المؤلف: Ulink Media
يجب أن يكون الجميع على دراية بتقنية الجيل الخامس 5G، والتي تعد تطوراً لتقنية الجيل الرابع 4G وأحدث تقنيات الاتصالات المحمولة لدينا.
بالنسبة للشبكات المحلية (LAN)، يُفترض أن تكون أكثر دراية بها. اسمها الكامل هو الشبكة المحلية، أو LAN. شبكتنا المنزلية، وكذلك شبكة مكتب الشركة، هي في الأساس شبكة محلية (LAN). أما مع الواي فاي اللاسلكي، فهي شبكة محلية لاسلكية (WLAN).
فلماذا أقول أن شبكة 5G LAN مثيرة للاهتمام؟
الجيل الخامس (5G) شبكة خلوية واسعة، بينما الشبكة المحلية (LAN) شبكة بيانات محدودة النطاق. يبدو أن التقنيتين غير مرتبطتين.
بمعنى آخر، 5G وLAN كلمتان يعرفهما الجميع على حدة. لكن عند جمعهما، يبدو الأمر مُربكًا بعض الشيء. أليس كذلك؟
شبكة 5G LAN، ما هي بالضبط؟
في الواقع، فإن تقنية 5G LAN، بكل بساطة، هي استخدام تقنية 5G "لتجميع" و"بناء" المحطات لتشكيل شبكة LAN.
الجميع يمتلك هاتفًا يدعم تقنية الجيل الخامس. عند استخدامك لهواتف الجيل الخامس، هل لاحظت أن هاتفك لا يستطيع البحث عن أصدقائك حتى لو كانوا قريبين منك (حتى لو كانوا وجهًا لوجه)؟ يمكنك التواصل مع بعضكم البعض لأن البيانات تتدفق إلى خوادم شركة الاتصالات أو مزود خدمة الإنترنت لديك.
بالنسبة لمحطات القاعدة، تكون جميع الأجهزة الطرفية المتنقلة معزولة عن بعضها البعض. ويستند هذا إلى اعتبارات أمنية، حيث تستخدم الهواتف قنواتها الخاصة، ولا تتداخل مع بعضها البعض.
من ناحية أخرى، تربط الشبكة المحلية (LAN) الأجهزة الطرفية (الهواتف المحمولة، أجهزة الكمبيوتر، إلخ) في منطقة ما معًا لتكوين "مجموعة". هذا لا يُسهّل نقل البيانات بين بعضها فحسب، بل يُجنّب أيضًا الخروج من الشبكة الخارجية.
في شبكة محلية (LAN)، يمكن للمحطات الطرفية تحديد مواقع بعضها البعض بناءً على عناوين MAC الخاصة بها، والعثور على بعضها البعض (اتصالات الطبقة الثانية). للوصول إلى الشبكة الخارجية، يُمكن إعداد جهاز توجيه، ومن خلال موقع IP، تحقيق التوجيه الداخلي والخارجي (اتصالات الطبقة الثالثة).
كما نعلم جميعًا، "سيُغيّر الجيل الرابع حياتنا، وسيُغيّر الجيل الخامس مجتمعنا". وبصفته تقنية الاتصالات المتنقلة الأكثر شيوعًا في الوقت الحالي، يحمل الجيل الخامس على عاتقه مهمة "إنترنت الأشياء والتحول الرقمي لمئات الخطوط وآلاف الصناعات"، والتي يجب أن تُمكّن المستخدمين في القطاعات المتخصصة من الاتصال.
لذلك، لا يمكن لتقنية الجيل الخامس أن تربط كل محطة بالسحابة فحسب، بل يمكنها أيضًا تحقيق "اتصال قريب" بين المحطات.
ولذلك، قدمت شبكات 5G LAN هذه الميزة الجديدة في معيار 3GPP R16.
مبادئ وخصائص شبكة 5G LAN
في شبكة 5G، يمكن للمسؤولين تعديل البيانات في قاعدة بيانات المستخدم (عناصر شبكة UDM)، وتوقيع عقد خدمة برقم UE محدد، ثم تقسيمها إلى مجموعات شبكة افتراضية (VN) متطابقة أو مختلفة.
توفر قاعدة بيانات المستخدمين معلومات مجموعة أرقام الأجهزة الطرفية VN وسياسات الوصول إلى عناصر شبكة الإدارة (SMF، AMF، PCF، إلخ) لشبكة الجيل الخامس الأساسية (5GC). تجمع وحدة التحكم الرئيسية (NE) هذه المعلومات وقواعد السياسات في شبكات محلية (LAN) مختلفة. هذه هي شبكة الجيل الخامس المحلية (5G LAN).
تدعم شبكة 5G المحلية اتصالات الطبقة الثانية (نفس شريحة الشبكة، مع وصول مباشر لبعضها البعض)، بالإضافة إلى اتصالات الطبقة الثالثة (عبر شرائح الشبكة، بمساعدة التوجيه). تدعم شبكة 5G المحلية البث الأحادي، بالإضافة إلى البث المتعدد، والبث المباشر. باختصار، يتميز وضع الوصول المتبادل بمرونة عالية، وشبكة الإنترنت بسيطة للغاية.
من حيث النطاق، تدعم شبكة 5G المحلية الاتصال بين نفس عامل UPF (عنصر شبكة جانب الوسائط في شبكة 5G الأساسية) وعوامل UPF مختلفة. هذا يُعادل كسر حد المسافة المادية بين المحطات (حتى بكين وشنغهاي تستطيعان التواصل).
وعلى وجه الخصوص، يمكن لشبكات LAN 5G الاتصال بشبكات البيانات الحالية للمستخدمين من أجل التوصيل والتشغيل والوصول المتبادل.
سيناريوهات تطبيق ومزايا شبكة 5G LAN
تُمكّن شبكة 5G LAN من تجميع وتوصيل أجهزة 5G مُحددة، مما يُسهّل بشكل كبير بناء شبكة LAN أكثر مرونةً للشركات. يتساءل الكثير من القراء: أليس التنقل مُتاحًا بالفعل مع تقنية Wi-Fi الحالية؟ ما الحاجة إلى شبكة 5G LAN؟
لا تقلق، دعنا ننتقل إلى الأمام.
تُمكّن الشبكات المحلية التي تُتيحها شبكات الجيل الخامس 5G LAN الشركات والمدارس والحكومات والعائلات من التواصل بشكل أفضل مع الأجهزة الطرفية في المنطقة. ويمكن استخدامها في شبكات المكاتب، إلا أن أهميتها تكمن في تطوير بيئة الإنتاج في المجمع الصناعي وتطوير الشبكة الأساسية لمؤسسات الإنتاج، مثل الصناعات التحويلية ومحطات الموانئ ومناجم الطاقة.
نعمل حاليًا على تعزيز الإنترنت الصناعي. نعتقد أن تقنية الجيل الخامس (5G) ستُمكّن من رقمنة البيئات الصناعية، فهي تقنية اتصالات لاسلكية ممتازة تتميز بنطاق ترددي واسع وتأخير زمني منخفض، مما يُمكّن من تحقيق الاتصال اللاسلكي بين مختلف عوامل الإنتاج في البيئات الصناعية.
لنأخذ التصنيع الصناعي مثالاً. سابقاً، لتحسين الأتمتة والتحكم في المعدات، استُخدمت تقنية "الحافلات الصناعية". هناك أنواع عديدة من هذه التقنية، يمكن وصفها بأنها "متعددة الاستخدامات".
لاحقًا، مع ظهور تقنية الإيثرنت وبروتوكول الإنترنت، اتفقت الصناعة على أن تطور الإيثرنت أدى إلى ظهور "الإيثرنت الصناعي". واليوم، يعتمد بروتوكول الربط الصناعي، بغض النظر عن الجهة التي تستخدمه، بشكل أساسي على الإيثرنت.
وفي وقت لاحق، اكتشفت الشركات الصناعية أن الاتصالات السلكية تحد من القدرة على الحركة بشكل كبير للغاية - حيث كان هناك دائمًا "ضفيرة" في الجزء الخلفي من الجهاز تمنع حرية الحركة.
علاوة على ذلك، يُعدّ استخدام الاتصال السلكي أكثر صعوبة، إذ يتطلب وقتًا طويلاً للتركيب، كما أن تكلفته مرتفعة. وفي حال وجود أي مشكلة في المعدات أو الكابلات، يكون استبدالها بطيئًا للغاية. لذلك، بدأ قطاع الاتصالات يفكر في إدخال تقنية الاتصالات اللاسلكية.
ونتيجة لذلك، دخلت تقنية Wi-Fi والبلوتوث وغيرها من التقنيات المجال الصناعي.
لذا، للعودة إلى السؤال السابق، لماذا 5G LAN في حين أن هناك Wi-Fi؟
وهنا السبب:
1. أداء شبكات Wi-Fi (وخاصة Wi-Fi 4 و Wi-Fi 5) ليس جيدًا مثل 5G.
من حيث معدل النقل والتأخير، يمكن لـ 5G تلبية احتياجات الروبوتات الصناعية (التحكم في المتلاعب)، وفحص الجودة الذكي (التعرف على الصور عالية السرعة)، وAGV (مركبة لوجستية بدون طيار) وغيرها من السيناريوهات بشكل أفضل.
من حيث التغطية، تتمتع تقنية 5G بمساحة تغطية أكبر من Wi-Fi ويمكنها تغطية الحرم الجامعي بشكل أفضل. كما أن قدرة 5G على التبديل بين الخلايا أقوى من Wi-Fi، مما سيوفر للمستخدمين تجربة شبكة أفضل.
2. تكاليف صيانة شبكة Wi-Fi مرتفعة.
لبناء شبكة واي فاي في حديقة، تحتاج الشركات إلى توصيل الأسلاك وشراء معداتها الخاصة. تُستهلك المعدات وتُتلف وتُستبدل، ولكن صيانتها تتم أيضًا بواسطة فنيين متخصصين. هناك الكثير من أجهزة واي فاي، وتكوينها مُرهق.
تختلف تقنية الجيل الخامس (5G). فهي تُبنى وتُصان من قِبل شركات الاتصالات، وتستأجرها الشركات (مقارنةً بشبكة Wi-Fi و5G، تُشبه إلى حدٍ ما بناء غرفة خاصة بك مقابل الحوسبة السحابية).
وبالنظر إلى كل ذلك، فإن تقنية الجيل الخامس ستكون أكثر فعالية من حيث التكلفة.
3. تتمتع شبكة 5G LAN بوظائف أكثر قوة.
سبق ذكر تجميع الشبكات الافتراضية (VN) في شبكة LAN من الجيل الخامس. بالإضافة إلى عزل الاتصالات، فإن وظيفة التجميع الأهم هي تحقيق تمايز جودة الخدمة (QoS) بين الشبكات المختلفة.
على سبيل المثال، تمتلك المؤسسة شبكة مكتبية، وشبكة نظام تكنولوجيا المعلومات، وشبكة تكنولوجيا التشغيل.
OT هي اختصار لـ "التكنولوجيا التشغيلية". وهي شبكة تربط البيئة الصناعية والمعدات، مثل المخرطة، والأذرع الروبوتية، وأجهزة الاستشعار، والأجهزة، والمركبات الموجهة آليًا، وأنظمة المراقبة، وأنظمة التصنيع الصناعي (MES)، وأنظمة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCS)، وغيرها.
تختلف متطلبات الأداء باختلاف الشبكات. بعضها يتطلب زمن وصول منخفضًا، وبعضها يتطلب نطاقًا تردديًا عاليًا، وبعضها الآخر يتطلب متطلبات أقل.
يمكن لشبكة 5G LAN تحديد أداء مختلف للشبكة بناءً على مجموعات VN المختلفة. في بعض الشركات، يُطلق عليها اسم "الشريحة الدقيقة".
4. شبكة 5G LAN أسهل في الإدارة وأكثر أمانًا.
كما ذُكر سابقًا، يُمكن تعديل بيانات توقيع المستخدم في أنظمة 5G UDM التابعة لشركات الاتصالات لتجميع المستخدمين في مجموعات VN. فهل يجب علينا التواصل مع خدمة عملاء شركة الاتصالات في كل مرة نحتاج فيها إلى تغيير معلومات المجموعة في جهاز طرفي (انضمام، حذف، تغيير)؟
بالطبع لا.
في شبكات الجيل الخامس، يستطيع المشغلون فتح إذن التعديل لمسؤولي شبكة المؤسسة من خلال تطوير الواجهات، مما يتيح تعديل الخدمة الذاتية.
وبطبيعة الحال، يمكن للمؤسسات أيضًا تعيين سياسات الشبكة الخاصة بها وفقًا لاحتياجاتها.
عند إنشاء اتصالات البيانات، يمكن للمؤسسات ضبط آليات التفويض والمصادقة لإدارة مجموعات الشبكات الافتراضية بدقة. هذا الأمان أقوى وأسهل بكثير من شبكات Wi-Fi.
دراسة حالة لشبكة LAN 5G
دعونا نلقي نظرة على فوائد شبكة 5G LAN من خلال مثال شبكات محدد.
أولاً وقبل كل شيء، تحتاج مؤسسة التصنيع، التي لديها ورشة عمل خاصة بها، وخط إنتاج (أو مخرطة)، إلى توصيل PLC ونهاية التحكم PLC من خلال الشبكة.
يحتوي كل خط تجميع على العديد من المعدات، كل منها مستقل عن الآخر. من الأمثل تركيب وحدات 5G على كل جهاز في خط التجميع. مع ذلك، يبدو أن التكلفة ستكون مرتفعة بعض الشيء في هذه المرحلة.
ومن ثم، فإن إدخال بوابة 5G الصناعية، أو أجهزة 5G CPE، من شأنه أن يُحسّن من كفاءة التكلفة. وهي مناسبة للاتصالات السلكية، والمتصلة بمنفذ سلكي (منفذ إيثرنت أو منفذ PLC). كما أنها مناسبة للاتصالات اللاسلكية، والمتصلة بشبكات 5G أو Wi-Fi.
إذا لم تدعم تقنية الجيل الخامس (5G) شبكات LAN من الجيل الخامس (قبل الإصدار R16)، فمن الممكن أيضًا تحقيق الاتصال بين وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) ووحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). مع ذلك، تعتمد شبكة الجيل الخامس بأكملها على بروتوكول الطبقة الثالثة الذي يعتمد على عنونة IP، وعنوان الجهاز الطرفي هو أيضًا عنوان IP، ولا يدعم توجيه بيانات الطبقة الثانية. لتحقيق اتصال شامل، يجب إضافة موجه وصول (AR) على كلا الجانبين لإنشاء نفق، وتغليف بروتوكول الطبقة الثانية الصناعي في النفق، وتوصيله إلى الطرف النظير.
هذه الطريقة لا تزيد من التعقيد فحسب، بل تزيد أيضًا من التكلفة (تكلفة شراء جهاز توجيه الواقع المعزز، وتكلفة إعداده من حيث القوى العاملة والوقت). إذا تخيلنا ورشة عمل تضم آلاف الخطوط، فستكون التكلفة باهظة.
بعد طرح شبكات 5G LAN، تدعم هذه الشبكات النقل المباشر لبروتوكول الطبقة الثانية، ما يلغي الحاجة إلى أجهزة توجيه الواقع المعزز. في الوقت نفسه، توفر شبكة 5G مسارات للمحطات الطرفية التي لا تحتاج إلى عناوين IP، ويتعرف مُعامل UPF على عناوين MAC الخاصة بالمحطات الطرفية. وهكذا، تصبح الشبكة بأكملها شبكة أحادية الطبقة بسيطة، قادرة على التواصل فيما بينها على الطبقة الثانية.
تتمتع تقنية التوصيل والتشغيل لشبكة 5G LAN بالتكامل المثالي مع شبكات العملاء الحالية، مما يقلل من التأثير على شبكات العملاء الحالية، ويوفر الكثير من التكاليف دون الحاجة إلى تجديد أو ترقية شاقة.
من منظور شامل، تُعدّ شبكات الجيل الخامس المحلية (5G LAN) ثمرة تعاون بين تقنيتي الجيل الخامس والإيثرنت. وفي المستقبل، لا ينفصل تطوير تقنية الشبكات الحساسة للوقت (TSN) القائمة على تقنية الإيثرنت عن دعم شبكات الجيل الخامس المحلية.
ومن الجدير بالذكر أن شبكة 5G LAN، بالإضافة إلى كونها مواتية لبناء الشبكة الداخلية للحديقة، يمكن استخدامها أيضًا كمكمل لشبكة الخطوط المخصصة التقليدية للمؤسسات لربط الفروع في أماكن مختلفة.
وحدة شبكة LAN 5G
كما ترون، تُعدّ شبكات الجيل الخامس المحلية (5G LAN) تقنيةً ابتكاريةً مهمةً لشبكات الجيل الخامس في الصناعات العمودية. فهي قادرة على بناء اتصالات شبكة الجيل الخامس الخاصة الأقوى، مما يُساعد العملاء على تسريع تحوّلهم الرقمي وتحديثهم.
من أجل نشر شبكة LAN 5G بشكل أفضل، بالإضافة إلى ترقيات جانب الشبكة، هناك حاجة أيضًا إلى دعم وحدة 5G.
في عملية إطلاق تقنية 5G LAN تجارياً، أطلقت Unigroup Zhangrui أول منصة شريحة أساسية جاهزة لـ 5G R16 في الصناعة — V516.
استناداً إلى هذه المنصة، نجحت شركة Quectel، الشركة الرائدة في تصنيع الوحدات النمطية في الصين، في تطوير عدد من وحدات 5G التي تدعم تقنية 5G LAN، وتم تسويقها تجارياً، بما في ذلك RG500U وRG200U وRM500U ووحدات حزمة LGA وM.2 وMini PCIe الأخرى.
وقت النشر: 6 ديسمبر 2022