Mạng LAN 5G là gì?

Tác giả: Ulink Media

Ai cũng nên làm quen với công nghệ 5G, sự phát triển của 4G và là công nghệ truyền thông di động mới nhất của chúng ta.

Đối với mạng LAN, bạn nên biết đến nó nhiều hơn. Tên đầy đủ của nó là mạng cục bộ, hay LAN. Mạng gia đình của chúng ta, cũng như mạng trong văn phòng công ty, về cơ bản đều là mạng LAN. Với Wi-Fi không dây, đó là mạng LAN không dây (WLAN).

Vậy tại sao tôi lại nói mạng LAN 5G thú vị?

5G là mạng di động phủ sóng rộng, trong khi LAN là mạng dữ liệu trong phạm vi nhỏ. Hai công nghệ này dường như không liên quan gì đến nhau.

Nói cách khác, 5G và LAN là hai từ mà ai cũng biết riêng lẻ. Nhưng khi ghép lại với nhau, chúng hơi gây nhầm lẫn, phải không?

Mạng LAN 5G, chính xác thì nó là gì?

Thực tế, nói một cách đơn giản, mạng LAN 5G là việc sử dụng công nghệ 5G để "kết nối" và "xây dựng" các thiết bị đầu cuối nhằm tạo thành một mạng LAN.

Ai cũng có điện thoại 5G. Khi sử dụng điện thoại 5G, bạn có nhận thấy rằng điện thoại của mình không thể tìm kiếm bạn bè ngay cả khi họ ở rất gần (thậm chí là đối mặt)? Bạn có thể liên lạc với nhau vì dữ liệu phải truyền qua máy chủ của nhà mạng hoặc nhà cung cấp dịch vụ Internet.

Đối với các trạm gốc, tất cả các thiết bị đầu cuối di động đều được "cách ly" với nhau. Điều này dựa trên các cân nhắc về an ninh, các điện thoại sử dụng các kênh riêng của chúng và không gây nhiễu lẫn nhau.

Ngược lại, mạng LAN kết nối các thiết bị đầu cuối (điện thoại di động, máy tính, v.v.) trong một khu vực với nhau để tạo thành một "nhóm". Điều này không chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị mà còn giúp tiết kiệm việc phải thiết lập đường ra mạng ngoại vi (extranet).

Trong mạng LAN, các thiết bị đầu cuối có thể định vị nhau dựa trên địa chỉ MAC và tìm thấy nhau (giao tiếp lớp 2). Để truy cập mạng bên ngoài, thiết lập bộ định tuyến, thông qua vị trí IP, cũng có thể thực hiện định tuyến vào và ra (giao tiếp lớp 3).

Như chúng ta đều biết, “4G sẽ thay đổi cuộc sống của chúng ta, và 5G sẽ thay đổi xã hội của chúng ta”. Là công nghệ truyền thông di động phổ biến nhất hiện nay, 5G gánh vác sứ mệnh “Internet vạn vật và chuyển đổi số hàng trăm lĩnh vực, hàng ngàn ngành công nghiệp”, cần giúp người dùng trong các ngành chuyên biệt được kết nối.

Do đó, 5G không chỉ có thể kết nối mọi thiết bị đầu cuối với đám mây mà còn có thể hiện thực hóa "kết nối lân cận" giữa các thiết bị đầu cuối.

Do đó, trong tiêu chuẩn 3GPP R16, mạng LAN 5G đã giới thiệu tính năng mới này.

Nguyên lý và đặc điểm của mạng LAN 5G

Trong mạng 5G, quản trị viên có thể sửa đổi dữ liệu trong cơ sở dữ liệu người dùng (các phần tử mạng UDM), ký hợp đồng dịch vụ với số UE cụ thể, sau đó chia chúng thành các nhóm mạng ảo (VN) giống nhau hoặc khác nhau.

Cơ sở dữ liệu người dùng cung cấp thông tin nhóm VN số thiết bị đầu cuối và các chính sách truy cập cho các phần tử mạng quản lý (SMF, AMF, PCF, v.v.) của mạng lõi 5G (5GC). Phần tử mạng quản lý (NE) kết hợp các thông tin và quy tắc chính sách này thành các mạng LAN khác nhau. Đây là một mạng LAN 5G.

Mạng LAN 5G hỗ trợ giao tiếp lớp 2 (cùng phân đoạn mạng, truy cập trực tiếp lẫn nhau) cũng như giao tiếp lớp 3 (giữa các phân đoạn mạng, với sự hỗ trợ của định tuyến). Mạng LAN 5G hỗ trợ unicast, multicast và broadcast. Tóm lại, chế độ truy cập lẫn nhau rất linh hoạt và việc thiết lập mạng rất đơn giản.

Về phạm vi, mạng LAN 5G hỗ trợ giao tiếp giữa cùng một UPF (phần tử mạng phía phương tiện của mạng lõi 5G) và các UPF khác nhau. Điều này tương đương với việc phá vỡ giới hạn khoảng cách vật lý giữa các thiết bị đầu cuối (ngay cả Bắc Kinh và Thượng Hải cũng có thể giao tiếp với nhau).

Đặc biệt, mạng LAN 5G có thể kết nối với mạng dữ liệu hiện có của người dùng để hoạt động theo kiểu "cắm là chạy" và truy cập lẫn nhau.

Các kịch bản ứng dụng và ưu điểm của mạng LAN 5G

Mạng LAN 5G cho phép nhóm và kết nối giữa các thiết bị đầu cuối 5G được chỉ định, tạo điều kiện thuận lợi đáng kể cho việc xây dựng mạng LAN di động hơn cho doanh nghiệp. Nhiều người đọc chắc hẳn sẽ thắc mắc, liệu tính di động đã có sẵn với công nghệ Wi-Fi hiện tại chưa? Tại sao lại cần mạng LAN 5G?

Đừng lo, chúng ta hãy tiếp tục.

Mạng cục bộ được hỗ trợ bởi mạng LAN 5G có thể giúp các doanh nghiệp, trường học, chính phủ và gia đình giao tiếp tốt hơn với các thiết bị đầu cuối trong khu vực. Nó có thể được sử dụng trong mạng văn phòng, nhưng giá trị lớn hơn của nó nằm ở việc chuyển đổi môi trường sản xuất của khu công nghiệp và chuyển đổi mạng lưới cơ bản của các doanh nghiệp sản xuất như sản xuất công nghiệp, bến cảng và mỏ năng lượng.

Hiện nay chúng tôi đang thúc đẩy Internet công nghiệp. Chúng tôi tin rằng 5G có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc số hóa các lĩnh vực công nghiệp vì 5G là công nghệ truyền thông không dây tuyệt vời với băng thông rộng và độ trễ thấp, có thể hiện thực hóa kết nối không dây giữa các yếu tố sản xuất khác nhau trong môi trường công nghiệp.

Lấy ngành sản xuất công nghiệp làm ví dụ. Trước đây, để tự động hóa tốt hơn, để điều khiển thiết bị, người ta sử dụng công nghệ "bus công nghiệp". Có rất nhiều loại công nghệ này, có thể nói là "phổ biến khắp nơi".

Sau này, với sự xuất hiện của công nghệ Ethernet và IP, ngành công nghiệp đã hình thành sự đồng thuận, và cùng với sự phát triển của Ethernet, đã hình thành nên khái niệm “Ethernet công nghiệp”. Ngày nay, bất kể giao thức kết nối công nghiệp của bất kỳ ai, về cơ bản đều dựa trên Ethernet.

Sau đó, các công ty công nghiệp nhận thấy rằng kết nối có dây hạn chế tính di động quá nhiều — luôn có một "dây bện" ở phía sau thiết bị ngăn cản sự di chuyển tự do.

Hơn nữa, phương thức triển khai kết nối có dây phức tạp hơn, thời gian thi công dài, chi phí cao. Nếu có sự cố với thiết bị hoặc cáp, việc thay thế cũng rất chậm. Vì vậy, ngành công nghiệp bắt đầu nghĩ đến việc ứng dụng công nghệ truyền thông không dây.

Do đó, Wi-Fi, Bluetooth và các công nghệ khác đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp.

Vậy, để quay lại câu hỏi trước đó, tại sao lại cần mạng LAN 5G khi đã có Wi-Fi?

Đây là lý do:

1. Hiệu năng của mạng Wi-Fi (đặc biệt là Wi-Fi 4 và Wi-Fi 5) không tốt bằng 5G.

Về tốc độ truyền tải và độ trễ, 5G có thể đáp ứng tốt hơn nhu cầu của robot công nghiệp (điều khiển tay máy), kiểm tra chất lượng thông minh (nhận dạng hình ảnh tốc độ cao), AGV (xe vận chuyển hàng hóa không người lái) và các kịch bản khác.

Về phạm vi phủ sóng, 5G có vùng phủ sóng rộng hơn Wi-Fi và có thể phủ sóng toàn bộ khuôn viên trường tốt hơn. Khả năng chuyển đổi giữa các trạm phát sóng của 5G cũng mạnh hơn Wi-Fi, điều này sẽ mang lại cho người dùng trải nghiệm mạng tốt hơn.

2. Chi phí bảo trì mạng Wi-Fi cao.

Để xây dựng mạng Wi-Fi trong công viên, các doanh nghiệp cần phải đi dây và mua thiết bị riêng. Thiết bị bị khấu hao, hư hỏng và phải thay thế, đồng thời cần nhân viên chuyên trách bảo trì. Có rất nhiều thiết bị Wi-Fi, và việc cấu hình rất phức tạp.

5G thì khác. Nó được xây dựng và bảo trì bởi các nhà mạng và được các doanh nghiệp thuê (Wi-Fi so với 5G hơi giống như việc tự xây phòng riêng so với điện toán đám mây).

Nhìn chung, công nghệ 5G sẽ tiết kiệm chi phí hơn.

3. Mạng LAN 5G có nhiều chức năng mạnh mẽ hơn.

Việc nhóm các VN trong mạng LAN 5G đã được đề cập trước đó. Bên cạnh việc cách ly thông tin liên lạc, một chức năng quan trọng hơn của việc nhóm là để đạt được sự khác biệt về chất lượng dịch vụ (QoS) giữa các mạng khác nhau.

Ví dụ, một doanh nghiệp có mạng văn phòng, mạng hệ thống CNTT và mạng OT.

OT là viết tắt của Công nghệ Vận hành. Đó là một mạng lưới kết nối môi trường công nghiệp và các thiết bị, chẳng hạn như máy tiện, cánh tay robot, cảm biến, thiết bị đo lường, xe tự hành AGV, hệ thống giám sát, MES, PLC, v.v.

Các mạng khác nhau có các yêu cầu về hiệu năng khác nhau. Một số yêu cầu độ trễ thấp, một số yêu cầu băng thông cao, và một số có yêu cầu ít hơn.

Mạng LAN 5G có thể xác định hiệu năng mạng khác nhau dựa trên các nhóm VN khác nhau. Một số doanh nghiệp gọi đây là “micro slice”.

4. Mạng LAN 5G dễ quản lý hơn và an toàn hơn.

Như đã đề cập ở trên, dữ liệu đăng ký người dùng có thể được sửa đổi trong 5G UDM nes của nhà mạng để nhóm người dùng vào các nhóm VN. Vậy, chúng ta có cần phải liên hệ với dịch vụ khách hàng của nhà mạng mỗi khi cần thay đổi thông tin nhóm của một thiết bị đầu cuối (tham gia, xóa, thay đổi) không?

Dĩ nhiên là không.

Trong mạng 5G, các nhà mạng có thể mở quyền chỉnh sửa cho quản trị viên mạng doanh nghiệp thông qua việc phát triển các giao diện, cho phép chỉnh sửa tự phục vụ.

Dĩ nhiên, các doanh nghiệp cũng có thể thiết lập chính sách mạng riêng của mình theo nhu cầu riêng.

Khi thiết lập kết nối dữ liệu, doanh nghiệp có thể thiết lập cơ chế ủy quyền và xác thực để quản lý chặt chẽ các nhóm VN. Tính bảo mật này mạnh mẽ và tiện lợi hơn nhiều so với Wi-Fi.

Nghiên cứu trường hợp mạng LAN 5G

Hãy cùng xem xét những lợi ích của mạng LAN 5G thông qua một ví dụ mạng cụ thể.

Trước hết, một doanh nghiệp sản xuất, có xưởng sản xuất, dây chuyền sản xuất (hoặc máy tiện) riêng, cần kết nối PLC và đầu điều khiển PLC thông qua mạng.

Mỗi dây chuyền lắp ráp đều có rất nhiều thiết bị, và chúng hoạt động độc lập. Việc lắp đặt mô-đun 5G trên mọi thiết bị trong dây chuyền lắp ráp là lý tưởng. Tuy nhiên, có vẻ như chi phí sẽ khá cao ở giai đoạn này.

Sau đó, việc giới thiệu cổng công nghiệp 5G, hay thiết bị CPE 5G, có thể cải thiện hiệu quả chi phí. Phù hợp cho kết nối có dây, kết nối với cổng có dây (cổng Ethernet hoặc cổng PLC). Phù hợp cho kết nối không dây, kết nối với mạng 5G hoặc Wi-Fi.

Nếu 5G không hỗ trợ 5G LAN (trước phiên bản R16), vẫn có thể thực hiện kết nối giữa PLC và bộ điều khiển PLC. Tuy nhiên, toàn bộ mạng 5G là giao thức lớp 3 dựa trên địa chỉ IP, và địa chỉ đầu cuối cũng là địa chỉ IP, không hỗ trợ chuyển tiếp dữ liệu lớp 2. Để thực hiện giao tiếp đầu cuối, cần phải thêm bộ định tuyến truy cập (AR) ở cả hai phía để thiết lập đường hầm, đóng gói giao thức lớp 2 công nghiệp trong đường hầm và chuyển đến đầu cuối.

Phương pháp này không chỉ làm tăng độ phức tạp mà còn làm tăng chi phí (chi phí mua bộ định tuyến AR, chi phí nhân công và thời gian cấu hình bộ định tuyến AR). Nếu bạn nghĩ đến một xưởng sản xuất với hàng nghìn dây chuyền, chi phí sẽ rất lớn.

Sau khi giới thiệu mạng LAN 5G, mạng 5G hỗ trợ truyền tải trực tiếp giao thức lớp 2, do đó không còn cần đến bộ định tuyến AR nữa. Đồng thời, mạng 5G có thể cung cấp tuyến đường cho các thiết bị đầu cuối không có địa chỉ IP, và UPF có thể nhận dạng địa chỉ MAC của các thiết bị đầu cuối. Toàn bộ mạng trở thành một mạng đơn lớp tối giản, có thể giao tiếp với nhau ở lớp 2.

Khả năng cắm và chạy của mạng LAN 5G cho phép tích hợp hoàn hảo với mạng lưới hiện có của khách hàng, giảm thiểu tác động đến mạng lưới hiện tại và tiết kiệm được nhiều chi phí mà không cần phải cải tạo và nâng cấp tốn kém.

Từ góc độ vĩ mô, mạng LAN 5G là sự hợp tác giữa công nghệ 5G và Ethernet. Trong tương lai, sự phát triển của công nghệ TSN (mạng nhạy cảm về thời gian) dựa trên công nghệ Ethernet không thể tách rời khỏi sự hỗ trợ của mạng LAN 5G.

Điều đáng chú ý là mạng LAN 5G, ngoài việc tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng mạng nội bộ của khu công nghiệp, còn có thể được sử dụng như một sự bổ sung cho mạng đường dây chuyên dụng truyền thống của doanh nghiệp để kết nối các chi nhánh ở các địa điểm khác nhau.

Mô-đun dành cho mạng LAN 5G

Như bạn thấy, mạng LAN 5G là một công nghệ tiên tiến quan trọng cho 5G trong các ngành công nghiệp chuyên biệt. Nó có thể xây dựng mạng lưới liên lạc riêng 5G mạnh mẽ hơn, giúp khách hàng đẩy nhanh quá trình chuyển đổi số và nâng cấp.

Để triển khai mạng LAN 5G hiệu quả hơn, ngoài việc nâng cấp hệ thống mạng, cần có sự hỗ trợ của module 5G.

Trong quá trình thương mại hóa công nghệ mạng LAN 5G, Unigroup Zhangrui đã cho ra mắt nền tảng chip baseband 5G R16 Ready đầu tiên trong ngành - V516.

Dựa trên nền tảng này, Quectel, nhà sản xuất mô-đun hàng đầu tại Trung Quốc, đã phát triển thành công một số mô-đun 5G hỗ trợ công nghệ mạng LAN 5G và đã đưa vào thương mại hóa, bao gồm RG500U, RG200U, RM500U và các mô-đun đóng gói LGA, M.2, Mini PCIe khác.