详解5G LAN(5G局域网技术应用)

近期,R16标准进一步支持5G LAN功能的引入,打开了工业IT与OT融合的路径,使5G+工业互联网走向低成本、易部署,加速5G大规模普及。

2020年7月3日,国际标准组织3GPP正式宣布冻结5G R16标准,该标准支持全球统一的超可靠低延迟通信(URLLC)标准,将端到端延迟压缩至5毫秒以内,并将5G LAN定义为推动5G向垂直行业扩展的重要加速器, 一举开启工业5G时代。5G时代一举而至。

5G易于部署、低时延、高可靠、大带宽和宽连接性等特点,可以打破传统制造转型遇到的痛点,如布线繁琐、复杂的通信环境容易受到干扰、对时延和稳定性更敏感。相反,全厂生产线、设备、机器智能化升级产生的海量数据,也为5G行业应用提供了有利的增长环境。

然而,在5G在工业制造大胆改革之初,也面临着成本高、数量难的挑战,直到R16标准进一步支持5G LAN功能的引入,为工业IT和OT的融合开辟了道路,使得5G+工业互联网走向低成本、易部署。 并加速5G的大规模普及。

什么是无线 5G LAN?

5G LAN是内置在5G网络中的LAN,通过它可以组装具有移动性的LAN,以满足生产和办公需求。5G LAN具有跨地域移动的优势,因此即使两个人相隔数千英里,他们仍然可以设置局域网以实现第2层和第3层的互操作性。

简单来说,5G LAN利用5G技术对终端进行分组和构建,形成局域网网络。使用5G手机时,你有没有注意到,即使你和你的朋友在一起(甚至面对面),你的手机也无法互相搜索?您可以相互通信,因为数据流向运营商或互联网服务提供商的服务器绕圈。

对于基站,所有手机终端都是隔离的。这是基于安全考虑。每个手机都使用自己的频道,而不会相互干扰。另一方面,LAN将该区域的终端(手机,计算机等)连接成组。这有利于彼此之间的数据传输,也节省了外部网络插座。在 LAN 中,终端通过可以相互寻址的 MAC 地址(第 2 层通信)找到彼此。路由器可以通过 IP 寻址(第 3 层通信)路由进出以访问外部网络。

我们都知道,4G改变生活,5G改变社会。作为最主流的移动通信技术,5G的任务是万物互联,助力百行各业数字化转型,需要帮助垂直行业用户打通连接。

然后,5G可以打开从每个终端到云端的连接,实现终端与附近终端的连接。

因此,在3GPP R16标准中,引入了新的特征功能5G LAN。

5G 局域网的原理和特点

在 5G 网络中,管理员可以修改用户数据库(UDM 网元)中的数据,以将服务合同到指定的终端 (UE) 号码,从而将它们分组到相同或不同的 VN 组(虚拟网络组)中。用户数据库向 5G 核心网 (5GC) 的管理网元(SMF、AMF、PCF 等)提供 VN 组的终端号码和访问策略信息。根据此信息和策略规则,管理网络元素将它们形成不同的 LAN。这就是5G LAN。
5G 局域网网络架构示意图
5G 局域网网络架构示意图
5G LAN支持第2层通信(同一网段,彼此直接访问)和第3层通信(跨网段,借助路由)。5G LAN 支持单播以及组播和广播。简而言之,它们在相互访问的方式上非常灵活,并且组织网络也很简单。在范围方面,5G LAN支持在同一UPF(5G核心网的媒体平面网元)和不同UPF下相互通信。这相当于打破了终端之间的物理距离限制。

特别重要的一点是,5G LAN建立的网络可以连接到用户现有的数据网络,从而实现即插即用和相互访问。

5G 局域网有哪些应用?

5G LAN可实现指定5G终端之间的分组和连接,极大地方便了企业构建更具移动性的LAN网络。现有的Wi-Fi技术不是已经可以实现移动性吗?为什么我们仍然需要5G LAN?

5G LAN支持的本地网络可以帮助企业,学校,政府,家庭和其他用户在区域范围内更好地互连终端。5G LAN可用于办公网络。但其更大的价值在于园区生产环境的改造和工业制造、港口码头、能源矿山等生产型企业基层网络的转型。

我们现在都在推动工业互联网,相信5G能够赋能行业场景的数字化,因为5G具有大带宽、低时延等特点,是一种优越的无线通信技术,能够实现工业场景中各种生产要素的无线连接。

以工业制造为例。以前,工业总线技术用于更好的自动化和设备控制。这项技术有很多种。

后来,随着以太网和IP技术的出现,工业界形成了向以太网演进的共识,于是就有了工业以太网。现在,无论谁拥有工业互连协议,它都基于以太网。

后来,工业公司发现有线连接对移动性有太多限制——设备后面总是有一条传出线,这阻碍了自由移动。

此外,有线连接部署起来很麻烦,交货时间长,成本高。一旦设备或电缆出现故障,更换设备或电缆也会延迟。因此,业界开始考虑引入无线通信技术。

5G 局域网的优势是什么?

Wi-Fi、蓝牙等技术进入工业领域。如果有Wi-Fi,为什么我们需要5G LAN?原因如下。

Wi-Fi网络的性能不如5G。

Wi-Fi网络(尤其是Wi-Fi 4和Wi-Fi 5)的性能不如5G。在传输速率和时延方面,5G可以更好地满足工业机器人(机械臂控制)、智能质检(高速图像识别)、AGV(无人物流车)等场景的需求。在覆盖范围方面,5G的覆盖面积比Wi-Fi更大,可以更好地覆盖公园。5G的蜂窝间交换能力,也比Wi-Fi更强,可以给用户带来更好的网络体验。

Wi-Fi网络维护成本高。

建设园区Wi-Fi网络的企业需要自己布线并购买设备。设备具有折旧、损坏、续订和专用维护功能。大量的Wi-Fi设备配置也非常麻烦。5G是不同的。它是由运营商构建和维护的,企业属于租赁(Wi-Fi与5G相比,有点像与云计算相比建造服务器机房)。考虑到所有因素,5G将更具成本效益。

5G LAN更强大。

5G LAN的VN分组,除了隔离通信之外,还有一个更重要的作用是实现不同网络的业务质量差异化。例如,企业内部的办公网络、IT系统网络、OT网络等。OT是运营技术运营技术(运营技术)。它是一个连接工业环境和设备的网络,例如车床、机械臂、传感器、仪器、AGV、监控系统、MES、PLC 等。不同的网络有不同的性能要求。有些需要低延迟,有些需要高带宽,有些要求不高。基于分组,5G LAN可以为不同的VN数据包定义不同的网络性能。一些企业称之为“微切片”。

5G LAN易于管理且更安全。

运营商的5G网络可以通过开发接口进行自助修改,向企业网络管理员开放修改权限。当然,企业也可以根据自己的需要设置自己的专网策略。在建立数据连接时,企业还可以建立授权认证机制,严格管理VN分组。这种安全性比Wi-Fi更强大,更方便。

5G 局域网案例研究

5G LAN案例研究
5G LAN的即插即用能力可以与客户现有网络完美融合,减少对客户现有网络的影响,无需费力的翻新和升级,可以节省大量成本。从宏观角度来看,5G LAN与5G和以太网技术协同工作。未来,基于以太网技术开发的TSN(时间敏感网络)技术离不开5G LAN的帮助。

值得一提的是,5G LAN可以作为企业传统专线网络的补充,连接异地分支机构,方便内部园区网络的建设。

适用于 5G 局域网的模块
5G LAN是在垂直行业实施5G的重要创新技术。它可以构建更强大的5G专网通信,帮助客户加速数字化转型和升级。为了更好地部署5G LAN,除了网侧升级外,还需要5G模块来支持它。工业互联网是第四次工业革命的基石,像5G LAN这样的5G专网技术创新对于工业部门全面走向数字化、网络化、智能化具有重要意义。随着5G R17版本的冻结,我们正在逐步迎来5G-Advanced时代。新的兴奋仍在继续,新的技术创新也在不断涌现。

5G局域网商用引发5G产业互联网热潮

在网络部署阶段,5G LAN一方面实现了运营商网络与工厂内网的解耦,大大节省了5G工业互联网网络建设的成本。另一方面,5G LAN支持5G原生二层组网,可以保持企业原有组网不变,显著降低工业生产线5G改造难度。

在应用场景中,5G LAN可以保持企业IP自主分配,减少隧道设备配置,实现设备即插即用。在通信能力方面,5G LAN可以实现最优本地通信、最优本地交换时延、最优网络负载,进一步降低工业互联网的端到端时延。

作为R16标准定义的关键特征之一,5G LAN也正在逐步量化其对5G工业时代的颠覆性意义,成为工厂降低成本和提高效率的重要推动力。更重要的是,在工业领域之外,5G LAN还以其低成本、易部署、低时延的优势探索更多的应用场景。

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