ما هي شبكة الجيل الخامس (5G LAN)؟

المؤلف: يولينك ميديا

ينبغي على الجميع أن يكونوا على دراية بتقنية الجيل الخامس (5G)، وهي تطور لتقنية الجيل الرابع (4G) وأحدث تقنيات الاتصالات المتنقلة لدينا.

بالنسبة لشبكة LAN، يجب أن تكون أكثر دراية بها. اسمها الكامل هو الشبكة المحلية (LAN). شبكتنا المنزلية، وكذلك شبكة المكتب في الشركة، هي في الأساس شبكة LAN. أما مع تقنية الواي فاي اللاسلكية، فهي شبكة LAN لاسلكية (WLAN).

إذن لماذا أقول إن شبكة الجيل الخامس (5G LAN) مثيرة للاهتمام؟

شبكة الجيل الخامس (5G) هي شبكة خلوية واسعة النطاق، بينما الشبكة المحلية (LAN) هي شبكة بيانات صغيرة النطاق. ويبدو أن التقنيتين غير مرتبطتين.

بمعنى آخر، مصطلحا 5G وLAN معروفان للجميع بشكل منفصل. لكن جمعهما معًا قد يُسبب بعض الارتباك، أليس كذلك؟

شبكة الجيل الخامس (5G LAN)، ما هي بالضبط؟

في الواقع، إن شبكة 5G LAN، ببساطة، هي استخدام تقنية 5G لـ "تجميع" و "بناء" المحطات الطرفية لتشكيل شبكة LAN.

يمتلك الجميع هواتف تدعم تقنية الجيل الخامس. هل لاحظتَ، عند استخدامك لهواتف الجيل الخامس، أن هاتفك لا يستطيع البحث عن أصدقائك حتى عندما يكونون على مقربة منك (حتى لو كانوا وجهاً لوجه)؟ يمكنك التواصل مع بعضكم البعض لأن البيانات تتدفق مباشرةً إلى خوادم شركة الاتصالات أو مزود خدمة الإنترنت.

بالنسبة لمحطات البث، تكون جميع الأجهزة المحمولة "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، وأجهزة الكمبيوتر، وما إلى ذلك) في منطقة ما لتشكيل "مجموعة". وهذا لا يسهل نقل البيانات بين هذه الأجهزة فحسب، بل يوفر أيضًا مخرج الشبكة الخارجية.

في الشبكة المحلية (LAN)، تستطيع الأجهزة تحديد مواقع بعضها البعض بناءً على عناوين MAC الخاصة بها (اتصال الطبقة الثانية). وللوصول إلى الشبكة الخارجية، يتم إعداد جهاز توجيه (راوتر)، ومن خلال عنوان IP، يمكن أيضًا تحقيق التوجيه من وإلى الشبكة (اتصال الطبقة الثالثة).

كما نعلم جميعاً، "سيغير الجيل الرابع حياتنا، وسيغير الجيل الخامس مجتمعنا". وباعتباره تقنية الاتصالات المتنقلة الأكثر شيوعاً حالياً، يحمل الجيل الخامس على عاتقه مهمة "إنترنت كل شيء والتحول الرقمي لمئات الخطوط وآلاف الصناعات"، الأمر الذي يتطلب مساعدة المستخدمين في مختلف القطاعات على الاتصال.

لذلك، لا يمكن لتقنية الجيل الخامس أن تربط كل طرفية بالسحابة فحسب، بل يمكنها أيضًا تحقيق "الاتصال القريب" بين الأطراف.

لذلك، في معيار 3GPP R16، قدمت شبكة 5G LAN هذه الميزة الجديدة.

مبادئ وخصائص شبكة الجيل الخامس المحلية (5G LAN)

في شبكة الجيل الخامس، يمكن للمسؤولين تعديل البيانات في قاعدة بيانات المستخدم (عناصر شبكة UDM)، وتوقيع عقد خدمة برقم UE محدد، ثم تقسيمها إلى مجموعات شبكة افتراضية (VN) متماثلة أو مختلفة.

توفر قاعدة بيانات المستخدمين معلومات عن أرقام الأجهزة الطرفية ومجموعات الشبكات الافتراضية وسياسات الوصول لعناصر شبكة الإدارة (SMF، AMF، PCF، إلخ) لشبكة الجيل الخامس الأساسية (5GC). يقوم عنصر شبكة الإدارة بدمج هذه المعلومات وقواعد السياسات في شبكات محلية مختلفة. هذه هي شبكة 5G LAN.

تدعم شبكة الجيل الخامس (5G LAN) الاتصال من الطبقة الثانية (داخل نفس شريحة الشبكة، وصول مباشر بين الأجهزة) بالإضافة إلى الاتصال من الطبقة الثالثة (عبر شرائح الشبكة، بمساعدة التوجيه). كما تدعم شبكة الجيل الخامس (5G LAN) البث الأحادي والبث المتعدد والبث العام. باختصار، يتميز نمط الوصول المتبادل بمرونة عالية، وتتميز الشبكة بسهولة استخدامها.

من حيث النطاق، تدعم شبكة الجيل الخامس المحلية (5G LAN) الاتصال بين نفس عنصر الشبكة (عنصر الشبكة الجانبي للوسائط في شبكة الجيل الخامس الأساسية) وعناصر شبكة مختلفة. وهذا يُعد بمثابة كسر لحدود المسافة المادية بين الأجهزة الطرفية (حتى بكين وشنغهاي يمكنهما التواصل).

وعلى وجه الخصوص، يمكن لشبكات الجيل الخامس المحلية (5G LAN) الاتصال بشبكات البيانات الحالية للمستخدمين من أجل التوصيل والتشغيل والوصول المتبادل.

سيناريوهات التطبيق ومزايا شبكة الجيل الخامس المحلية

تُمكّن شبكة الجيل الخامس (5G LAN) من تجميع وربط أجهزة الجيل الخامس المحددة، مما يُسهّل بشكل كبير إنشاء شبكة محلية أكثر مرونة للشركات. ولا شك أن العديد من القراء سيتساءلون: أليست هذه الميزة متاحة بالفعل مع تقنية الواي فاي الحالية؟ ما الحاجة إلى شبكة الجيل الخامس؟

لا تقلق، دعنا ننتقل إلى الموضوع التالي.

تُتيح الشبكات المحلية التي توفرها تقنية الجيل الخامس (5G LAN) للشركات والمدارس والهيئات الحكومية والأسر تحسين التواصل بين الأجهزة في المنطقة. ويمكن استخدامها في شبكات المكاتب، لكن قيمتها الأكبر تكمن في تطوير بيئة الإنتاج في المجمعات الصناعية، وتطوير الشبكة الأساسية للمؤسسات الإنتاجية، مثل المصانع والموانئ ومناجم الطاقة.

نعمل حاليًا على الترويج للإنترنت الصناعي. ونعتقد أن تقنية الجيل الخامس (5G) قادرة على تمكين التحول الرقمي في البيئات الصناعية، نظرًا لكونها تقنية اتصالات لاسلكية ممتازة تتميز بنطاق ترددي واسع وزمن استجابة منخفض، مما يتيح الربط اللاسلكي بين مختلف عوامل الإنتاج في البيئات الصناعية.

لنأخذ التصنيع الصناعي كمثال. سابقاً، ولتحسين الأتمتة والتحكم في المعدات، كان يُستخدم نظام "الناقل الصناعي". تتعدد أنواع هذا النظام، ويمكن وصفها بأنها "منتشرة في كل مكان".

لاحقًا، مع ظهور تقنيتي الإيثرنت وبروتوكول الإنترنت، توصلت الصناعة إلى إجماع، ومع تطور الإيثرنت، ظهر ما يُعرف بـ"الإيثرنت الصناعي". واليوم، بغض النظر عن بروتوكول الربط الصناعي المستخدم، فهو يعتمد بشكل أساسي على الإيثرنت.

وفي وقت لاحق، وجدت الشركات الصناعية أن الاتصالات السلكية تحد من الحركة بشكل كبير - كان هناك دائمًا "ضفيرة" في الجزء الخلفي من الجهاز تمنع الحركة الحرة.

علاوة على ذلك، يُعدّ أسلوب نشر الاتصالات السلكية أكثر تعقيدًا، إذ تستغرق فترة الإنشاء وقتًا طويلاً، وتكون التكلفة مرتفعة. وفي حال حدوث مشكلة في المعدات أو الكابلات، يكون استبدالها بطيئًا للغاية. لذا، بدأ القطاع بالتفكير في تبني تقنية الاتصالات اللاسلكية.

ونتيجة لذلك، دخلت تقنيات الواي فاي والبلوتوث وغيرها من التقنيات المجال الصناعي.

إذن، بالعودة إلى السؤال السابق، لماذا شبكة 5G LAN في حين أن هناك شبكة Wi-Fi؟

وهذا هو السبب:

1. أداء شبكات الواي فاي (وخاصة الواي فاي 4 والواي فاي 5) ليس جيدًا مثل شبكات الجيل الخامس.

من حيث معدل الإرسال والتأخير، يمكن لتقنية الجيل الخامس أن تلبي بشكل أفضل احتياجات الروبوتات الصناعية (التحكم في الذراع الآلية)، وفحص الجودة الذكي (التعرف على الصور عالي السرعة)، ومركبات النقل الآلية (مركبات الخدمات اللوجستية غير المأهولة) وغيرها من السيناريوهات.

من حيث التغطية، تتمتع تقنية الجيل الخامس (5G) بنطاق تغطية أوسع من تقنية الواي فاي، ما يُمكّنها من تغطية الحرم الجامعي بشكل أفضل. كما أن قدرة الجيل الخامس على التبديل بين الخلايا أقوى من الواي فاي، مما يُوفر للمستخدمين تجربة شبكة أفضل.

2. تكاليف صيانة شبكة الواي فاي مرتفعة.

لإنشاء شبكة واي فاي في حديقة عامة، تحتاج الشركات إلى تمديد الأسلاك وشراء معداتها الخاصة. تتعرض هذه المعدات للاستهلاك والتلف والاستبدال، كما أنها تحتاج إلى صيانة من قبل فنيين متخصصين. يوجد عدد هائل من أجهزة الواي فاي، وتكوينها عملية معقدة.

يختلف الجيل الخامس. فهو يتم بناؤه وصيانته من قبل المشغلين ويتم تأجيره من قبل الشركات (يشبه الفرق بين الواي فاي والجيل الخامس بناء غرفتك الخاصة مقابل الحوسبة السحابية).

وبالنظر إلى كل ذلك، ستكون تقنية الجيل الخامس أكثر فعالية من حيث التكلفة.

3. تتمتع شبكة الجيل الخامس (5G LAN) بوظائف أكثر قوة.

سبق ذكر تجميع الشبكات الافتراضية في شبكة محلية من الجيل الخامس. وبالإضافة إلى عزل الاتصالات، تتمثل الوظيفة الأهم للتجميع في تحقيق تمييز جودة الخدمة بين الشبكات المختلفة.

على سبيل المثال، تمتلك المؤسسة شبكة مكتبية، وشبكة نظام تكنولوجيا المعلومات، وشبكة تكنولوجيا التشغيل.

يشير مصطلح OT إلى التكنولوجيا التشغيلية. وهي شبكة تربط البيئة الصناعية والمعدات، مثل المخارط، والأذرع الروبوتية، وأجهزة الاستشعار، وأجهزة القياس، والمركبات الموجهة آلياً، وأنظمة المراقبة، وأنظمة إدارة عمليات التصنيع، وأنظمة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، وما إلى ذلك.

تختلف متطلبات الأداء باختلاف الشبكات. فبعضها يتطلب زمن استجابة منخفض، وبعضها يتطلب نطاق ترددي عالٍ، وبعضها الآخر لديه متطلبات أقل.

يمكن لشبكة LAN من الجيل الخامس تحديد أداء الشبكة بشكل مختلف بناءً على مجموعات VN المختلفة. في بعض المؤسسات، يُطلق عليها اسم "الشريحة المصغرة".

4. شبكة الجيل الخامس (5G LAN) أسهل في الإدارة وأكثر أمانًا.

كما ذكرنا سابقًا، يمكن تعديل بيانات تسجيل المستخدم في شبكات الجيل الخامس UDM التابعة لشركات الاتصالات لتجميع المستخدمين في مجموعات VN. فهل علينا إذًا مراجعة خدمة عملاء شركة الاتصالات في كل مرة نحتاج فيها إلى تغيير معلومات المجموعة الخاصة بجهاز طرفي (إضافة، حذف، تغيير)؟

بالطبع لا.

في شبكات الجيل الخامس، يمكن للمشغلين فتح إذن التعديل لمسؤولي شبكات المؤسسات من خلال تطوير واجهات، مما يتيح التعديل الذاتي.

بالطبع، يمكن للمؤسسات أيضاً وضع سياسات الشبكة الخاصة بها وفقاً لاحتياجاتها الخاصة.

عند إنشاء اتصالات البيانات، يمكن للمؤسسات وضع آليات ترخيص ومصادقة لإدارة مجموعات الشبكات الافتراضية بدقة. هذا النوع من الأمان أقوى وأكثر ملاءمة من شبكة الواي فاي.

دراسة حالة لشبكة محلية من الجيل الخامس

دعونا نلقي نظرة على فوائد شبكة الجيل الخامس المحلية (5G LAN) من خلال مثال محدد للشبكات.

أولاً وقبل كل شيء، تحتاج مؤسسة التصنيع، التي تمتلك ورشة عمل خاصة بها وخط إنتاج (أو مخرطة)، إلى توصيل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) وطرف التحكم الخاص بها من خلال الشبكة.

يحتوي كل خط تجميع على العديد من المعدات، وهي مستقلة أيضاً. من المثالي تركيب وحدات الجيل الخامس على كل جهاز في خط التجميع. مع ذلك، يبدو أن ذلك سيكون مكلفاً بعض الشيء في هذه المرحلة.

بعد ذلك، يُمكن لإدخال بوابة صناعية بتقنية الجيل الخامس، أو جهاز عميل بتقنية الجيل الخامس (5G CPE)، تحسين الأداء من حيث التكلفة. وهي مناسبة للاتصال السلكي، حيث تتصل بمنفذ سلكي (منفذ إيثرنت، أو منفذ PLC). كما أنها مناسبة للاتصال اللاسلكي، حيث تتصل بشبكة الجيل الخامس أو شبكة الواي فاي.

إذا لم تدعم تقنية الجيل الخامس (5G) شبكة LAN من الجيل الخامس (قبل الإصدار R16)، فمن الممكن أيضًا إنشاء اتصال بين وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) ووحدة التحكم الخاصة بها. مع ذلك، تعتمد شبكة الجيل الخامس بأكملها على بروتوكول الطبقة الثالثة الذي يعتمد بدوره على عناوين IP، وعنوان الجهاز الطرفي هو أيضًا عنوان IP، مما لا يدعم إعادة توجيه بيانات الطبقة الثانية. ولتحقيق اتصال شامل، يجب إضافة موجه وصول (AR) على كلا الطرفين لإنشاء نفق، وتغليف بروتوكول الطبقة الثانية الصناعي داخل هذا النفق، وإيصاله إلى الطرف المقابل.

لا تزيد هذه الطريقة من التعقيد فحسب، بل تزيد أيضًا من التكلفة (تكلفة شراء جهاز توجيه الواقع المعزز، وتكلفة القوى العاملة والوقت اللازمين لتكوينه). إذا تخيلنا ورشة عمل تضم آلاف الخطوط، ستكون التكلفة باهظة للغاية.

بعد إطلاق شبكة الجيل الخامس (5G LAN)، أصبحت تدعم نقل بروتوكول الطبقة الثانية مباشرةً، مما يُغني عن الحاجة إلى أجهزة توجيه الواقع المعزز (AR routers). في الوقت نفسه، توفر شبكة الجيل الخامس مسارات للأجهزة الطرفية التي لا تملك عناوين IP، كما يمكن لوظيفة UPF التعرف على عناوين MAC الخاصة بها. وبذلك، تتحول الشبكة بأكملها إلى شبكة أحادية الطبقة بسيطة، قادرة على التواصل فيما بينها على مستوى الطبقة الثانية.

تتيح إمكانية التوصيل والتشغيل لشبكة 5G LAN إمكانية دمج نفسها بشكل مثالي مع الشبكات الحالية للعملاء، مما يقلل من التأثير على الشبكات الحالية للعملاء، ويوفر الكثير من التكاليف دون الحاجة إلى تجديد وترقية شاقة.

من منظور شامل، تُعدّ شبكة الجيل الخامس المحلية (5G LAN) ثمرة تعاون بين تقنيتي الجيل الخامس والإيثرنت. وفي المستقبل، لا يمكن فصل تطوير تقنية الشبكات الحساسة للوقت (TSN) القائمة على الإيثرنت عن دور شبكة الجيل الخامس المحلية.

تجدر الإشارة إلى أن شبكة 5G LAN، بالإضافة إلى كونها مفيدة في بناء الشبكة الداخلية للمجمع، يمكن استخدامها أيضًا كمكمل لشبكة الخطوط المخصصة التقليدية للمؤسسات لربط الفروع في أماكن مختلفة.

وحدة شبكة الجيل الخامس المحلية (5G LAN)

كما ترون، تُعدّ شبكة الجيل الخامس المحلية (5G LAN) تقنية مبتكرة وهامة لشبكات الجيل الخامس في مختلف القطاعات. فهي تُتيح بناء اتصالات شبكات خاصة أقوى لشبكات الجيل الخامس، مما يُساعد العملاء على تسريع تحولهم الرقمي وتحديث شبكاتهم.

من أجل نشر شبكة 5G LAN بشكل أفضل، بالإضافة إلى ترقيات جانب الشبكة، يلزم أيضًا دعم وحدة 5G.

في سياق عملية الإطلاق التجاري لتقنية شبكات الجيل الخامس المحلية، أطلقت شركة Unigroup Zhangrui أول منصة شريحة النطاق الأساسي الجاهزة لتقنية الجيل الخامس R16 في الصناعة - V516.

استنادًا إلى هذه المنصة، نجحت شركة Quectel، الشركة الرائدة في تصنيع الوحدات في الصين، في تطوير عدد من وحدات 5G التي تدعم تقنية 5G LAN، وتم تسويقها تجاريًا، بما في ذلك RG500U وRG200U وRM500U ووحدات LGA وM.2 وMini PCIe الأخرى.