Kaj je 5G lokalno omrežje?

Avtor: Ulink Media

Vsi bi morali biti seznanjeni s 5G, ki je razvoj 4G in naše najnovejše mobilne komunikacijske tehnologije.

Kar zadeva lokalno omrežje (LAN), bi morali biti bolj seznanjeni z njim. Njegovo polno ime je lokalno omrežje ali LAN. Naše domače omrežje, pa tudi omrežje v pisarni podjetja, je v osnovi LAN. Pri brezžičnem omrežju Wi-Fi gre za brezžično lokalno omrežje (WLAN).

Zakaj torej pravim, da je 5G LAN zanimiv?

5G je široko mobilno omrežje, medtem ko je LAN podatkovno omrežje majhnega območja. Zdi se, da ti dve tehnologiji nista povezani.

Z drugimi besedami, 5G in LAN sta dve besedi, ki ju vsi poznajo ločeno. Skupaj pa je nekoliko zmedeno. Kajne?

5G LAN, kaj točno je to?

Pravzaprav 5G LAN, poenostavljeno povedano, pomeni uporabo tehnologije 5G za "združevanje" in "gradnjo" terminalov v omrežje LAN.

Vsakdo ima telefon 5G. Ste opazili, da pri uporabi telefonov 5G ne more iskati prijateljev, tudi če so si v neposredni bližini (niti iz oči v oči)? Med seboj lahko komunicirate, ker podatki tečejo vse do strežnikov vašega operaterja ali ponudnika internetnih storitev.

Pri baznih postajah so vsi mobilni terminali "izolirani" drug od drugega. To temelji na varnostnih vidikih, telefoni uporabljajo svoje kanale in se ne motijo.

Lokalno omrežje (LAN) pa povezuje terminale (mobilne telefone, računalnike itd.) na nekem območju v »skupino«. To ne le olajša prenos podatkov med seboj, temveč tudi prihrani izhod v ekstranet.

V lokalnem omrežju (LAN) se lahko terminali locirajo na podlagi svojih MAC naslovov in se najdejo (komunikacija 2. plasti). Za dostop do zunanjega omrežja je treba vzpostaviti usmerjevalnik, ki prek lokacije IP omogoča tudi usmerjanje v in iz omrežja (komunikacija 3. plasti).

Kot vsi vemo, »bo 4G spremenil naša življenja, 5G pa našo družbo«. Kot trenutno najbolj razširjena tehnologija mobilne komunikacije 5G nosi poslanstvo »interneta vsega in digitalne preobrazbe stotin linij in tisočev industrij«, ki mora uporabnikom v vertikalnih panogah pomagati pri povezovanju.

Zato 5G ne more le povezati vsakega terminala z oblakom, temveč tudi vzpostaviti »bližnjo povezavo« med terminali.

Zato je 5G LAN v standardu 3GPP R16 uvedel to novo funkcijo.

Načela in značilnosti 5G LAN

V omrežju 5G lahko skrbniki spreminjajo podatke v uporabniški bazi podatkov (omrežni elementi UDM), podpišejo pogodbo o storitvi z določeno številko UE in jih nato razdelijo v iste ali različne virtualne omrežne skupine (VN).

Uporabniška baza podatkov zagotavlja informacije o skupinah VN za številke terminalov in pravilnike dostopa elementom upravljalnega omrežja (SMF, AMF, PCF itd.) osrednjega omrežja 5G (5GC). Upravljalni NE združuje te informacije in pravila pravilnikov v različna lokalna omrežja (LAN). To je 5G LAN.

5G LAN podpira komunikacijo 2. plasti (isti omrežni segment, neposreden dostop drug do drugega) in komunikacijo 3. plasti (med omrežnimi segmenti s pomočjo usmerjanja). 5G LAN podpira tako unicast kot multicast in broadcast. Skratka, način medsebojnega dostopa je zelo prilagodljiv, omrežje pa zelo preprosto.

Kar zadeva obseg, 5G LAN podpira komunikacijo med istim UPF (medijskim omrežnim elementom jedrnega omrežja 5G) in različnimi UPF-ji. To je enakovredno preseganju fizične omejitve razdalje med terminali (komunicirata lahko celo Peking in Šanghaj).

Zlasti omrežja 5G LAN se lahko povežejo z obstoječimi podatkovnimi omrežji uporabnikov za »plug and play« in vzajemen dostop.

Scenariji uporabe in prednosti 5G LAN

5G LAN omogoča združevanje in povezovanje med določenimi 5G terminali, kar močno olajša izgradnjo bolj mobilnega LAN omrežja za podjetja. Mnogi bralci se bodo zagotovo vprašali, ali ni mobilnost že mogoča z obstoječo tehnologijo Wi-Fi? Zakaj je potreben 5G LAN?

Ne skrbi, gremo naprej.

Lokalno omrežje, ki ga omogoča 5G LAN, lahko pomaga podjetjem, šolam, vladam in družinam pri boljši komunikaciji s terminali v regiji. Uporablja se lahko v pisarniškem omrežju, vendar je njegova večja vrednost v preoblikovanju proizvodnega okolja parka in preoblikovanju osnovnega omrežja proizvodnih podjetij, kot so industrijska proizvodnja, pristaniški terminali in energetski rudniki.

Trenutno promoviramo industrijski internet. Verjamemo, da lahko 5G omogoči digitalizacijo industrijskih prizorišč, saj je 5G odlična brezžična komunikacijska tehnologija z veliko pasovno širino in nizko zakasnitvijo, ki lahko vzpostavi brezžično povezavo med različnimi proizvodnimi dejavniki v industrijskih prizoriščih.

Vzemimo za primer industrijsko proizvodnjo. Prej so za boljšo avtomatizacijo in doseganje nadzora nad opremo uporabljali tehnologijo »industrijskih vodil«. Obstaja veliko vrst te tehnologije, ki jih lahko opišemo kot »povsod«.

Kasneje, s pojavom Etherneta in IP tehnologije, se je industrija strinjala, da skupaj z razvojem Etherneta obstaja "industrijski Ethernet". Danes ne glede na to, kateri protokol za industrijsko medsebojno povezovanje uporablja, v osnovi temelji na Ethernetu.

Kasneje so industrijska podjetja ugotovila, da žične povezave preveč omejujejo mobilnost – na zadnji strani naprave je bila vedno »pletenica«, ki je preprečevala prosto gibanje.

Poleg tega je način uvajanja žične povezave bolj problematičen, obdobje gradnje je dolgo, stroški pa visoki. Če pride do težav z opremo ali kablom, je zamenjava prav tako zelo počasna. Zato je industrija začela razmišljati o uvedbi brezžične komunikacijske tehnologije.

Posledično so Wi-Fi, Bluetooth in druge tehnologije vstopile v industrijsko področje.

Torej, da se vrnemo k prejšnjemu vprašanju, zakaj 5G LAN, ko obstaja Wi-Fi?

Tukaj je razlog:

1. Zmogljivost omrežij Wi-Fi (zlasti Wi-Fi 4 in Wi-Fi 5) ni tako dobra kot pri omrežjih 5G.

Kar zadeva hitrost prenosa in zakasnitev, lahko 5G bolje zadovolji potrebe industrijskih robotov (krmiljenje manipulatorjev), inteligentnega pregleda kakovosti (hitro prepoznavanje slik), AGV (brezpilotnih logističnih vozil) in drugih scenarijev.

Kar zadeva pokritost, ima 5G večje območje pokritosti kot Wi-Fi in lahko bolje pokrije kampus. Zmožnost 5G za preklapljanje med celicami je prav tako močnejša od Wi-Fi, kar uporabnikom prinaša boljšo omrežno izkušnjo.

2. Stroški vzdrževanja omrežja Wi-Fi so visoki.

Za izgradnjo omrežja Wi-Fi v parku morajo podjetja napeljati in kupiti lastno opremo. Oprema se amortizira, poškoduje in zamenja, vzdržuje pa jo tudi posebno osebje. Naprav Wi-Fi je na tone, njihova konfiguracija pa je težavna.

5G je drugačen. Gradijo in vzdržujejo ga operaterji, podjetja pa ga najemajo (Wi-Fi v primerjavi s 5G je nekoliko podobno gradnji lastne sobe v primerjavi z računalništvom v oblaku).

Skupaj bo 5G stroškovno učinkovitejši.

3. 5G LAN ima zmogljivejše funkcije.

Združevanje VN v omrežju 5G LAN je bilo omenjeno že prej. Poleg izolacije komunikacije je pomembnejša funkcija združevanja doseganje diferenciacije QoS (ravni storitev) različnih omrežij.

Na primer, podjetje ima pisarniško omrežje, omrežje IT sistema in omrežje OT.

OT je kratica za Operational Technology (Operacijska tehnologija). Gre za omrežje, ki povezuje industrijsko okolje in opremo, kot so stružnice, robotske roke, senzorji, instrumentacija, AGV-ji, nadzorni sistemi, MES, PLCS itd.

Različna omrežja imajo različne zahteve glede zmogljivosti. Nekatera zahtevajo nizko zakasnitev, nekatera visoko pasovno širino, nekatera pa imajo manj zahtev.

5G LAN lahko definira različno omrežno zmogljivost glede na različne skupine virtualnih omrežij. Nekatera podjetja to imenujejo »mikrorezina«.

4. 5G LAN je lažje upravljati in je varnejši.

Kot je bilo že omenjeno, je mogoče podatke za podpisovanje uporabnikov v omrežjih 5G UDM pri različnih operaterjih spremeniti, da se uporabniki združijo v skupine VN. Ali se moramo torej vsakič, ko moramo spremeniti podatke o skupini terminala (pridružiti se, izbrisati, spremeniti), obrniti na službo za stranke operaterja?

Seveda ne.

V omrežjih 5G lahko operaterji odprejo dovoljenje za spreminjanje skrbnikom poslovnih omrežij z razvojem vmesnikov, kar omogoča samostojno spreminjanje.

Seveda lahko podjetja nastavijo tudi lastne pravilnike zasebnega omrežja glede na svoje potrebe.

Pri vzpostavljanju podatkovnih povezav lahko podjetja nastavijo mehanizme za avtorizacijo in preverjanje pristnosti za strogo upravljanje skupin VN. Ta varnost je veliko močnejša in priročnejša od Wi-Fi-ja.

Študija primera 5G LAN omrežja

Oglejmo si prednosti omrežja 5G LAN na konkretnem primeru omrežja.

Najprej mora proizvodno podjetje, ki ima svojo delavnico, proizvodno linijo (ali stružnico), povezati PLC in krmilnik PLC prek omrežja.

Vsaka montažna linija ima veliko opreme, tudi neodvisne. Idealno je namestiti 5G module na vsako napravo v montažni liniji. Vendar se zdi, da bo to v tej fazi nekoliko drago.

Uvedba 5G industrijskega prehoda ali 5G CPE lahko izboljša stroškovno učinkovitost. Primerno za žično povezavo, povezano z žičnim priključkom (ethernetni vhod ali vhod PLC). Primerno za brezžično povezavo, povezano s 5G ali Wi-Fi.

Če 5G ne podpira 5G LAN (pred R16), je mogoče vzpostaviti tudi povezavo med PLC-jem in krmilnikom PLC-ja. Vendar pa je celotno omrežje 5G protokol 3. plasti, ki se zanaša na IP-naslovljanje, in naslov terminala je prav tako IP-naslov, ki ne podpira posredovanja podatkov 2. plasti. Za vzpostavitev komunikacije od konca do konca je treba na obeh straneh dodati AR (dostopni usmerjevalnik), da se vzpostavi tunel, vanj vključi industrijski protokol 2. plasti in ga pripelje do enakovrednega konca.

Ta metoda ne le poveča kompleksnost, temveč tudi stroške (stroške nakupa usmerjevalnika AR, stroške delovne sile in časa za konfiguracijo usmerjevalnika AR). Če pomislite na delavnico s tisoči linij, bi bili stroški osupljivi.

Po uvedbi 5G LAN omrežje 5G podpira neposreden prenos protokola 2. plasti, zato usmerjevalniki AR niso več potrebni. Hkrati lahko omrežje 5G zagotavlja poti za terminale brez naslovov IP, UPF pa lahko prepozna naslove MAC terminalov. Celotno omrežje postane minimalistično enoslojno omrežje, ki lahko medsebojno komunicira na 2. plasti.

Zmogljivost 5G LAN »plug and play« se lahko popolnoma integrira z obstoječimi omrežji strank, kar zmanjša vpliv na obstoječa omrežja strank in prihrani veliko stroškov brez napornih prenov in nadgradenj.

Z makro vidika je 5G LAN sodelovanje med tehnologijo 5G in Ethernet. V prihodnosti razvoja tehnologije TSN (časovno občutljivo omrežje), ki temelji na tehnologiji Ethernet, ne bo mogoče ločiti od pomoči 5G LAN.

Omeniti velja, da se 5G LAN poleg tega, da je ugoden za izgradnjo notranjega omrežja parka, lahko uporablja tudi kot dopolnilo tradicionalnemu namenskemu omrežju podjetij za povezovanje podružnic na različnih lokacijah.

Modul za 5G LAN

Kot lahko vidite, je 5G LAN pomembna inovativna tehnologija za 5G v vertikalnih panogah. Lahko zgradi močnejše komunikacije v zasebnih omrežjih 5G, kar strankam pomaga pospešiti njihovo digitalno preobrazbo in nadgradnjo.

Za boljšo uvedbo 5G LAN je poleg nadgradenj na strani omrežja potrebna tudi podpora za 5G module.

V procesu komercialnega uvajanja tehnologije 5G LAN je Unigroup Zhangrui predstavil prvo platformo osnovnih čipov 5G R16 Ready v industriji – V516.

Na podlagi te platforme je Quectel, vodilni proizvajalec modulov na Kitajskem, uspešno razvil in komercializiral številne 5G module, ki podpirajo tehnologijo 5G LAN, vključno z RG500U, RG200U, RM500U in drugimi moduli v ohišjih LGA, M.2 in Mini PCIe.