著者：Ulink Media
5Gは4Gの進化形であり、最新のモバイル通信技術であるため、誰もが5Gについて知っておくべきです。
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、略してLANです。私たちの家庭のネットワークや会社のオフィスネットワークは、基本的にLANです。無線Wi-Fiの場合は、無線LAN（WLAN）となります。
では、なぜ私が5G LANが興味深いと言っているのでしょうか？
5Gは広範囲をカバーする携帯電話ネットワークであり、LANは狭域データネットワークである。この2つの技術は一見無関係に見える。
つまり、5GとLANはそれぞれ単独では誰もが知っている言葉ですが、一緒になると少し紛らわしいですよね？
5G LANとは一体何なのか？
実際、5G LANを簡単に説明すると、5G技術を用いて端末を「グループ化」および「構築」し、LANネットワークを形成することである。
誰もが5G対応のスマートフォンを持っています。5G対応のスマートフォンを使っていると、たとえ近くにいる友人（目の前にいる友人）でも、スマートフォンが友人の位置を特定できないことに気づいたことはありませんか？これは、データが通信事業者やインターネットサービスプロバイダのサーバーを経由して送信されるため、お互いに通信できないからです。
基地局においては、すべての移動端末は互いに「隔離」されています。これはセキュリティ上の理由に基づくもので、各端末はそれぞれ独自の通信チャネルを使用し、互いに干渉しないようにしています。
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）を接続して「グループ」を形成します。これにより、端末間のデータ伝送が容易になるだけでなく、外部ネットワーク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、通信を行うことができます（レイヤ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アドレスを介してルーティングを行うことも可能です（レイヤ3通信）。
周知のとおり、「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。現在最も主流なモバイル通信技術である5Gは、「あらゆるもののインターネット化と、何百もの路線と何千もの産業のデジタル変革」という使命を担っており、垂直産業のユーザーが接続できるように支援する必要があります。
したがって、5Gはすべての端末をクラウドに接続できるだけでなく、端末間の「近接接続」も実現できる。
そのため、3GPP R16規格では、5G LANにこの新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）のデータを変更したり、特定のUE番号とサービス契約を締結したり、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）に分割したりすることができます。
ユーザーデータベースは、端末番号VNグループ情報とアクセスポリシーを5Gコアネットワーク（5GC）の管理ネットワーク要素（SMF、AMF、PCFなど）に提供します。管理ネットワーク要素は、これらの情報とポリシールールを組み合わせて複数のLANを作成します。これが5G LANです。
5G LANは、レイヤ2通信（同一ネットワークセグメント内での直接アクセス）とレイヤ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での通信）の両方をサポートします。また、ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャストにも対応しています。つまり、相互アクセス方式は非常に柔軟で、ネットワーク構成も非常にシンプルです。
範囲に関して言えば、5G LANは、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の制限を打破することに相当します（北京と上海の間でも通信が可能になります）。
特に、5G LANネットワークは、ユーザーの既存のデータネットワークに接続して、プラグアンドプレイや相互アクセスを実現できる。
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、企業向けのよりモバイルなLANネットワークの構築を大幅に容易にします。多くの読者は、「既存のWi-Fi技術でも既にモバイル化は可能ではないのか？なぜ5G LANが必要なのか？」と疑問に思うでしょう。
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、政府機関、家庭などが地域内の端末とより円滑にコミュニケーションを取るのに役立ちます。オフィスネットワークでの利用はもちろんのこと、その真価は、工業団地の生産環境の変革や、工業製造業、港湾ターミナル、エネルギー鉱山などの生産企業の基幹ネットワークの変革にあると言えるでしょう。
私たちは現在、産業用インターネットの普及を推進しています。5Gは広帯域幅と低遅延という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無線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確信しています。
例えば、工業製造業を考えてみましょう。従来、自動化を向上させ、機器制御を実現するために、「産業用バス」技術が用いられてきました。この技術には多くの種類があり、まさに「至る所に存在している」と言えるでしょう。
その後、イーサネットとIP技術の登場に伴い、業界ではコンセンサスが形成され、イーサネットの進化とともに「産業用イーサネット」が誕生しました。今日では、産業用相互接続プロトコルは、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可動性が制限されすぎることに気づいた。機器の背面には常に「ケーブルの束」があり、自由な動きを妨げていたのだ。
さらに、有線接続方式は手間がかかり、工期も長く、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。そのため、業界では無線通信技術の導入が検討され始めました。
その結果、Wi-FiやBluetoothなどの技術が産業分野に導入されるようになった。
さて、前の質問に戻りますが、Wi-Fiがあるのに、なぜ5G LANが必要なのでしょうか？
理由は以下のとおりです。
1. Wi-Fiネットワーク（特にWi-Fi 4とWi-Fi 5）の性能は5Gほど良くありません。
伝送速度と遅延の面では、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良く満たすことができます。
通信範囲に関して言えば、5GはWi-Fiよりも広い範囲をカバーでき、キャンパス全体をより効果的にカバーできます。また、5Gはセル間の切り替え能力もWi-Fiより優れているため、ユーザーはより快適なネットワーク体験を得ることができます。
2. Wi-Fiネットワークの維持管理コストが高い。
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社で行う必要があります。機器は減価償却や破損、交換が必要となり、さらに専門の担当者による保守管理も必要となります。Wi-Fi機器の数も多く、設定作業も煩雑です。
5Gは異なります。5Gは通信事業者が構築・保守を行い、企業がレンタルするものです（Wi-Fiと5Gの違いは、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少し似ています）。
総合的に見ると、5Gはより費用対効果が高いだろう。
3. 5G LANはより強力な機能を備えています。
5G LANにおけるVNグルーピングについては既に述べた。通信の分離に加えて、グルーピングのより重要な機能は、異なるネットワーク間でQoS（サービスレベル）の差別化を実現することである。
例えば、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ネットワークが存在する。
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、計測機器、AGV（無人搬送車）、監視システム、MES（製造実行システム）、PLC（生産ライン制御システム）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求められる性能要件は異なります。低遅延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、それほど多くの要件を必要としないものもあります。
5G LANでは、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は管理が容易で、セキュリティも向上している。
前述のとおり、通信事業者の5G UDMでは、ユーザー署名データを変更してユーザーをVNグループにグループ化することができます。では、端末のグループ情報を変更する（参加、削除、変更）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、通信事業者はインターフェースの開発を通じて企業ネットワーク管理者に変更権限を付与し、セルフサービスによる変更を可能にすることができる。
もちろん、企業は自社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可能です。
データ接続を確立する際、企業は認証・認可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の事例研究
具体的なネットワーク事例を通して、5G LANの利点を見ていきましょう。
まず、製造企業は、自社の作業場、生産ライン（または旋盤）を持ち、ネットワークを介してPLCとPLC制御側を接続する必要があります。
各組立ラインには多くの独立した設備が設置されている。組立ライン上のすべての機器に5Gモジュールを搭載するのが理想的だが、現段階では少々コストがかかりそうだ。
5G産業用ゲートウェイ、または5G CPEを導入することで、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）に接続します。無線接続の場合は、5GまたはWi-Fiに接続します。
5Gが5G LANをサポートしていない場合（R16以前）、PLCとPLCコントローラ間の接続も実現可能です。ただし、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データ転送はサポートされていません。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送信する必要があります。
この方法は複雑さを増すだけでなく、コストも増加させます（ARルーターの購入費用、ARルーターの設定にかかる人件費と時間）。数千もの配線がある工場を想像すると、そのコストは途方もない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2プロトコルの直接伝送をサポートするため、ARルータは不要になりました。同時に、5GネットワークはIPアドレスを持たない端末にも経路を提供でき、UPFは端末のMACアドレスを認識できます。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2レベル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、顧客の既存ネットワークに完全に統合できるため、既存ネットワークへの影響を最小限に抑え、大掛かりな改修やアップグレードを行うことなく、大幅なコスト削減を実現します。
マクロ的な視点で見ると、5G LANは5Gとイーサネット技術の連携によって実現するものです。将来的には、イーサネット技術を基盤としたTSN（時間感応型ネットワーク）技術の開発は、5G LANの支援なしには成り立たないでしょう。
特筆すべきは、5G LANはパーク内の内部ネットワーク構築に役立つだけでなく、企業の従来の専用線ネットワークを補完し、異なる場所にある支店を接続するためにも利用できる点である。
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にとって重要な革新的技術です。より強固な5Gプライベートネットワーク通信を構築することで、顧客のデジタルトランスフォーメーションとアップグレードを加速させることができます。
5G LANをより効果的に展開するためには、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となる。
5G LAN技術の商用化に向けて、ユニグループ張瑞は業界初の5G R16対応ベースバンドチッププラットフォーム「V516」を発表した。
このプラットフォームを基に、中国の大手モジュールメーカーであるQuectelは、5G LAN技術をサポートする多数の5Gモジュールを開発し、RG500U、RG200U、RM500UなどのLGA、M.2、Mini PCIeパッケージモジュールを商品化することに成功しました。
投稿日時：2022年12月6日