Cos'è la rete LAN 5G?

Autore: Ulink Media

Tutti dovrebbero conoscere il 5G, che rappresenta l'evoluzione del 4G e la nostra più recente tecnologia di comunicazione mobile.

Per quanto riguarda le LAN, è bene conoscerne il significato. Il suo nome completo è Local Area Network, o LAN. La nostra rete domestica, così come la rete in ufficio, è fondamentalmente una LAN. Con il Wi-Fi, si parla di Wireless LAN (WLAN).

Quindi, perché dico che la LAN 5G è interessante?

Il 5G è una rete cellulare ad ampia copertura, mentre la LAN è una rete dati circoscritta. Le due tecnologie sembrano non correlate.

In altre parole, 5G e LAN sono due termini che tutti conoscono singolarmente. Ma insieme, creano un po' di confusione. Non è vero?

5G LAN, di cosa si tratta esattamente?

In sostanza, la LAN 5G, per dirla in parole semplici, consiste nell'utilizzare la tecnologia 5G per "raggruppare" e "costruire" i terminali al fine di formare una rete LAN.

Tutti hanno un telefono 5G. Avete notato che, quando usate un telefono 5G, non riesce a trovare i vostri amici nemmeno quando sono nelle vicinanze (persino faccia a faccia)? Potete comunque comunicare tra di voi perché i dati vengono trasmessi fino ai server del vostro operatore telefonico o fornitore di servizi Internet.

Nelle stazioni base, tutti i terminali mobili sono "isolati" l'uno dall'altro. Ciò si basa su considerazioni di sicurezza: i telefoni utilizzano canali dedicati e non interferiscono tra loro.

Una LAN, d'altro canto, collega i terminali (telefoni cellulari, computer, ecc.) presenti in una determinata area per formare un "gruppo". Ciò non solo facilita la trasmissione dei dati tra i dispositivi, ma evita anche l'uscita dalla rete esterna.

In una LAN, i terminali possono localizzarsi reciprocamente in base ai loro indirizzi MAC e trovarsi a vicenda (comunicazione di livello 2). Per accedere alla rete esterna, è possibile configurare un router che, tramite l'indirizzo IP, può anche realizzare il routing in entrata e in uscita (comunicazione di livello 3).

Come tutti sappiamo, "il 4G cambierà le nostre vite e il 5G cambierà la nostra società". Essendo la tecnologia di comunicazione mobile più diffusa al momento, il 5G si assume la missione di "Internet delle cose e la trasformazione digitale di centinaia di linee e migliaia di settori", il che significa che deve aiutare gli utenti dei settori verticali a connettersi.

Pertanto, il 5G non solo può connettere ogni terminale al cloud, ma anche realizzare una "connessione di prossimità" tra i terminali.

Pertanto, nello standard 3GPP R16, la LAN 5G ha introdotto questa nuova funzionalità.

Principi e caratteristiche delle reti LAN 5G

In una rete 5G, gli amministratori possono modificare i dati nel database degli utenti (elementi di rete UDM), stipulare un contratto di servizio con un numero UE specifico e quindi suddividerli in gruppi di rete virtuale (VN) uguali o diversi.

Il database degli utenti fornisce informazioni sul gruppo VN del numero di terminale e le politiche di accesso agli elementi di rete di gestione (SMF, AMF, PCF, ecc.) della rete centrale 5G (5GC). L'elemento di rete di gestione combina queste informazioni e le regole di policy in diverse LAN. Questa è una LAN 5G.

Una LAN 5G supporta la comunicazione di livello 2 (stesso segmento di rete, accesso diretto reciproco) e di livello 3 (tra segmenti di rete, tramite routing). Una LAN 5G supporta sia unicast che multicast e broadcast. In breve, la modalità di accesso reciproco è molto flessibile e la configurazione della rete è molto semplice.

In termini di portata, una LAN 5G supporta la comunicazione tra lo stesso UPF (elemento di rete lato media della rete centrale 5G) e UPF diversi. Ciò equivale a superare il limite della distanza fisica tra i terminali (persino Pechino e Shanghai possono comunicare).

In particolare, le reti LAN 5G possono connettersi alle reti dati esistenti degli utenti per una connessione plug and play e un accesso reciproco.

Scenari applicativi e vantaggi della rete LAN 5G

La LAN 5G consente il raggruppamento e la connessione tra terminali 5G specifici, facilitando notevolmente la creazione di una rete LAN più mobile per le aziende. Molti lettori si chiederanno sicuramente: la mobilità non è già possibile con l'attuale tecnologia Wi-Fi? Perché la necessità di una LAN 5G?

Non preoccuparti, andiamo avanti.

La connettività locale resa possibile dal 5G LAN può aiutare imprese, scuole, enti governativi e famiglie a comunicare meglio con i terminali di una regione. Può essere utilizzata nelle reti aziendali, ma il suo valore maggiore risiede nella trasformazione dell'ambiente produttivo dei parchi industriali e nella trasformazione della rete di base delle imprese produttive, come le industrie manifatturiere, i terminal portuali e le miniere energetiche.

Stiamo promuovendo l'Internet industriale. Riteniamo che il 5G possa consentire la digitalizzazione degli ambienti industriali, in quanto si tratta di un'eccellente tecnologia di comunicazione wireless con ampia larghezza di banda e bassa latenza, in grado di realizzare la connessione wireless di diversi fattori produttivi all'interno degli stabilimenti industriali.

Prendiamo ad esempio la produzione industriale. In passato, per migliorare l'automazione e ottenere un controllo più preciso delle apparecchiature, si utilizzava la tecnologia "bus industriale". Esistono molti tipi di questa tecnologia, che si può definire "onnipresente".

In seguito, con l'avvento di Ethernet e della tecnologia IP, il settore ha raggiunto un consenso e, parallelamente all'evoluzione di Ethernet, è nato l'"Ethernet industriale". Oggi, indipendentemente dal protocollo di interconnessione industriale utilizzato, quest'ultimo è fondamentalmente basato su Ethernet.

In seguito, le aziende industriali scoprirono che le connessioni cablate limitavano eccessivamente la mobilità: sul retro del dispositivo era sempre presente una "treccia" che impediva i movimenti liberi.

Inoltre, la modalità di implementazione con connessione cablata è più problematica, i tempi di costruzione sono lunghi e i costi elevati. In caso di problemi con le apparecchiature o i cavi, anche la sostituzione è molto lenta. Pertanto, il settore ha iniziato a valutare l'introduzione della tecnologia di comunicazione wireless.

Di conseguenza, Wi-Fi, Bluetooth e altre tecnologie sono entrate a far parte del settore industriale.

Quindi, per tornare alla domanda precedente, perché la LAN 5G quando esiste il Wi-Fi?

Ecco il motivo:

1. Le prestazioni delle reti Wi-Fi (in particolare Wi-Fi 4 e Wi-Fi 5) non sono buone come quelle del 5G.

In termini di velocità di trasmissione e latenza, il 5G può soddisfare al meglio le esigenze di robot industriali (controllo dei manipolatori), ispezione intelligente della qualità (riconoscimento di immagini ad alta velocità), AGV (veicoli logistici senza pilota) e altri scenari.

In termini di copertura, il 5G ha un'area di copertura più ampia rispetto al Wi-Fi e può coprire meglio il campus. La capacità del 5G di passare da una cella all'altra è inoltre superiore a quella del Wi-Fi, il che offrirà agli utenti un'esperienza di rete migliore.

2. I costi di manutenzione della rete Wi-Fi sono elevati.

Per realizzare una rete Wi-Fi in un parco, le aziende devono occuparsi del cablaggio e dell'acquisto delle proprie apparecchiature. Queste apparecchiature si usurano, si danneggiano e vengono sostituite, oltre a richiedere la manutenzione da parte di personale specializzato. Esistono moltissimi dispositivi Wi-Fi e la configurazione risulta complessa.

Il 5G è diverso. Viene costruito e gestito dagli operatori e affittato dalle aziende (il confronto tra Wi-Fi e 5G è un po' come costruire la propria stanza rispetto al cloud computing).

Nel complesso, il 5G risulterà più conveniente.

3. La LAN 5G offre funzionalità più potenti.

In precedenza si è parlato del raggruppamento VN di una LAN 5G. Oltre all'isolamento delle comunicazioni, una funzione ancora più importante del raggruppamento è quella di ottenere la differenziazione della QoS (livello di servizio) tra le diverse reti.

Ad esempio, un'azienda possiede una rete per gli uffici, una rete per i sistemi IT e una rete OT.

OT sta per Operational Technology (Tecnologia Operativa). Si tratta di una rete che collega l'ambiente industriale e le apparecchiature, come torni, bracci robotici, sensori, strumentazione, AGV (veicoli a guida automatica), sistemi di monitoraggio, MES (sistemi di gestione energetica), PLC, ecc.

Reti diverse hanno requisiti di prestazioni diversi. Alcune richiedono bassa latenza, altre un'elevata larghezza di banda e altre ancora requisiti inferiori.

Una LAN 5G può definire prestazioni di rete differenti in base a diversi gruppi VN. In alcune aziende, questa distinzione viene definita "micro slice".

4. La LAN 5G è più facile da gestire e più sicura.

Come accennato in precedenza, i dati di firma utente possono essere modificati nei dispositivi UDM 5G degli operatori per raggruppare gli utenti in gruppi VN. Quindi, dobbiamo rivolgerci al servizio clienti dell'operatore ogni volta che dobbiamo modificare le informazioni di gruppo di un terminale (adesione, eliminazione, modifica)?

Ovviamente no.

Nelle reti 5G, gli operatori possono concedere agli amministratori di rete aziendali l'autorizzazione alla modifica tramite lo sviluppo di interfacce, consentendo la modifica in autonomia.

Naturalmente, le aziende possono anche definire le proprie politiche di rete privata in base alle proprie esigenze.

Quando si stabiliscono connessioni dati, le aziende possono impostare meccanismi di autorizzazione e autenticazione per gestire in modo rigoroso i gruppi VN. Questa sicurezza è molto più robusta e conveniente rispetto al Wi-Fi.

Un caso di studio su una rete LAN 5G

Analizziamo i vantaggi della rete LAN 5G attraverso un esempio specifico di rete.

Innanzitutto, un'impresa manifatturiera, dotata di una propria officina e linea di produzione (o tornio), necessita di collegare il PLC e il relativo dispositivo di controllo tramite rete.

Ogni linea di assemblaggio è composta da numerose apparecchiature, peraltro indipendenti. L'ideale sarebbe installare moduli 5G su ogni dispositivo della linea di assemblaggio. Tuttavia, al momento sembra un'operazione piuttosto costosa.

L'introduzione del gateway industriale 5G, o CPE 5G, può quindi migliorare il rapporto costo-prestazioni. Adatto per la connessione cablata, tramite porta cablata (porta Ethernet o porta PLC). Adatto per la connessione wireless, tramite rete 5G o Wi-Fi.

Se il 5G non supporta le LAN 5G (prima della versione R16), è comunque possibile realizzare la connessione tra PLC e controller PLC. Tuttavia, l'intera rete 5G si basa su un protocollo di Livello 3 che utilizza l'indirizzamento IP, e l'indirizzo del terminale è anch'esso un indirizzo IP, il che non supporta l'inoltro dei dati di Livello 2. Per realizzare una comunicazione end-to-end, è necessario aggiungere un AR (Access Router) su entrambi i lati per stabilire un tunnel, incapsulare il protocollo industriale di Livello 2 nel tunnel e trasmetterlo all'estremità peer.

Questo metodo non solo aumenta la complessità, ma anche i costi (costo di acquisto del router AR, manodopera e tempo necessari per la configurazione del router AR). Se si pensa a un'officina con migliaia di linee, i costi sarebbero esorbitanti.

Dopo l'introduzione della LAN 5G, la rete 5G supporta la trasmissione diretta del protocollo di Livello 2, quindi i router AR non sono più necessari. Allo stesso tempo, la rete 5G può fornire percorsi per i terminali senza indirizzo IP e l'UPF può riconoscere gli indirizzi MAC dei terminali. L'intera rete diventa una rete minimalista a singolo livello, in grado di comunicare tra loro al Livello 2.

La funzionalità plug and play della LAN 5G si integra perfettamente con le reti esistenti dei clienti, riducendo l'impatto su queste ultime e consentendo un notevole risparmio sui costi, senza la necessità di interventi di ristrutturazione e aggiornamento complessi.

Da una prospettiva macro, la LAN 5G è una collaborazione tra la tecnologia 5G e la tecnologia Ethernet. In futuro, lo sviluppo della tecnologia TSN (Time Sensitive Network) basata su Ethernet non potrà prescindere dal supporto della LAN 5G.

Vale la pena ricordare che la LAN 5G, oltre a favorire la costruzione della rete interna del parco tecnologico, può essere utilizzata anche come complemento alla tradizionale rete dedicata delle aziende per collegare le filiali situate in luoghi diversi.

Il modulo per la LAN 5G

Come potete vedere, la LAN 5G è un'importante tecnologia innovativa per il 5G nei settori verticali. Può creare reti private 5G più robuste per aiutare i clienti ad accelerare la loro trasformazione digitale e l'aggiornamento.

Per implementare al meglio le reti LAN 5G, oltre agli aggiornamenti lato rete, è necessario anche il supporto dei moduli 5G.

Nel processo di commercializzazione della tecnologia LAN 5G, Unigroup Zhangrui ha lanciato la prima piattaforma di chip baseband 5G R16 Ready del settore: il V516.

Basandosi su questa piattaforma, Quectel, il principale produttore di moduli in Cina, ha sviluppato con successo una serie di moduli 5G che supportano la tecnologia LAN 5G e li ha commercializzati, tra cui RG500U, RG200U, RM500U e altri moduli con package LGA, M.2 e Mini PCIe.