著者: Ulink Media
4G の進化形であり、最新のモバイル通信技術である 5G については、誰もがよくご存知でしょう。
LANについては、もっとよくご存知でしょう。正式名称はローカルエリアネットワーク、またはLANです。家庭内のネットワークも、企業のオフィスネットワークも、基本的にはLANです。無線Wi-Fiの場合は、無線LAN（WLAN）です。
では、なぜ 5G LAN が興味深いと言っているのでしょうか?
5Gは広域セルラーネットワークであり、LANは狭域データネットワークです。この2つの技術は一見無関係に思えます。
つまり、5GとLANは、それぞれ別々には誰もが知っている言葉です。しかし、一緒になるとなると、少し混乱してしまいますよね？
5G LAN とは一体何でしょうか?
実は、5G LANとは、簡単に言うと、5G技術を使って端末を「グループ化」して「構築」し、LANネットワークを形成することです。
誰もが5Gスマートフォンを持っています。5Gスマートフォンを使っていると、友達が近くにいても（顔を合わせていても）、スマートフォンが友達を検索できないことに気づいたことはありませんか？ データは通信事業者やインターネットサービスプロバイダーのサーバーまで完全に送信されるため、お互いに通信できます。
基地局では、すべてのモバイル端末は互いに「分離」されています。これはセキュリティ上の配慮に基づいており、各端末は独自のチャネルを使用し、互いに干渉することはありません。
一方、LANは、あるエリア内の端末（携帯電話、コンピュータなど）をまとめて「グループ」として接続します。これにより、相互間のデータ転送が容易になるだけでなく、エクストラネットへの接続も不要になります。
LAN内では、端末はMACアドレスに基づいて互いの位置を特定し、互いに見つけることができます（レイヤー2通信）。外部ネットワークにアクセスするには、ルーターを設置し、IPアドレスに基づいてルーティング（レイヤー3通信）も実現できます。
周知の通り、「4Gは私たちの生活を変え、5Gは私たちの社会を変える」と言われています。現在最も主流のモバイル通信技術である5Gは、「あらゆるものをインターネット化し、数百回線、数千の産業をデジタル変革する」という使命を担っており、垂直産業のユーザー同士の繋がりを支援する必要があります。
そのため、5Gはあらゆる端末をクラウドに接続できるだけでなく、端末間の「近傍接続」も実現します。
そのため、3GPP R16 規格では、5G LAN にこの新しい機能が導入されました。
5G LANの原理と特徴
5G ネットワークでは、管理者はユーザー データベース (UDM ネットワーク要素) 内のデータを変更し、指定された UE 番号でサービス契約に署名し、それらを同じまたは異なる仮想ネットワーク グループ (VN) に分割できます。
ユーザーデータベースは、5Gコアネットワーク（5GC）の管理ネットワークエレメント（SMF、AMF、PCFなど）に、端末番号、VNグループ情報、アクセスポリシーを提供します。管理NEは、これらの情報とポリシールールを複数のLANに統合します。これが5G LANです。
5G LANは、レイヤー2通信（同一ネットワークセグメント内での相互直接アクセス）とレイヤー3通信（ルーティングを利用したネットワークセグメント間の通信）をサポートします。5G LANは、ユニキャストに加え、マルチキャストとブロードキャストもサポートします。つまり、相互アクセスモードは非常に柔軟で、ネットワーク構築は非常にシンプルです。
5G LANは、その範囲において、同一のUPF（5Gコアネットワークのメディア側ネットワーク要素）間および異なるUPF間の通信をサポートします。これは、端末間の物理的な距離制限を打ち破ることに相当します（北京と上海でさえ通信可能です）。
特に、5G LAN ネットワークは、プラグアンドプレイと相互アクセスのためにユーザーの既存のデータ ネットワークに接続できます。
5G LANの応用シナリオと利点
5G LANは、特定の5G端末間のグループ化と接続を可能にし、企業におけるモバイル性の高いLANネットワークの構築を飛躍的に容易にします。多くの読者は、「既存のWi-Fi技術でもモビリティは既に実現可能ではないか？なぜ5G LANが必要なのか？」と疑問に思うことでしょう。
心配しないで、先に進みましょう。
5G LANによって実現されるローカルネットワークは、企業、学校、政府、家庭などが地域内の端末とよりスムーズにコミュニケーションをとることを可能にします。オフィスネットワークへの活用も可能ですが、より大きな価値は、パーク内の生産環境の変革、そして工業製造、港湾ターミナル、エネルギー鉱山といった生産企業の基幹ネットワークの変革にあります。
私たちは現在、インダストリアル・インターネットを推進しています。5Gは、広帯域と低遅延を特徴とする優れた無線通信技術であり、産業現場における様々な生産要素のワイヤレス接続を実現できるため、産業現場のデジタル化を可能にすると考えています。
工業製造業を例に挙げてみましょう。従来、自動化の向上や設備制御を実現するために、「産業用バス」技術が利用されていました。この技術には様々な種類があり、「あらゆる場所で」利用されていると言えるでしょう。
その後、イーサネットとIP技術の登場により、業界ではイーサネットの進化とともに「産業用イーサネット」というコンセンサスが形成されました。今日では、どの産業用相互接続プロトコルを採用していても、基本的にイーサネットベースとなっています。
その後、産業企業は、有線接続では移動性が制限されすぎることに気づきました。デバイスの背面には常に「編組」があり、自由な動きを妨げていたのです。
さらに、有線接続による導入は煩雑で、工事期間が長く、コストも高額です。機器やケーブルに問題が発生した場合、交換にも非常に時間がかかります。そこで、業界では無線通信技術の導入を検討し始めました。
その結果、Wi-Fi、Bluetoothなどの技術が産業分野に参入してきました。
では、前の質問に戻りますが、Wi-Fiがあるのになぜ5G LANなのでしょうか?
理由は次の通りです:
1. Wi-Fi ネットワーク (特に Wi-Fi 4 と Wi-Fi 5) のパフォーマンスは 5G ほど良くありません。
伝送速度と遅延の観点から、5Gは産業用ロボット（マニピュレーター制御）、インテリジェント品質検査（高速画像認識）、AGV（無人物流車両）などのシナリオのニーズをよりよく満たすことができます。
カバレッジの面では、5G は Wi-Fi よりもカバレッジエリアが広く、キャンパスをよりよくカバーできます。また、5G のセル間の切り替え能力は Wi-Fi よりも強力であるため、ユーザーに優れたネットワーク エクスペリエンスをもたらします。
2. Wi-Fi ネットワークの保守コストが高額です。
公園内にWi-Fiネットワークを構築するには、企業は配線工事と機器の購入を自ら行う必要があります。機器は減価償却され、損傷したら交換するだけでなく、専門の担当者によるメンテナンスも必要です。Wi-Fiデバイスは大量に存在し、設定も煩雑です。
5Gは異なります。通信事業者が構築・保守し、企業がレンタルするのです（Wi-Fiと5Gは、自分の部屋を建てることとクラウドコンピューティングの違いに似ています）。
これらを総合すると、5G はよりコスト効率が高くなります。
3. 5G LANはさらに強力な機能を備えています。
5G LANのVNグループ化については先ほど説明しました。通信の分離に加えて、グループ化のより重要な機能は、異なるネットワークのQoS（サービスレベル）の差別化を実現することです。
たとえば、企業にはオフィス ネットワーク、IT システム ネットワーク、OT ネットワークがあります。
OTはOperational Technology（運用技術）の略です。旋盤、ロボットアーム、センサー、計装機器、AGV、監視システム、MES、PLCSなど、産業環境と設備を接続するネットワークです。
ネットワークによってパフォーマンス要件は異なります。低レイテンシが求められるものもあれば、高帯域幅が求められるものもあり、またそれほど要件が高くないものもあります。
5G LANは、異なるVNグループに基づいて異なるネットワークパフォーマンスを定義できます。一部の企業では、これを「マイクロスライス」と呼んでいます。
4. 5G LAN は管理がより簡単になり、より安全になります。
前述の通り、5G UDMでは通信事業者がユーザー署名データを変更し、ユーザーをVNグループにグループ化することができます。端末のグループ情報を変更（参加、削除、変更）するたびに、通信事業者のカスタマーサービスに問い合わせる必要があるのでしょうか？
もちろん違います。
5G ネットワークでは、事業者はインターフェースの開発を通じて企業のネットワーク管理者に変更権限を開放し、セルフサービスによる変更を可能にします。
もちろん、企業は独自のニーズに応じて独自のプライベート ネットワーク ポリシーを設定することもできます。
企業はデータ接続を確立する際に、認証と認可のメカニズムを設定することで、VNグループを厳密に管理できます。このセキュリティはWi-Fiよりもはるかに強力で便利です。
5G LANのケーススタディ
具体的なネットワークの例を通して、5G LAN の利点を見てみましょう。
まず、製造企業には独自の工場、生産ライン（または旋盤）があり、ネットワークを介して PLC と PLC 制御端を接続する必要があります。
各組立ラインには多くの設備があり、それぞれが独立しています。組立ライン内のすべてのデバイスに5Gモジュールを搭載するのが理想的ですが、現段階では少しコストがかかりそうです。
5G産業用ゲートウェイ（5G CPE）の導入により、コストパフォーマンスを向上させることができます。有線接続の場合は有線ポート（イーサネットポートまたはPLCポート）に接続し、無線接続の場合は5GまたはWi-Fiに接続します。
5Gが5G LAN（R16以前）をサポートしていない場合、PLCとPLCコントローラ間の接続を実現することも可能です。しかし、5Gネットワーク全体はIPアドレスに依存するレイヤ3プロトコルであり、端末アドレスもIPアドレスであるため、レイヤ2のデータ転送をサポートしていません。エンドツーエンド通信を実現するには、両側にAR（アクセスルータ）を追加してトンネルを確立し、産業用レイヤ2プロトコルをトンネル内にカプセル化してピアエンドに導く必要があります。
この方法は複雑さを増すだけでなく、コスト（ARルーターの購入コスト、ARルーターの設定にかかる人件費と時間コスト）も増加させます。数千回線のワークショップを想定した場合、そのコストは莫大なものになるでしょう。
5G LANの導入後、5Gネットワークはレイヤー2プロトコルの直接伝送をサポートするため、ARルーターは不要になります。同時に、5GネットワークはIPアドレスを持たない端末にルートを提供し、UPFは端末のMACアドレスを認識できるようになります。これにより、ネットワーク全体が最小限の単層ネットワークとなり、レイヤー2で相互に通信できるようになります。
5G LAN のプラグアンドプレイ機能は、顧客の既存のネットワークと完全に統合できるため、顧客の既存のネットワークへの影響が軽減され、大変な改修やアップグレードを行わずに多くのコストを節約できます。
マクロ的な視点から見ると、5G LANは5Gとイーサネット技術の融合です。将来的には、イーサネット技術をベースとしたTSN（Time Sensitive Network）技術の開発は、5G LANの力を借りずには考えられません。
注目すべきは、5G LAN はパークの内部ネットワークの構築に役立つだけでなく、企業の従来の専用回線ネットワークを補完して、さまざまな場所にある支店を接続するのにも使用できることです。
5G LAN用モジュール
ご覧のとおり、5G LANは垂直産業における5Gの重要な革新技術です。より強力な5Gプライベートネットワーク通信を構築し、お客様のデジタル変革とアップグレードの加速を支援します。
5G LAN をより適切に展開するには、ネットワーク側のアップグレードに加えて、5G モジュールのサポートも必要です。
5G LAN テクノロジーの商用化の過程で、Unigroup Zhangrui は業界初の 5G R16 Ready ベースバンド チップ プラットフォームである V516 を発表しました。
中国大手モジュールメーカーQuectelは、このプラットフォームをベースに、RG500U、RG200U、RM500UなどのLGA、M.2、Mini PCIeパッケージモジュールをはじめ、5G LAN技術に対応した多数の5Gモジュールの開発に成功し、商品化されています。
投稿日時: 2022年12月6日