Mạng LAN 5G là gì?

Tác giả: Ulink Media

Mọi người đều quen thuộc với 5G, đây là sự phát triển của 4G và công nghệ truyền thông di động mới nhất của chúng ta.

Đối với mạng LAN, bạn nên quen thuộc hơn với nó. 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 là 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 rộng, trong khi LAN là mạng dữ liệu diện tích nhỏ. Hai công nghệ này dường như không liên quan đến nhau.

Nói cách khác, 5G và LAN là hai từ mà ai cũng biết riêng. Nhưng khi kết hợp lại thì hơi khó hiểu, phải không?

Mạng LAN 5G thực chất là gì?

Trên thực tế, mạng LAN 5G, nói một cách đơn giản, là sử dụng công nghệ 5G để “nhóm” và “xây dựng” các thiết bị đầu cuối để tạo thành mạng LAN.

Ai cũng có điện thoại 5G. Khi sử dụng điện thoại 5G, bạn có nhận thấy điện thoại không thể tìm kiếm bạn bè ngay cả khi họ ở gần (kể cả khi gặp mặt trực tiếp) không? Bạn có thể giao tiếp với nhau nhờ dữ liệu được truyền trực tiếp đến 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 bảo mật, các điện thoại sử dụng kênh riêng, 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 tiết kiệm được chi phí đầu ra extranet.

Trong mạng LAN, các thiết bị đầu cuối có thể định vị lẫn nhau dựa trên địa chỉ MAC của chúng (giao tiếp Lớp 2). Để truy cập mạng bên ngoài, việc 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 đã 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 ngành nghề”, giúp người dùng trong các ngành dọc kết nối với nhau.

Do đó, 5G không chỉ có thể kết nối mọi thiết bị đầu cuối với đám mây mà còn có thể thực hiện “kết nối gần” 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, người quản trị có thể sửa đổi dữ liệu trong cơ sở dữ liệu người dùng (các thành phần mạng UDM), ký hợp đồng dịch vụ với số UE được chỉ định, 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 chính sách truy cập cho các thành phần mạng quản lý (SMF, AMF, PCF, v.v.) của mạng lõi 5G (5GC). NE quản lý kết hợp thông tin và quy tắc chính sách này vào các mạng LAN khác nhau. Đây là 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 trợ giúp của định tuyến). Mạng LAN 5G hỗ trợ cả truyền đơn hướng (unicast), truyền đa hướng (multicast) và truyền phát (broadcast). Tóm lại, chế độ truy cập lẫn nhau rất linh hoạt và mạng lưới rất đơn giản.

Về phạm vi, mạng LAN 5G hỗ trợ giao tiếp giữa cùng một UPF (thành phần 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).

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

Các kịch bản ứng dụng và lợi thế 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 độc giả chắc chắn sẽ thắc mắc, liệu tính di động đã khả thi với công nghệ Wi-Fi hiện có 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 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 hỗ trợ số hóa các bối cảnh công nghiệp, bởi vì 5G là công nghệ truyền thông không dây ưu việt với băng thông lớn và độ trễ thấp, có thể thực hiện kết nối không dây giữa các yếu tố sản xuất khác nhau trong bối cảnh công nghiệp.

Lấy sản xuất công nghiệp làm ví dụ. Trước đây, để tự động hóa tốt hơn, kiểm soát thiết bị hiệu quả hơn, người ta sử dụng công nghệ "bus công nghiệp". Có rất nhiều loại công nghệ này, có thể được mô tả là "phổ biến khắp nơi".

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

Sau đó, các công ty công nghiệp phát hiện ra rằng kết nối có dây hạn chế khả năng di chuyển quá nhiều — luôn có một "bím tóc" ở mặt sau của thiết bị ngăn cản chuyển động tự do.

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

Kết quả là, Wi-Fi, Bluetooth và các công nghệ khác đã thâm nhập vào lĩnh vực công nghiệp.

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

Đây là lý do:

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

Về tốc độ truyền và độ trễ, 5G có thể đáp ứng tốt hơn nhu cầu của robot công nghiệp (điều khiển thao tác), kiểm tra chất lượng thông minh (nhận dạng hình ảnh tốc độ cao), AGV (xe hậu cần không người lái) và các tình huống 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 học tốt hơn. Khả năng chuyển đổi giữa các trạm phát sóng của 5G cũng mạnh hơn Wi-Fi, mang lại trải nghiệm mạng tốt hơn cho người dùng.

2. Chi phí bảo trì mạng Wi-Fi cao.

Để xây dựng mạng Wi-Fi trong công viên, doanh nghiệp cần tự lắp đặt và mua thiết bị. Thiết bị được khấu hao, hư hỏng và thay thế, nhưng cũng được bảo trì bởi đội ngũ chuyên trách. 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 cũng giống như việc xây dựng một căn phòng riêng so với điện toán đám mây).

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

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

Việc nhóm VN của mạng LAN 5G đã được đề cập trước đó. Ngoài việc cô lập giao tiếp, một chức năng quan trọng hơn của việc nhóm là đạt được sự khác biệt về QoS (mức dịch vụ) 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. Đây là mạng lưới kết nối môi trường công nghiệp và 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.

Mỗi mạng có yêu cầu hiệu suất khác nhau. Một số yêu cầu độ trễ thấp, một số yêu cầu băng thông cao, và một số yêu cầu ít hơn.

Mạng LAN 5G có thể xác định hiệu suất 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 nhập người dùng có thể được sửa đổi trong các thiết bị UDM 5G của nhà mạng để nhóm người dùng vào các nhóm VN. Vậy, chúng ta có phải đến bộ phận chăm sóc khách hàng của nhà mạng mỗi khi cần thay đổi thông tin nhóm của thiết bị đầu cuối (tham gia, xóa, thay đổi) không?

Tất nhiên là không.

Trong mạng 5G, nhà điều hành có thể mở quyền sửa đổi cho quản trị viên mạng doanh nghiệp thông qua việc phát triển giao diện, cho phép tự sửa đổi.

Tất 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.

Một nghiên cứu điển hình về mạng LAN 5G

Chúng ta 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, cũng 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 hơi cao ở giai đoạn này.

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

Nếu 5G không hỗ trợ mạng LAN 5G (trước R16), việc kết nối giữa PLC và bộ điều khiển PLC cũng có thể thực hiện được. Tuy nhiên, toàn bộ mạng 5G là giao thức Lớp 3 dựa trên địa chỉ IP, và địa chỉ thiết bị 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 AR (Bộ định tuyến Truy cập) ở cả hai đầu để thiết lập đường hầm, đóng gói giao thức Lớp 2 công nghiệp trong đường hầm và truyền nó đến đầu cuối ngang hàng.

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 lực và thời gian cấu hình bộ định tuyến AR). Nếu bạn nghĩ đến một xưởng sản xuất với hàng nghìn line, chi phí sẽ rất lớn.

Sau khi mạng LAN 5G ra đời, mạng 5G hỗ trợ truyền trực tiếp giao thức Lớp 2, do đó không còn cần 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 thiết bị đầu cuối. Toàn bộ mạng trở thành mạng đơn lớp tối giản, có thể giao tiếp với nhau ở Lớp 2.

Khả năng cắm và chạy của mạng LAN 5G có thể tích hợp hoàn hảo với mạng hiện có của khách hàng, giảm tác động đến mạng hiện có của khách hàng và tiết kiệm rất nhiều chi phí mà không cần phải cải tạo và nâng cấp nhiều.

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

Điều đáng nói là mạng LAN 5G, ngoài việc có lợi cho việc xây dựng mạng nội bộ của công viên, còn có thể được sử dụng làm phương án bổ sung cho mạng đường truyền chuyên dụng truyền thống của doanh nghiệp để kết nối các chi nhánh ở nhiều nơi khác nhau.

Mô-đun cho mạng LAN 5G

Như bạn có thể thấy, mạng LAN 5G là một công nghệ đổi mới quan trọng cho 5G trong các ngành dọc. Nó có thể xây dựng mạng lưới truyền thông riêng 5G mạnh mẽ hơn, giúp khách hàng đẩy nhanh quá trình chuyển đổi số và nâng cấp.

Để triển khai mạng LAN 5G tốt hơn, ngoài việc nâng cấp về mặt mạng, còn cần hỗ trợ mô-đun 5G.

Trong quá trình đưa công nghệ LAN 5G vào thương mại, Unigroup Zhangrui đã ra mắt nền tảng chip băng tần cơ sở 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 LAN 5G và đã được thương mại hóa, bao gồm RG500U, RG200U, RM500U và các mô-đun gói LGA, M.2, Mini PCIe khác.