شبکه محلی 5G چیست؟

نویسنده: Ulink Media

همه باید با 5G آشنا باشند، که تکامل 4G و جدیدترین فناوری ارتباطات سیار ما است.

برای LAN، باید با آن بیشتر آشنا باشید. نام کامل آن شبکه محلی یا LAN است. شبکه خانگی ما، و همچنین شبکه دفتر شرکت، اساساً LAN است. با Wi-Fi بی‌سیم، این یک شبکه محلی بی‌سیم (WLAN) است.

پس چرا می‌گویم شبکه محلی 5G جالب است؟

5G یک شبکه سلولی گسترده است، در حالی که LAN یک شبکه داده با ناحیه کوچک است. به نظر می‌رسد این دو فناوری ارتباطی با هم ندارند.

به عبارت دیگر، 5G و LAN دو کلمه‌ای هستند که همه آنها را جداگانه می‌شناسند. اما در کنار هم، کمی گیج‌کننده است. اینطور نیست؟

شبکه محلی 5G، دقیقاً چیست؟

در واقع، به عبارت ساده، 5G LAN استفاده از فناوری 5G برای «گروه‌بندی» و «ساخت» ترمینال‌ها برای تشکیل یک شبکه LAN است.

همه یک گوشی 5G دارند. وقتی از گوشی‌های 5G استفاده می‌کنید، آیا متوجه شده‌اید که گوشی شما نمی‌تواند دوستانتان را حتی وقتی در نزدیکی شما هستند (حتی رو در رو) پیدا کند؟ شما می‌توانید با یکدیگر ارتباط برقرار کنید زیرا داده‌ها به طور کامل به سرورهای اپراتور یا ارائه دهنده خدمات اینترنتی شما منتقل می‌شوند.

برای ایستگاه‌های پایه، تمام ترمینال‌های تلفن همراه از یکدیگر "ایزوله" هستند. این امر بر اساس ملاحظات امنیتی است، تلفن‌ها از کانال‌های خود استفاده می‌کنند و با یکدیگر تداخل ندارند.

از سوی دیگر، یک شبکه محلی (LAN) پایانه‌ها (تلفن‌های همراه، رایانه‌ها و غیره) را در یک منطقه به یکدیگر متصل می‌کند تا یک "گروه" تشکیل دهند. این امر نه تنها انتقال داده بین یکدیگر را تسهیل می‌کند، بلکه باعث صرفه‌جویی در خروجی اکسترانت نیز می‌شود.

در یک شبکه محلی (LAN)، ترمینال‌ها می‌توانند بر اساس آدرس‌های MAC خود یکدیگر را پیدا کنند (ارتباط لایه ۲). برای دسترسی به شبکه خارجی، یک روتر راه‌اندازی کنید، از طریق مکان IP، همچنین می‌توانید مسیریابی ورودی و خروجی را انجام دهید (ارتباط لایه ۳).

همانطور که همه ما می‌دانیم، «4G زندگی ما و 5G جامعه ما را تغییر خواهد داد». 5G به عنوان اصلی‌ترین فناوری ارتباطات سیار در حال حاضر، ماموریت «اینترنت همه چیز و تحول دیجیتال صدها خط و هزاران صنعت» را بر عهده دارد، که باید به کاربران در صنایع عمودی کمک کند تا به اینترنت متصل شوند.

بنابراین، 5G نه تنها می‌تواند هر ترمینال را به ابر متصل کند، بلکه می‌تواند «اتصال نزدیک» بین ترمینال‌ها را نیز محقق کند.

بنابراین، در استاندارد 3GPP R16، شبکه محلی 5G این ویژگی جدید را معرفی کرد.

اصول و ویژگی‌های شبکه محلی 5G

در یک شبکه 5G، مدیران می‌توانند داده‌های موجود در پایگاه داده کاربر (عناصر شبکه UDM) را تغییر دهند، یک قرارداد خدمات با شماره UE مشخص امضا کنند و سپس آنها را به گروه‌های شبکه مجازی (VN) یکسان یا متفاوت تقسیم کنند.

پایگاه داده کاربر، اطلاعات گروه VN شماره ترمینال و سیاست‌های دسترسی را به عناصر شبکه مدیریت (SMF، AMF، PCF و غیره) شبکه اصلی 5G (5GC) ارائه می‌دهد. NE مدیریت این اطلاعات و قوانین سیاست را در شبکه‌های محلی مختلف ترکیب می‌کند. این یک شبکه محلی 5G است.

یک شبکه محلی 5G از ارتباط لایه 2 (همان بخش شبکه، دسترسی مستقیم به یکدیگر) و همچنین ارتباط لایه 3 (بین بخش‌های شبکه، با کمک مسیریابی) پشتیبانی می‌کند. یک شبکه محلی 5G از تک‌پخشی (unicast) و همچنین چندپخشی (multicast) و پخش همگانی (broadcast) پشتیبانی می‌کند. به طور خلاصه، حالت دسترسی متقابل بسیار انعطاف‌پذیر است و شبکه‌سازی بسیار ساده است.

از نظر دامنه، یک شبکه محلی 5G از ارتباط بین UPF (عنصر شبکه جانبی رسانه‌ای شبکه اصلی 5G) یکسان و UPF های مختلف پشتیبانی می‌کند. این به معنای شکستن محدودیت فاصله فیزیکی بین ترمینال‌ها است (حتی پکن و شانگهای نیز می‌توانند با هم ارتباط برقرار کنند).

به طور خاص، شبکه‌های LAN نسل پنجم می‌توانند برای اتصال و استفاده و دسترسی متقابل به شبکه‌های داده موجود کاربران متصل شوند.

سناریوهای کاربردی و مزایای شبکه محلی 5G

شبکه محلی 5G امکان گروه‌بندی و اتصال بین ترمینال‌های مشخص‌شده 5G را فراهم می‌کند و ساخت یک شبکه محلی سیارتر را برای شرکت‌ها تا حد زیادی تسهیل می‌کند. بسیاری از خوانندگان مطمئناً می‌پرسند، مگر با فناوری Wi-Fi موجود، قابلیت جابجایی در حال حاضر امکان‌پذیر نیست؟ چرا به یک شبکه محلی 5G نیاز داریم؟

نگران نباش، بیا ادامه بدیم.

شبکه محلی که توسط 5G LAN فراهم می‌شود، می‌تواند به شرکت‌ها، مدارس، دولت‌ها و خانواده‌ها کمک کند تا با ترمینال‌های یک منطقه بهتر ارتباط برقرار کنند. می‌توان از آن در شبکه اداری استفاده کرد، اما ارزش بیشتر آن در تغییر محیط تولید پارک و تغییر شبکه اصلی شرکت‌های تولیدی مانند تولید صنعتی، ترمینال‌های بندری و معادن انرژی نهفته است.

ما اکنون در حال ترویج اینترنت صنعتی هستیم. ما معتقدیم که 5G می‌تواند دیجیتالی شدن صحنه‌های صنعتی را ممکن سازد زیرا 5G یک فناوری ارتباط بی‌سیم عالی با پهنای باند وسیع و تأخیر کم است که می‌تواند اتصال بی‌سیم عوامل مختلف تولید را در صحنه‌های صنعتی محقق کند.

برای مثال، تولید صنعتی را در نظر بگیرید. پیش از این، برای اتوماسیون بهتر، دستیابی به کنترل تجهیزات، از فناوری «اتوبوس صنعتی» استفاده می‌شد. انواع مختلفی از این فناوری وجود دارد که می‌توان آنها را «همه جا» توصیف کرد.

بعدها، با ظهور فناوری اترنت و IP، صنعت به اجماع رسید و با تکامل اترنت، «اترنت صنعتی» به وجود آمد. امروزه، صرف نظر از اینکه پروتکل اتصال صنعتی توسط چه کسی استفاده می‌شود، اساساً مبتنی بر اترنت است.

بعدها، شرکت‌های صنعتی دریافتند که اتصالات سیمی، تحرک را بیش از حد محدود می‌کنند - همیشه یک "بافت" در پشت دستگاه وجود داشت که مانع حرکت آزاد می‌شد.

علاوه بر این، حالت استقرار اتصال سیمی دردسرسازتر است، دوره ساخت و ساز طولانی است، هزینه بالایی دارد. اگر مشکلی در تجهیزات یا کابل وجود داشته باشد، جایگزینی آن نیز بسیار کند است. بنابراین، صنعت شروع به فکر کردن در مورد معرفی فناوری ارتباط بی‌سیم کرد.

در نتیجه، وای‌فای، بلوتوث و سایر فناوری‌ها وارد عرصه صنعتی شده‌اند.

خب، برگردیم به سوال قبلی، وقتی وای‌فای هست، چرا 5G LAN؟

دلیلش این است:

۱. عملکرد شبکه‌های وای‌فای (به‌ویژه وای‌فای ۴ و وای‌فای ۵) به خوبی ۵G نیست.

از نظر سرعت انتقال و تأخیر، 5G می‌تواند نیازهای ربات‌های صنعتی (کنترل ربات‌ها)، بازرسی کیفیت هوشمند (تشخیص تصویر با سرعت بالا)، AGV (وسیله نقلیه لجستیکی بدون سرنشین) و سایر سناریوها را بهتر برآورده کند.

از نظر پوشش، 5G منطقه پوشش وسیع‌تری نسبت به Wi-Fi دارد و می‌تواند محوطه دانشگاه را بهتر پوشش دهد. توانایی 5G در جابجایی بین سلول‌ها نیز از Wi-Fi قوی‌تر است که تجربه شبکه بهتری را برای کاربران به ارمغان می‌آورد.

۲. هزینه‌های نگهداری شبکه وای‌فای بالاست.

برای ساخت یک شبکه وای‌فای در یک پارک، شرکت‌ها باید سیم‌کشی کنند و تجهیزات خود را خریداری کنند. تجهیزات مستهلک، آسیب‌دیده و جایگزین می‌شوند، اما توسط پرسنل ویژه نگهداری می‌شوند. تعداد زیادی دستگاه وای‌فای وجود دارد و پیکربندی آنها دردسرساز است.

5G متفاوت است. توسط اپراتورها ساخته و نگهداری می‌شود و توسط شرکت‌ها اجاره داده می‌شود (وای‌فای در مقابل 5G کمی شبیه ساختن اتاق خودتان در مقابل رایانش ابری است).

روی هم رفته، 5G مقرون به صرفه‌تر خواهد بود.

۳. شبکه 5G عملکردهای قدرتمندتری دارد.

گروه‌بندی VN یک شبکه محلی 5G قبلاً ذکر شد. علاوه بر جداسازی ارتباطات، یکی از کارکردهای مهم‌تر گروه‌بندی، دستیابی به تمایز QoS (سطح سرویس) شبکه‌های مختلف است.

برای مثال، یک شرکت دارای یک شبکه اداری، یک شبکه سیستم فناوری اطلاعات و یک شبکه OT است.

OT مخفف Operational Technology (فناوری عملیاتی) است. این شبکه‌ای است که محیط صنعتی و تجهیزاتی مانند ماشین‌های تراش، بازوهای رباتیک، حسگرها، ابزار دقیق، AGVها، سیستم‌های نظارتی، MES، PLCS و غیره را به هم متصل می‌کند.

شبکه‌های مختلف الزامات عملکردی متفاوتی دارند. برخی به تأخیر کم، برخی به پهنای باند بالا و برخی دیگر الزامات کمتری نیاز دارند.

یک شبکه محلی 5G می‌تواند عملکرد شبکه متفاوتی را بر اساس گروه‌های VN مختلف تعریف کند. در برخی شرکت‌ها، به آن «ریز برش» می‌گویند.

۴. مدیریت شبکه محلی 5G آسان‌تر و امن‌تر است.

همانطور که در بالا ذکر شد، داده‌های امضای کاربر را می‌توان در UDMهای 5G اپراتورها تغییر داد تا کاربران را در گروه‌های VN گروه‌بندی کنیم. بنابراین، آیا هر بار که نیاز به تغییر اطلاعات گروه یک ترمینال (عضویت، حذف، تغییر) داریم، باید به خدمات مشتریان اپراتور مراجعه کنیم؟

البته که نه.

در شبکه‌های 5G، اپراتورها می‌توانند از طریق توسعه رابط‌ها، اجازه اصلاح را برای مدیران شبکه‌های سازمانی باز کنند و امکان اصلاح خودکار را فراهم کنند.

البته، شرکت‌ها می‌توانند سیاست‌های شبکه خصوصی خود را نیز مطابق با نیازهای خود تنظیم کنند.

هنگام برقراری اتصالات داده، شرکت‌ها می‌توانند مکانیسم‌های مجوز و احراز هویت را برای مدیریت دقیق گروه‌های VN تنظیم کنند. این امنیت بسیار قوی‌تر و راحت‌تر از Wi-Fi است.

مطالعه موردی یک شبکه محلی 5G

بیایید با یک مثال شبکه‌ای خاص، نگاهی به مزایای شبکه محلی 5G بیندازیم.

اول از همه، یک شرکت تولیدی، که کارگاه، خط تولید (یا تراش) مخصوص به خود را دارد، نیاز به اتصال PLC و انتهای کنترل PLC از طریق شبکه دارد.

هر خط مونتاژ تجهیزات زیادی دارد، که مستقل هم هستند. ایده‌آل این است که ماژول‌های 5G روی هر دستگاه در خط مونتاژ نصب شوند. با این حال، به نظر می‌رسد که در این مرحله کمی گران خواهد بود.

سپس، معرفی دروازه صنعتی 5G یا 5G CPE می‌تواند عملکرد هزینه را بهبود بخشد. مناسب برای سیم‌کشی، متصل به پورت سیم‌کشی (پورت اترنت یا پورت PLC). مناسب برای بی‌سیم، متصل به 5G یا Wi-Fi.

اگر 5G از شبکه محلی 5G (قبل از R16) پشتیبانی نکند، می‌توان ارتباط بین PLC و کنترل‌کننده PLC را نیز برقرار کرد. با این حال، کل شبکه 5G یک پروتکل لایه 3 است که به آدرس‌دهی IP متکی است و آدرس ترمینال نیز یک آدرس IP است که از ارسال داده‌های لایه 2 پشتیبانی نمی‌کند. برای تحقق ارتباط انتها به انتها، باید یک AR (روتر دسترسی) در هر دو طرف اضافه شود تا یک تونل ایجاد کند، پروتکل لایه 2 صنعتی را در تونل محصور کند و آن را به انتهای همتا برساند.

این روش نه تنها پیچیدگی را افزایش می‌دهد، بلکه هزینه را نیز افزایش می‌دهد (هزینه خرید روتر AR، نیروی انسانی پیکربندی روتر AR و هزینه زمانی). اگر به یک کارگاه با هزاران خط فکر کنید، هزینه آن سرسام‌آور خواهد بود.

پس از معرفی شبکه محلی 5G، شبکه 5G از انتقال مستقیم پروتکل لایه 2 پشتیبانی می‌کند، بنابراین دیگر نیازی به روترهای AR نیست. در عین حال، شبکه 5G می‌تواند مسیرهایی را برای ترمینال‌ها بدون آدرس IP فراهم کند و UPF می‌تواند آدرس‌های MAC ترمینال‌ها را تشخیص دهد. کل شبکه به یک شبکه تک لایه مینیمالیستی تبدیل می‌شود که می‌تواند در لایه 2 با یکدیگر ارتباط برقرار کند.

قابلیت اتصال و استفاده آسان (plug and play) شبکه محلی 5G می‌تواند به طور کامل خود را با شبکه‌های موجود مشتریان ادغام کند، تأثیر بر شبکه‌های موجود مشتریان را کاهش دهد و بدون نیاز به نوسازی و ارتقاء طاقت‌فرسا، هزینه‌های زیادی را صرفه‌جویی کند.

از دیدگاه کلان، 5G LAN حاصل همکاری بین فناوری 5G و اترنت است. در آینده، توسعه فناوری TSN (شبکه حساس به زمان) مبتنی بر فناوری اترنت را نمی‌توان از کمک 5G LAN جدا کرد.

شایان ذکر است که شبکه 5G LAN علاوه بر اینکه برای ساخت شبکه داخلی پارک مفید است، می‌تواند به عنوان مکملی برای شبکه خط اختصاصی سنتی شرکت‌ها برای اتصال شعب در مکان‌های مختلف نیز مورد استفاده قرار گیرد.

ماژول برای شبکه محلی 5G

همانطور که می‌بینید، شبکه محلی 5G یک فناوری نوآورانه مهم برای 5G در صنایع عمودی است. این فناوری می‌تواند ارتباطات شبکه خصوصی 5G قوی‌تری ایجاد کند تا به مشتریان در تسریع تحول و ارتقاء دیجیتال خود کمک کند.

برای استقرار بهتر شبکه محلی 5G، علاوه بر ارتقاء سمت شبکه، پشتیبانی از ماژول 5G نیز مورد نیاز است.

در فرآیند عرضه تجاری فناوری 5G LAN، شرکت Unigroup Zhangrui اولین پلتفرم تراشه باند پایه 5G R16 Ready در صنعت - V516 - را راه‌اندازی کرد.

بر اساس این پلتفرم، شرکت Quectel، تولیدکننده پیشرو ماژول در چین، با موفقیت تعدادی ماژول 5G را که از فناوری 5G LAN پشتیبانی می‌کنند، توسعه داده و تجاری‌سازی کرده است، از جمله RG500U، RG200U، RM500U و سایر ماژول‌های بسته LGA، M.2، Mini PCIe.