O que é 5G LAN?

Autor: Ulink Media

Todos deveriam estar familiarizados com o 5G, que é a evolução do 4G e nossa mais recente tecnologia de comunicação móvel.

Para LAN, você provavelmente já está familiarizado com o termo. Seu nome completo é rede local, ou LAN. Nossa rede doméstica, assim como a rede do escritório corporativo, é basicamente uma LAN. Com Wi-Fi, ela se torna uma WLAN (Rede Local Sem Fio).

Então, por que estou dizendo que a LAN 5G é interessante?

5G é uma rede celular de ampla cobertura, enquanto LAN é uma rede de dados de pequena área. As duas tecnologias parecem não ter relação alguma.

Em outras palavras, 5G e LAN são duas palavras que todos conhecem separadamente. Mas juntas, podem ser um pouco confusas, não é?

5G LAN: o que é exatamente?

Na verdade, uma LAN 5G, simplificando, consiste em usar a tecnologia 5G para "agrupar" e "construir" terminais, formando uma rede LAN.

Todo mundo tem um celular 5G. Ao usar um celular 5G, você já percebeu que ele não consegue encontrar seus amigos mesmo quando eles estão próximos (até mesmo cara a cara)? A comunicação entre vocês só é possível porque os dados percorrem todo o caminho até os servidores da sua operadora ou provedor de internet.

Nas estações base, todos os terminais móveis são "isolados" uns dos outros. Isso se baseia em considerações de segurança; os telefones usam seus próprios canais e não interferem uns nos outros.

Uma LAN, por outro lado, conecta terminais (celulares, computadores, etc.) em uma área para formar um "grupo". Isso não só facilita a transmissão de dados entre eles, como também dispensa a necessidade de acessar uma extranet.

Em uma LAN, os terminais podem se localizar com base em seus endereços MAC (comunicação de camada 2). Para acessar a rede externa, configura-se um roteador que, por meio da localização IP, também permite o roteamento de entrada e saída (comunicação de camada 3).

Como todos sabemos, “o 4G mudará nossas vidas e o 5G mudará nossa sociedade”. Sendo a tecnologia de comunicação móvel mais difundida atualmente, o 5G carrega a missão de “conectar todas as coisas e transformar digitalmente centenas de setores e milhares de indústrias”, o que exige que usuários de diversos segmentos se conectem.

Portanto, o 5G não só pode conectar todos os terminais à nuvem, como também possibilitar a "conexão próxima" entre terminais.

Portanto, no padrão 3GPP R16, a LAN 5G introduziu esse novo recurso.

Princípios e características da LAN 5G

Em uma rede 5G, os administradores podem modificar os dados no banco de dados de usuários (elementos de rede UDM), assinar um contrato de serviço com um número de UE específico e, em seguida, dividi-los em grupos de rede virtual (VN) iguais ou diferentes.

O banco de dados de usuários fornece informações sobre o grupo de números de terminal (VN) e políticas de acesso aos elementos de rede de gerenciamento (SMF, AMF, PCF, etc.) da rede central 5G (5GC). O elemento de rede de gerenciamento combina essas informações e regras de política em diferentes LANs. Esta é uma LAN 5G.

Uma LAN 5G suporta comunicação de Camada 2 (mesmo segmento de rede, acesso direto entre os dispositivos) e também comunicação de Camada 3 (entre segmentos de rede, com o auxílio de roteamento). Uma LAN 5G suporta unicast, multicast e broadcast. Em resumo, o modo de acesso mútuo é muito flexível e a configuração da rede é bastante simples.

Em termos de abrangência, uma LAN 5G suporta a comunicação entre o mesmo UPF (elemento de rede do lado da mídia da rede central 5G) e diferentes UPFs. Isso equivale a romper o limite de distância física entre terminais (até mesmo Pequim e Xangai podem se comunicar).

Em particular, as redes LAN 5G podem se conectar às redes de dados existentes dos usuários, permitindo o uso imediato e o acesso mútuo.

Cenários de aplicação e vantagens da LAN 5G

A LAN 5G permite o agrupamento e a conexão entre terminais 5G específicos, facilitando muito a construção de uma rede LAN mais móvel para empresas. Muitos leitores certamente perguntarão: a mobilidade já não é possível com a tecnologia Wi-Fi atual? Por que a necessidade de uma LAN 5G?

Não se preocupe, vamos em frente.

A rede local possibilitada pela LAN 5G pode ajudar empresas, escolas, governos e famílias a se comunicarem melhor com terminais em uma região. Ela pode ser usada em redes de escritório, mas seu maior valor reside na transformação do ambiente de produção de parques industriais e na modernização da rede básica de empresas produtivas, como fábricas, terminais portuários e minas de energia.

Atualmente, estamos promovendo a Internet Industrial. Acreditamos que o 5G pode viabilizar a digitalização dos ambientes industriais, pois é uma excelente tecnologia de comunicação sem fio com grande largura de banda e baixa latência, permitindo a conexão sem fio de diversos fatores de produção em ambientes industriais.

Tomemos como exemplo a manufatura industrial. Anteriormente, para melhorar a automação e o controle dos equipamentos, utilizava-se a tecnologia de "barramento industrial". Existem muitos tipos dessa tecnologia, que podem ser descritos como bastante variados.

Posteriormente, com o surgimento das tecnologias Ethernet e IP, a indústria chegou a um consenso e, juntamente com a evolução do Ethernet, surgiu o "Ethernet industrial". Hoje, independentemente do protocolo de interconexão industrial, todos são basicamente baseados em Ethernet.

Mais tarde, as empresas industriais descobriram que as conexões com fio limitavam demais a mobilidade — havia sempre uma "trança" na parte traseira do dispositivo que impedia a livre movimentação.

Além disso, o modo de implantação com fio é mais trabalhoso, o período de construção é longo e o custo é elevado. Se houver algum problema com o equipamento ou o cabo, a substituição também é muito lenta. Portanto, a indústria começou a considerar a introdução da tecnologia de comunicação sem fio.

Como resultado, o Wi-Fi, o Bluetooth e outras tecnologias entraram no campo industrial.

Então, voltando à pergunta anterior, por que usar 5G LAN quando existe Wi-Fi?

Eis o motivo:

1. O desempenho das redes Wi-Fi (especialmente Wi-Fi 4 e Wi-Fi 5) não é tão bom quanto o do 5G.

Em termos de taxa de transmissão e latência, o 5G pode atender melhor às necessidades de robôs industriais (controle de manipuladores), inspeção inteligente de qualidade (reconhecimento de imagem em alta velocidade), AGVs (veículos logísticos não tripulados) e outros cenários.

Em termos de cobertura, o 5G possui uma área de cobertura maior que o Wi-Fi e consegue cobrir melhor o campus. A capacidade do 5G de alternar entre células também é superior à do Wi-Fi, o que proporcionará aos usuários uma melhor experiência de rede.

2. Os custos de manutenção da rede Wi-Fi são elevados.

Para construir uma rede Wi-Fi em um parque, as empresas precisam instalar cabeamento e comprar seus próprios equipamentos. Os equipamentos se depreciam, danificam e precisam ser substituídos, além de necessitarem de manutenção por pessoal especializado. São inúmeros dispositivos Wi-Fi, e a configuração é um processo trabalhoso.

O 5G é diferente. Ele é construído e mantido por operadoras e alugado por empresas (Wi-Fi versus 5G é um pouco como construir seu próprio quarto versus computação em nuvem).

Em conjunto, o 5G será mais rentável.

3. A LAN 5G possui funções mais poderosas.

A segmentação por redes virtuais (VN) de uma LAN 5G foi mencionada anteriormente. Além do isolamento da comunicação, uma função ainda mais importante da segmentação é alcançar a diferenciação de QoS (nível de serviço) entre as diferentes redes.

Por exemplo, uma empresa possui uma rede de escritório, uma rede de sistemas de TI e uma rede de tecnologia operacional (OT).

OT significa Tecnologia Operacional. É uma rede que conecta o ambiente industrial e os equipamentos, como tornos, braços robóticos, sensores, instrumentação, AGVs (Veículos Guiados Automaticamente), sistemas de monitoramento, MES (Sistemas de Manufatura Avançada), PLCs (Sistemas de Controle Lógico Programável), etc.

Diferentes redes têm diferentes requisitos de desempenho. Algumas exigem baixa latência, outras exigem alta largura de banda e outras têm requisitos menos rigorosos.

Uma LAN 5G pode definir diferentes desempenhos de rede com base em diferentes grupos de VN (Virtual Networks). Algumas empresas chamam isso de "micro fatiamento".

4. A LAN 5G é mais fácil de gerenciar e mais segura.

Conforme mencionado acima, os dados de login do usuário podem ser modificados nos servidores UDM 5G das operadoras para agrupar usuários em grupos VN. Portanto, precisamos entrar em contato com o atendimento ao cliente da operadora sempre que precisarmos alterar as informações de grupo de um terminal (adicionar, excluir ou alterar)?

Claro que não.

Em redes 5G, as operadoras podem abrir a permissão de modificação para administradores de rede corporativos por meio do desenvolvimento de interfaces, permitindo a modificação por autosserviço.

Naturalmente, as empresas também podem definir suas próprias políticas de rede privada de acordo com suas necessidades.

Ao estabelecer conexões de dados, as empresas podem definir mecanismos de autorização e autenticação para gerenciar rigorosamente os grupos de redes virtuais. Essa segurança é muito mais robusta e conveniente do que a do Wi-Fi.

Um estudo de caso de uma LAN 5G

Vamos analisar os benefícios da LAN 5G por meio de um exemplo específico de rede.

Em primeiro lugar, uma empresa de manufatura, que possui sua própria oficina, linha de produção (ou torno), precisa conectar o CLP e a unidade de controle do CLP através da rede.

Cada linha de montagem possui muitos equipamentos, inclusive independentes. O ideal seria instalar módulos 5G em todos os dispositivos da linha de montagem. No entanto, parece que isso será um pouco caro nesta fase.

A introdução de gateways industriais 5G, ou CPE 5G, pode melhorar a relação custo-benefício. São adequados para conexões com fio, utilizando portas com fio (porta Ethernet ou porta PLC), e também para conexões sem fio, utilizando redes 5G ou Wi-Fi.

Caso o 5G não suporte LAN 5G (antes da versão R16), ainda é possível realizar a conexão entre um PLC e seu controlador. No entanto, toda a rede 5G utiliza um protocolo de Camada 3 baseado em endereçamento IP, e o endereço do terminal também é um endereço IP, o que impede o encaminhamento de dados da Camada 2. Para viabilizar a comunicação de ponta a ponta, é necessário adicionar um AR (Roteador de Acesso) em ambas as extremidades para estabelecer um túnel, encapsular o protocolo industrial de Camada 2 dentro desse túnel e encaminhá-lo até a outra extremidade.

Esse método não só aumenta a complexidade, como também eleva os custos (custo de aquisição do roteador AR, mão de obra e tempo necessários para a configuração do roteador AR). Se considerarmos uma oficina com milhares de linhas, o custo seria exorbitante.

Após a introdução da LAN 5G, a rede 5G suporta a transmissão direta de protocolos de Camada 2, tornando os roteadores AR (Release Access) desnecessários. Ao mesmo tempo, a rede 5G pode fornecer rotas para terminais sem endereços IP, e o UPF (Unified Facility) consegue reconhecer os endereços MAC dos terminais. Toda a rede se torna uma rede minimalista de camada única, capaz de se comunicar diretamente na Camada 2.

A funcionalidade plug and play da LAN 5G permite a integração perfeita com as redes existentes dos clientes, reduzindo o impacto sobre as redes já instaladas e economizando custos significativos sem a necessidade de reformas e atualizações complexas.

Em uma perspectiva macro, a LAN 5G é uma colaboração entre as tecnologias 5G e Ethernet. No futuro, o desenvolvimento da tecnologia TSN (rede sensível ao tempo) baseada em Ethernet não poderá ser dissociado da LAN 5G.

Vale ressaltar que a LAN 5G, além de ser favorável à construção da rede interna do parque, também pode ser usada como um complemento à rede dedicada tradicional das empresas para conectar filiais em diferentes locais.

O módulo para a LAN 5G

Como você pode ver, a 5G LAN é uma importante tecnologia inovadora para o 5G em diversos setores. Ela permite criar comunicações de rede privada 5G mais robustas, ajudando os clientes a acelerar sua transformação e modernização digital.

Para uma melhor implementação da LAN 5G, além das atualizações da rede, também é necessário suporte para módulos 5G.

No processo de implementação comercial da tecnologia 5G LAN, a Unigroup Zhangrui lançou a primeira plataforma de chip de banda base 5G R16 Ready do setor — a V516.

Com base nessa plataforma, a Quectel, fabricante líder de módulos na China, desenvolveu com sucesso diversos módulos 5G compatíveis com a tecnologia 5G LAN, que já foram comercializados, incluindo os módulos RG500U, RG200U, RM500U e outros com encapsulamento LGA, M.2 e Mini PCIe.