Wat is 5G LAN?

Auteur: Ulink Media

Iedereen zou bekend moeten zijn met 5G, de evolutie van 4G en onze nieuwste mobiele communicatietechnologie.

Met LAN bent u waarschijnlijk wel bekend. De volledige naam is Local Area Network, ofwel LAN. Ons thuisnetwerk, evenals het netwerk op kantoor, is in principe een LAN. Draadloze wifi spreekt men van een draadloos LAN (WLAN).

Waarom zeg ik dan dat 5G LAN interessant is?

5G is een breed mobiel netwerk, terwijl LAN een datanetwerk voor een klein gebied is. De twee technologieën lijken niets met elkaar te maken te hebben.

Met andere woorden: 5G en LAN zijn twee begrippen die iedereen afzonderlijk kent. Maar samen vormen ze een beetje een verwarrende combinatie. Toch?

Wat is 5G LAN precies?

In feite is 5G LAN, simpel gezegd, het gebruik van 5G-technologie om terminals te "groeperen" en "opbouwen" tot een LAN-netwerk.

Iedereen heeft een 5G-telefoon. Is het je opgevallen dat je telefoon, als je een 5G-telefoon gebruikt, je vrienden niet kan vinden, zelfs niet als ze dichtbij zijn (zelfs als je oog in oog staat)? Je kunt wel met elkaar communiceren omdat de data helemaal via de servers van je provider of internetprovider loopt.

Bij basisstations zijn alle mobiele terminals van elkaar "geïsoleerd". Dit is gebaseerd op veiligheidsoverwegingen; de telefoons gebruiken hun eigen kanalen en storen elkaar niet.

Een LAN (Local Area Network) verbindt daarentegen apparaten (mobiele telefoons, computers, enz.) in een bepaald gebied met elkaar tot een 'groep'. Dit vergemakkelijkt niet alleen de gegevensoverdracht tussen de apparaten, maar bespaart ook de noodzaak om het extranet te verlaten.

In een LAN kunnen terminals elkaar lokaliseren op basis van hun MAC-adressen (communicatie op laag 2). Om toegang te krijgen tot het externe netwerk, kan een router via het IP-adres in- en uitgaand verkeer tot stand brengen (communicatie op laag 3).

Zoals we allemaal weten, "zal 4G ons leven veranderen en 5G onze samenleving". Als de meest gangbare mobiele communicatietechnologie van dit moment, draagt ​​5G de missie van "het internet der dingen en de digitale transformatie van honderden lijnen en duizenden industrieën", wat gebruikers in verticale sectoren moet helpen om verbonden te blijven.

5G kan dus niet alleen elk apparaat met de cloud verbinden, maar ook "verbindingen in de buurt" tussen apparaten mogelijk maken.

Daarom is deze nieuwe functie voor 5G LAN geïntroduceerd in de 3GPP R16-standaard.

Principes en kenmerken van 5G LAN

In een 5G-netwerk kunnen beheerders de gegevens in de gebruikersdatabase (UDM-netwerkelementen) wijzigen, een servicecontract afsluiten met een specifiek UE-nummer en deze vervolgens indelen in dezelfde of verschillende virtuele netwerkgroepen (VN).

De gebruikersdatabase bevat informatie over terminalnummers, VN-groepen en toegangsbeleid voor de beheernetwerkelementen (SMF, AMF, PCF, enz.) van het 5G-kernnetwerk (5GC). Het beheernetwerkelement combineert deze informatie en beleidsregels in verschillende LAN's. Dit is een 5G LAN.

Een 5G LAN ondersteunt Layer 2-communicatie (binnen hetzelfde netwerksegment, directe toegang tot elkaar) en Layer 3-communicatie (over netwerksegmenten heen, met behulp van routing). Een 5G LAN ondersteunt unicast, multicast en broadcast. Kortom, de onderlinge toegangsmodus is zeer flexibel en het netwerken is erg eenvoudig.

Qua reikwijdte ondersteunt een 5G LAN de communicatie tussen dezelfde UPF (media-side network element van het 5G-kernnetwerk) en verschillende UPF's. Dit komt neer op het doorbreken van de fysieke afstandsbeperking tussen terminals (zelfs Peking en Shanghai kunnen met elkaar communiceren).

Met name 5G LAN-netwerken kunnen worden aangesloten op de bestaande datanetwerken van gebruikers voor plug-and-play en wederzijdse toegang.

Toepassingsscenario's en voordelen van 5G LAN

5G LAN maakt het mogelijk om specifieke 5G-terminals te groeperen en met elkaar te verbinden, waardoor de opbouw van een mobieler LAN-netwerk voor bedrijven aanzienlijk wordt vereenvoudigd. Veel lezers zullen zich ongetwijfeld afvragen: is mobiliteit niet al mogelijk met de bestaande Wi-Fi-technologie? Waarom is een 5G LAN dan nodig?

Geen zorgen, laten we verdergaan.

De lokale netwerkmogelijkheden van 5G LAN kunnen bedrijven, scholen, overheden en gezinnen helpen om beter te communiceren met terminals in een regio. Het kan worden gebruikt in kantoornetwerken, maar de grootste waarde ligt in de transformatie van de productieomgeving van een bedrijventerrein en de transformatie van het basisnetwerk van productiebedrijven zoals industriële productiebedrijven, haventerminals en energiecentrales.

We promoten nu het industriële internet. We zijn ervan overtuigd dat 5G de digitalisering van industriële omgevingen mogelijk kan maken, omdat 5G een uitstekende draadloze communicatietechnologie is met een grote bandbreedte en lage latentie. Hierdoor kunnen diverse productiefactoren in industriële omgevingen draadloos met elkaar verbonden worden.

Neem bijvoorbeeld de industriële productie. Voorheen werd, om de automatisering en de aansturing van apparatuur te verbeteren, gebruikgemaakt van de "industriële bus"-technologie. Er bestaan ​​veel verschillende varianten van deze technologie, die eigenlijk "overal te vinden" zijn.

Later, met de opkomst van Ethernet en IP-technologie, ontstond er binnen de industrie consensus over "industrieel Ethernet", dat zich parallel aan de evolutie van Ethernet ontwikkelde. Tegenwoordig is elk industrieel interconnectieprotocol in principe gebaseerd op Ethernet.

Later ontdekten industriële bedrijven dat bedrade verbindingen de mobiliteit te veel beperkten; er zat altijd een soort 'vlechtwerk' aan de achterkant van het apparaat dat vrije beweging belemmerde.

Bovendien is de implementatie van bekabelde verbindingen omslachtiger, duurt de bouw langer en zijn de kosten hoog. Als er een probleem is met de apparatuur of de bekabeling, is vervanging ook erg tijdrovend. Daarom is de industrie gaan nadenken over de introductie van draadloze communicatietechnologie.

Als gevolg hiervan hebben wifi, bluetooth en andere technologieën hun intrede gedaan in de industrie.

Om terug te komen op de vorige vraag: waarom 5G LAN als er ook wifi is?

Dit is de reden:

1. De prestaties van Wi-Fi-netwerken (met name Wi-Fi 4 en Wi-Fi 5) zijn niet zo goed als die van 5G.

Wat betreft transmissiesnelheid en vertraging kan 5G beter voldoen aan de behoeften van industriële robots (manipulatorbesturing), intelligente kwaliteitscontrole (snelle beeldherkenning), AGV's (onbemande logistieke voertuigen) en andere scenario's.

Qua bereik heeft 5G een groter dekkingsgebied dan wifi en kan het de campus beter dekken. 5G kan ook sneller schakelen tussen zendmasten dan wifi, wat gebruikers een betere netwerkervaring zal bieden.

2. De onderhoudskosten van wifi-netwerken zijn hoog.

Om een ​​wifi-netwerk in een park aan te leggen, moeten bedrijven zelf bekabeling aanleggen en apparatuur aanschaffen. Apparatuur is onderhevig aan afschrijving, schade en vervanging, en vereist bovendien onderhoud door gespecialiseerd personeel. Er zijn talloze wifi-apparaten en de configuratie ervan is een hele klus.

5G is anders. Het wordt gebouwd en onderhouden door providers en gehuurd door bedrijven (wifi versus 5G is een beetje zoals je eigen kamer bouwen versus cloudcomputing).

Alles bij elkaar genomen zal 5G kosteneffectiever zijn.

3. 5G LAN heeft krachtigere functies.

De VN-groepering van een 5G LAN werd eerder al genoemd. Naast het isoleren van de communicatie is een belangrijkere functie van groepering het realiseren van QoS-differentiatie (serviceniveau) tussen de verschillende netwerken.

Een bedrijf heeft bijvoorbeeld een kantoornetwerk, een IT-systeemnetwerk en een OT-netwerk.

OT staat voor Operationele Technologie. Het is een netwerk dat de industriële omgeving en apparatuur met elkaar verbindt, zoals draaibanken, robotarmen, sensoren, instrumentatie, AGV's, bewakingssystemen, MES, PLC's, enzovoort.

Verschillende netwerken hebben verschillende prestatie-eisen. Sommige vereisen een lage latentie, andere een hoge bandbreedte en weer andere stellen minder strenge eisen.

Een 5G LAN kan verschillende netwerkprestaties definiëren op basis van verschillende VN-groepen. Sommige bedrijven noemen dit "microslices".

4. 5G LAN is eenvoudiger te beheren en veiliger.

Zoals hierboven vermeld, kunnen gebruikersgegevens in 5G UDM-apparaten van providers worden gewijzigd om gebruikers in VN-groepen te groeperen. Moeten we dus elke keer contact opnemen met de klantenservice van de provider als we de groepsgegevens van een terminal willen wijzigen (toevoegen, verwijderen, wijzigen)?

Natuurlijk niet.

In 5G-netwerken kunnen operators via de ontwikkeling van interfaces de bevoegdheid tot het wijzigen van netwerkinstellingen openstellen voor beheerders van bedrijfsnetwerken, waardoor zelfservice-aanpassingen mogelijk worden.

Bedrijven kunnen uiteraard ook hun eigen privacybeleid voor hun netwerken instellen, afgestemd op hun eigen behoeften.

Bij het tot stand brengen van dataverbindingen kunnen bedrijven autorisatie- en authenticatiemechanismen instellen om VN-groepen strikt te beheren. Deze beveiliging is veel sterker en handiger dan wifi.

Een casestudy van een 5G LAN

Laten we de voordelen van 5G LAN eens bekijken aan de hand van een specifiek netwerkvoorbeeld.

Allereerst heeft een productiebedrijf een eigen werkplaats, productielijn (of draaibank) en moet de PLC via een netwerk verbonden worden met de PLC-besturingseenheid.

Elke assemblagelijn beschikt over veel, onafhankelijke apparatuur. Het is ideaal om 5G-modules op elk apparaat in de assemblagelijn te installeren. Het lijkt er echter op dat dit in dit stadium nogal kostbaar zal zijn.

De introductie van een 5G industriële gateway, of 5G CPE, kan de kosten-prestatieverhouding verbeteren. Geschikt voor bekabelde verbindingen, aan te sluiten op een bekabelde poort (Ethernet-poort of PLC-poort). Geschikt voor draadloze verbindingen, aan te sluiten op 5G of Wi-Fi.

Als 5G geen 5G LAN ondersteunt (vóór R16), is het ook mogelijk om een ​​verbinding tussen een PLC en een PLC-controller tot stand te brengen. Het gehele 5G-netwerk is echter een Layer 3-protocol dat afhankelijk is van IP-adressering, en het terminaladres is ook een IP-adres, wat geen ondersteuning biedt voor Layer 2-dataforwarding. Om end-to-end-communicatie te realiseren, moet aan beide zijden een AR (Access Router) worden toegevoegd om een ​​tunnel op te zetten, het industriële Layer 2-protocol in de tunnel te encapsuleren en naar de andere kant te sturen.

Deze methode verhoogt niet alleen de complexiteit, maar ook de kosten (aanschafkosten van de AR-router, mankracht en tijd voor de configuratie ervan). Denk bijvoorbeeld aan een werkplaats met duizenden productielijnen; de kosten zouden dan enorm oplopen.

Na de introductie van 5G LAN ondersteunt het 5G-netwerk de directe overdracht van Layer 2-protocollen, waardoor AR-routers niet langer nodig zijn. Tegelijkertijd kan het 5G-netwerk routes bieden voor terminals zonder IP-adressen, en kan de UPF de MAC-adressen van terminals herkennen. Het gehele netwerk wordt een minimalistisch netwerk met één laag, dat op Layer 2 met elkaar kan communiceren.

De plug-and-play-functionaliteit van 5G LAN maakt een perfecte integratie met bestaande netwerken van klanten mogelijk, waardoor de impact op die netwerken wordt geminimaliseerd en aanzienlijke kosten worden bespaard zonder ingrijpende renovaties en upgrades.

Vanuit een macro-perspectief is 5G LAN een samenwerking tussen 5G- en Ethernet-technologie. In de toekomst zal de ontwikkeling van TSN-technologie (time sensitive network) op basis van Ethernet-technologie onlosmakelijk verbonden zijn met 5G LAN.

Het is de moeite waard om te vermelden dat 5G LAN, naast de voordelen voor de aanleg van een intern netwerk in het park, ook gebruikt kan worden als aanvulling op het traditionele, dedicated line-netwerk van bedrijven om vestigingen op verschillende locaties met elkaar te verbinden.

De module voor het 5G LAN

Zoals u kunt zien, is 5G LAN een belangrijke innovatieve technologie voor 5G in verticale sectoren. Het kan sterkere 5G-privénetwerkcommunicatie mogelijk maken, waardoor klanten hun digitale transformatie en modernisering kunnen versnellen.

Om 5G LAN beter te kunnen implementeren, is naast upgrades aan de netwerkzijde ook ondersteuning voor 5G-modules nodig.

In het kader van de commerciële introductie van 5G LAN-technologie heeft Unigroup Zhangrui het eerste 5G R16 Ready baseband-chipplatform in de branche gelanceerd: de V516.

Op basis van dit platform heeft Quectel, de toonaangevende modulefabrikant in China, met succes een aantal 5G-modules ontwikkeld en op de markt gebracht die 5G LAN-technologie ondersteunen, waaronder de RG500U, RG200U, RM500U en andere modules in LGA-, M.2- en Mini PCIe-behuizingen.