS atd.

Různé sítě mají různé požadavky na výkon. Některé vyžadují nízkou latenci, jiné vysokou šířku pásma a některé mají nižší požadavky.

5G LAN může definovat různý výkon sítě na základě různých skupin virtuálních sítí (VN). Některé podniky to nazývají „mikro slice“.

4. 5G LAN se snáze spravuje a je bezpečnější.

Jak již bylo zmíněno výše, v sítích 5G UDM u různých operátorů lze upravovat podpisová data uživatelů a seskupovat je do skupin VN. Musíme tedy pokaždé, když potřebujeme změnit informace o skupině terminálu (připojit se, smazat, změnit), kontaktovat zákaznický servis operátora?

Samozřejmě že ne.

V sítích 5G mohou operátoři otevřít oprávnění k úpravám správcům podnikových sítí prostřednictvím vývoje rozhraní, což umožňuje samoobslužné úpravy.

Podniky si samozřejmě mohou také nastavit vlastní zásady pro privátní sítě podle svých potřeb.

Při navazování datových připojení mohou podniky nastavit mechanismy autorizace a ověřování pro striktní správu skupin virtuálních sítí. Toto zabezpečení je mnohem silnější a pohodlnější než Wi-Fi.

Případová studie 5G LAN

Pojďme se podívat na výhody 5G LAN na konkrétním příkladu sítě.

V první řadě, výrobní podnik s vlastní dílnou, výrobní linkou (nebo soustruhem) potřebuje propojit PLC a řídicí jednotku PLC prostřednictvím sítě.

Každá montážní linka má spoustu zařízení, navíc nezávislého. Ideální je instalovat 5G moduly na každé zařízení v montážní lince. V této fázi to ale vypadá, že to bude trochu drahé.

Zavedení 5G průmyslové brány neboli 5G CPE pak může zlepšit cenovou výkonnost. Vhodné pro kabelové připojení, připojení k kabelovému portu (ethernetový port nebo port PLC). Vhodné pro bezdrátové připojení, připojení k 5G nebo Wi-Fi.

Pokud 5G nepodporuje 5G LAN (před R16), je také možné realizovat spojení mezi PLC a PLC řídicí jednotkou. Celá 5G síť je však protokolem Layer 3, který se spoléhá na IP adresování, a adresa terminálu je také IP adresa, která nepodporuje přesměrování dat Layer 2. Aby bylo možné realizovat komunikaci mezi koncovými body, musí být na obou stranách přidán AR (Access Router), který vytvoří tunel, zapouzdří průmyslový protokol Layer 2 v tunelu a přivede ho k peer konci.

Tato metoda nejen zvyšuje složitost, ale také zvyšuje náklady (náklady na pořízení AR routeru, pracovní sílu a čas potřebný k jeho konfiguraci). Pokud si představíte dílnu s tisíci linkami, náklady by byly ohromující.

Po zavedení 5G LAN podporuje síť 5G přímý přenos protokolu Layer 2, takže AR routery již nejsou potřeba. Zároveň síť 5G dokáže poskytovat trasy pro terminály bez IP adres a UPF dokáže rozpoznávat MAC adresy terminálů. Celá síť se stává minimalistickou jednovrstvou sítí, která spolu může komunikovat na vrstvě 2.

Díky funkci plug and play se 5G LAN dokáže dokonale integrovat se stávajícími sítěmi zákazníků, čímž se snižuje dopad na stávající sítě zákazníků a šetří se mnoho nákladů bez nutnosti náročné renovace a modernizace.

Z makroekonomického hlediska je 5G LAN výsledkem spolupráce mezi technologiemi 5G a Ethernet. V budoucnu nelze vývoj technologie TSN (časově citlivá síť) založené na ethernetové technologii oddělit od pomoci 5G LAN.

Za zmínku stojí, že 5G LAN, kromě toho, že napomáhá výstavbě vnitřní sítě parku, může být také použita jako doplněk k tradiční vyhrazené síti podniků k propojení poboček na různých místech.

Modul pro 5G LAN

Jak vidíte, 5G LAN je důležitá inovativní technologie pro 5G ve vertikálních odvětvích. Může vybudovat silnější komunikaci v privátních sítích 5G, což zákazníkům pomůže urychlit jejich digitální transformaci a modernizaci.

Pro lepší nasazení 5G LAN je kromě upgradu na straně sítě nutná také podpora 5G modulů.

V rámci komerčního uvedení technologie 5G LAN uvedla společnost Unigroup Zhangrui na trh první 5G R16 Ready čipovou platformu v základním pásmu – V516.

Na základě této platformy společnost Quectel, přední výrobce modulů v Číně, úspěšně vyvinula a komerčně uvedla na trh řadu 5G modulů podporujících technologii 5G LAN, včetně RG500U, RG200U, RM500U a dalších modulů v pouzdrech LGA, M.2 a Mini PCIe.