Was ist 5G LAN?

Autor: Ulink Media

Jeder sollte mit 5G vertraut sein, der Weiterentwicklung von 4G und unserer neuesten Mobilkommunikationstechnologie.

Für LAN sollten Sie mit dem Begriff vertrauter sein. Die vollständige Bezeichnung lautet Local Area Network, kurz LAN. Unser Heimnetzwerk sowie das Netzwerk im Firmenbüro sind im Grunde LANs. Bei WLAN (Wireless Wi-Fi) handelt es sich um ein Wireless LAN (WLAN).

Warum behaupte ich also, dass 5G LAN interessant ist?

5G ist ein großflächiges Mobilfunknetz, während LAN ein lokales Datennetz ist. Die beiden Technologien scheinen auf den ersten Blick nichts miteinander zu tun zu haben.

Anders ausgedrückt: 5G und LAN sind zwei Begriffe, die jeder einzeln kennt. Zusammen ergeben sie aber etwas Verwirrung. Nicht wahr?

5G LAN – Was genau ist das?

Tatsächlich geht es bei 5G LAN, vereinfacht gesagt, darum, mithilfe der 5G-Technologie Endgeräte zu „gruppieren“ und zu „bilden“, um ein LAN-Netzwerk zu bilden.

Heutzutage besitzt fast jeder ein 5G-fähiges Smartphone. Ist Ihnen schon einmal aufgefallen, dass Ihr 5G-Smartphone Ihre Freunde nicht mehr findet, selbst wenn diese ganz in der Nähe sind (sogar persönlich)? Die Kommunikation funktioniert, weil die Daten über die Server Ihres Mobilfunkanbieters oder Internetdienstanbieters laufen.

Bei den Basisstationen sind alle mobilen Endgeräte voneinander isoliert. Dies dient der Sicherheit; die Telefone nutzen ihre eigenen Kanäle und stören sich nicht gegenseitig.

Ein LAN hingegen verbindet Endgeräte (Mobiltelefone, Computer usw.) in einem Bereich zu einer „Gruppe“. Dies erleichtert nicht nur die Datenübertragung zwischen den Geräten, sondern spart auch den Extranet-Ausgang.

In einem LAN können sich Endgeräte anhand ihrer MAC-Adressen gegenseitig finden (Schicht-2-Kommunikation). Für den Zugriff auf ein externes Netzwerk wird ein Router benötigt, der über die IP-Adresse auch das Routing ein- und ausgehender Datenverkehr ermöglicht (Schicht-3-Kommunikation).

Wie wir alle wissen, wird 4G unser Leben verändern und 5G unsere Gesellschaft. Als derzeit gängigste Mobilkommunikationstechnologie trägt 5G die Verantwortung für das „Internet der Dinge und die digitale Transformation hunderter Branchen und tausender Sektoren“, indem es Nutzern in vertikalen Branchen die Vernetzung ermöglicht.

Daher kann 5G nicht nur jedes Endgerät mit der Cloud verbinden, sondern auch eine „Verbindung in der Nähe“ zwischen Endgeräten realisieren.

Daher wurde diese neue Funktion im 3GPP R16-Standard 5G LAN eingeführt.

Prinzipien und Merkmale von 5G LAN

In einem 5G-Netzwerk können Administratoren die Daten in der Benutzerdatenbank (UDM-Netzwerkelemente) ändern, einen Dienstvertrag mit einer bestimmten UE-Nummer abschließen und diese dann in gleiche oder verschiedene virtuelle Netzwerkgruppen (VN) einteilen.

Die Benutzerdatenbank stellt Informationen zu Terminalnummern, VN-Gruppen und Zugriffsrichtlinien für die Management-Netzwerkelemente (SMF, AMF, PCF usw.) des 5G-Kernnetzes (5GC) bereit. Das Management-NE kombiniert diese Informationen und Richtlinienregeln zu verschiedenen LANs. Dies ist ein 5G-LAN.

Ein 5G-LAN unterstützt sowohl Layer-2-Kommunikation (direkter Zugriff innerhalb desselben Netzwerksegments) als auch Layer-3-Kommunikation (netzwerksegmentübergreifend mithilfe von Routing). Es unterstützt Unicast, Multicast und Broadcast. Kurz gesagt: Der gegenseitige Zugriff ist sehr flexibel und die Netzwerkarchitektur sehr einfach.

Im Hinblick auf den Umfang unterstützt ein 5G-LAN die Kommunikation zwischen demselben UPF (medianseitigen Netzwerkelement des 5G-Kernnetzes) und verschiedenen UPFs. Dies ist gleichbedeutend mit der Überwindung der physikalischen Entfernungsgrenze zwischen Endgeräten (selbst Peking und Shanghai können miteinander kommunizieren).

Insbesondere können 5G-LAN-Netzwerke mit den bestehenden Datennetzwerken der Benutzer verbunden werden, um Plug-and-Play und gegenseitigen Zugriff zu ermöglichen.

Anwendungsszenarien und Vorteile von 5G LAN

5G-LAN ermöglicht die Gruppierung und Verbindung bestimmter 5G-Endgeräte und vereinfacht so den Aufbau mobilerer LAN-Netzwerke für Unternehmen erheblich. Viele Leser werden sich sicherlich fragen: Ist Mobilität nicht bereits mit der bestehenden WLAN-Technologie möglich? Wozu braucht man dann ein 5G-LAN?

Keine Sorge, lasst uns weitermachen.

Die durch 5G LAN ermöglichte lokale Vernetzung kann Unternehmen, Schulen, Behörden und Familien helfen, besser mit Endgeräten in einer Region zu kommunizieren. Sie kann im Büronetzwerk eingesetzt werden, ihr größter Nutzen liegt jedoch in der Transformation der Produktionsumgebung von Industrieparks und der grundlegenden Vernetzung von Produktionsunternehmen wie der Industrie, Hafenterminals und Energieanlagen.

Wir fördern das industrielle Internet. Wir sind überzeugt, dass 5G die Digitalisierung industrieller Abläufe ermöglicht, da es sich um eine hervorragende drahtlose Kommunikationstechnologie mit großer Bandbreite und geringer Latenz handelt, die die drahtlose Vernetzung verschiedener Produktionsfaktoren in industriellen Umgebungen realisiert.

Nehmen wir beispielsweise die industrielle Fertigung. Um die Automatisierung zu verbessern und die Anlagensteuerung zu realisieren, wurde früher die „Industriebus“-Technologie eingesetzt. Es gibt viele verschiedene Arten dieser Technologie, die man getrost als „weit verbreitet“ bezeichnen kann.

Später, mit dem Aufkommen der Ethernet- und IP-Technologie, bildete sich in der Branche ein Konsens heraus, und mit der Weiterentwicklung von Ethernet entstand das „industrielle Ethernet“. Heutzutage basieren industrielle Verbindungsprotokolle im Wesentlichen auf Ethernet, unabhängig vom jeweiligen Anbieter.

Später stellten Industrieunternehmen fest, dass kabelgebundene Verbindungen die Bewegungsfreiheit zu stark einschränkten – es gab immer ein „Geflecht“ auf der Rückseite des Geräts, das die freie Bewegung verhinderte.

Darüber hinaus ist die kabelgebundene Verbindungstechnik aufwendiger, die Bauzeit lang und die Kosten hoch. Auch der Austausch von Geräten oder Kabeln gestaltet sich bei Problemen sehr langsam. Daher begann die Branche, die Einführung drahtloser Kommunikationstechnologie in Betracht zu ziehen.

Infolgedessen haben Wi-Fi, Bluetooth und andere Technologien Einzug in den industriellen Bereich gehalten.

Um auf die vorherige Frage zurückzukommen: Warum 5G LAN, wenn es WLAN gibt?

Hier ist der Grund:

1. Die Leistung von Wi-Fi-Netzwerken (insbesondere Wi-Fi 4 und Wi-Fi 5) ist nicht so gut wie die von 5G.

Hinsichtlich Übertragungsrate und Verzögerung kann 5G die Anforderungen von Industrierobotern (Manipulatorsteuerung), intelligenter Qualitätsprüfung (Hochgeschwindigkeits-Bilderkennung), AGVs (unbemannten Logistikfahrzeugen) und anderen Szenarien besser erfüllen.

Hinsichtlich der Abdeckung bietet 5G eine größere Reichweite als WLAN und kann den Campus besser abdecken. Auch die Fähigkeit von 5G, zwischen verschiedenen Funkzellen zu wechseln, ist besser als bei WLAN, was den Nutzern ein besseres Netzwerkerlebnis ermöglicht.

2. Die Wartungskosten für WLAN-Netzwerke sind hoch.

Um in einem Park ein WLAN-Netzwerk aufzubauen, müssen Unternehmen die Verkabelung übernehmen und die benötigte Ausrüstung selbst beschaffen. Die Geräte unterliegen dem Verschleiß, können beschädigt werden und müssen ersetzt werden; zudem ist ihre Wartung durch Fachpersonal erforderlich. Es gibt unzählige WLAN-Geräte, und die Konfiguration ist aufwendig.

5G ist anders. Es wird von Netzbetreibern aufgebaut und gewartet und von Unternehmen gemietet (Wi-Fi versus 5G ist ein bisschen wie der Unterschied zwischen dem Bau eines eigenen Zimmers und Cloud-Computing).

Insgesamt betrachtet wird 5G kostengünstiger sein.

3. 5G LAN verfügt über leistungsfähigere Funktionen.

Die Gruppierung virtueller Netzwerke (VN) in einem 5G-LAN wurde bereits erwähnt. Neben der Trennung der Kommunikationswege ist eine wichtigere Funktion der Gruppierung die Differenzierung der Dienstgüte (QoS) verschiedener Netzwerke.

Ein Unternehmen verfügt beispielsweise über ein Büronetzwerk, ein IT-Systemnetzwerk und ein OT-Netzwerk.

OT steht für Betriebstechnologie. Es handelt sich um ein Netzwerk, das die industrielle Umgebung und Ausrüstung wie Drehmaschinen, Roboterarme, Sensoren, Instrumente, fahrerlose Transportsysteme (AGVs), Überwachungssysteme, MES, SPSen usw. miteinander verbindet.

Unterschiedliche Netzwerke haben unterschiedliche Leistungsanforderungen. Einige erfordern geringe Latenz, andere eine hohe Bandbreite und wieder andere weniger.

Ein 5G-LAN kann je nach VN-Gruppe unterschiedliche Netzwerkleistungen definieren. Einige Unternehmen bezeichnen dies als „Mikroslice“.

4. 5G LAN ist einfacher zu verwalten und sicherer.

Wie bereits erwähnt, können die Benutzersignaturdaten in den 5G-UDM-Systemen der Netzbetreiber geändert werden, um Benutzer in VN-Gruppen einzuteilen. Müssen wir uns also jedes Mal an den Kundendienst des Netzbetreibers wenden, wenn wir die Gruppeninformationen eines Endgeräts ändern möchten (Beitritt, Löschung, Änderung)?

Natürlich nicht.

In 5G-Netzen können Betreiber durch die Entwicklung von Schnittstellen die Berechtigung zur Änderung für Unternehmensnetzwerkadministratoren öffnen und so die Selbstbedienungsänderung ermöglichen.

Selbstverständlich können Unternehmen auch ihre eigenen Richtlinien für private Netzwerke entsprechend ihren individuellen Bedürfnissen festlegen.

Beim Einrichten von Datenverbindungen können Unternehmen Autorisierungs- und Authentifizierungsmechanismen festlegen, um VN-Gruppen streng zu verwalten. Diese Sicherheitsmaßnahme ist deutlich stärker und komfortabler als WLAN.

Eine Fallstudie zu einem 5G-LAN

Betrachten wir die Vorteile von 5G LAN anhand eines konkreten Netzwerkbeispiels.

Zunächst einmal muss ein produzierendes Unternehmen, das über eine eigene Werkstatt und Produktionslinie (oder Drehmaschine) verfügt, die SPS und die SPS-Steuerung über das Netzwerk verbinden.

Jede Montagelinie verfügt über zahlreiche, voneinander unabhängige Anlagen. Ideal wäre es, jedes Gerät der Montagelinie mit 5G-Modulen auszustatten. Allerdings dürfte dies zum jetzigen Zeitpunkt noch etwas kostspielig sein.

Die Einführung eines 5G-Industrie-Gateways oder eines 5G-CPE kann das Kosten-Nutzen-Verhältnis verbessern. Geeignet für kabelgebundene Verbindungen (Ethernet- oder SPS-Anschluss) oder drahtlose Verbindungen (5G oder WLAN).

Wenn 5G (vor R16) kein 5G LAN unterstützt, ist die Verbindung zwischen SPS und SPS-Steuerung dennoch möglich. Da das gesamte 5G-Netzwerk jedoch auf einem Layer-3-Protokoll mit IP-Adressierung basiert und die Endgeräteadresse ebenfalls eine IP-Adresse ist, wird keine Layer-2-Datenweiterleitung unterstützt. Um eine Ende-zu-Ende-Kommunikation zu realisieren, muss auf beiden Seiten ein Access Router (AR) eingesetzt werden, der einen Tunnel aufbaut, das industrielle Layer-2-Protokoll in diesem Tunnel kapselt und zum Zielgerät überträgt.

Diese Methode erhöht nicht nur die Komplexität, sondern auch die Kosten (Anschaffungskosten für den AR-Router, Personal- und Zeitaufwand für dessen Konfiguration). Bei einer Werkstatt mit Tausenden von Linien wären die Kosten enorm.

Mit der Einführung von 5G LAN unterstützt das 5G-Netzwerk die direkte Übertragung des Layer-2-Protokolls, wodurch AR-Router überflüssig werden. Gleichzeitig kann das 5G-Netzwerk Routen für Endgeräte ohne IP-Adresse bereitstellen, und der UPF kann die MAC-Adressen der Endgeräte erkennen. Das gesamte Netzwerk wird so zu einem minimalistischen, einschichtigen Netzwerk, dessen Komponenten auf Layer 2 miteinander kommunizieren können.

Dank der Plug-and-Play-Fähigkeit von 5G LAN lässt sich dieses nahtlos in die bestehenden Netzwerke der Kunden integrieren. Dadurch werden die Auswirkungen auf die bestehenden Netzwerke der Kunden minimiert und erhebliche Kosten eingespart, ohne dass aufwändige Renovierungs- und Modernisierungsarbeiten erforderlich sind.

Aus makroökonomischer Sicht ist 5G LAN eine Kooperation zwischen 5G- und Ethernet-Technologie. Die zukünftige Entwicklung von TSN-Technologien (Time Sensitive Networks) auf Basis von Ethernet ist ohne die Unterstützung von 5G LAN nicht möglich.

Erwähnenswert ist, dass 5G LAN nicht nur für den Aufbau des internen Netzwerks des Parks förderlich ist, sondern auch als Ergänzung zum herkömmlichen dedizierten Leitungsnetz von Unternehmen genutzt werden kann, um Niederlassungen an verschiedenen Standorten zu verbinden.

Das Modul für das 5G-LAN

Wie Sie sehen, ist 5G LAN eine wichtige innovative Technologie für 5G in verschiedenen Branchen. Sie ermöglicht den Aufbau leistungsfähigerer privater 5G-Netzwerkkommunikation und unterstützt Kunden so bei der Beschleunigung ihrer digitalen Transformation und Modernisierung.

Für eine bessere Implementierung von 5G LAN ist neben netzwerkseitigen Upgrades auch die Unterstützung von 5G-Modulen erforderlich.

Im Zuge der Markteinführung der 5G LAN-Technologie brachte Unigroup Zhangrui die branchenweit erste 5G R16 Ready Baseband-Chip-Plattform – V516 – auf den Markt.

Auf dieser Plattform hat Quectel, der führende Modulhersteller in China, erfolgreich eine Reihe von 5G-Modulen entwickelt, die die 5G-LAN-Technologie unterstützen und kommerzialisiert wurden, darunter RG500U, RG200U, RM500U und andere LGA-, M.2- und Mini-PCIe-Gehäusemodule.