Qu'est-ce qu'un réseau local 5G (5G LAN) ?

Auteur : Ulink Media

Tout le monde devrait connaître la 5G, qui est l'évolution de la 4G et notre toute dernière technologie de communication mobile.

Pour ce qui est du réseau local (LAN), il est important de mieux le comprendre. Son nom complet est réseau local, ou LAN. Notre réseau domestique, ainsi que le réseau de notre entreprise, sont essentiellement des LAN. Avec le Wi-Fi, on parle de réseau local sans fil (WLAN).

Alors pourquoi est-ce que je dis que le réseau local 5G est intéressant ?

La 5G est un vaste réseau cellulaire, tandis que le LAN est un réseau de données à zone restreinte. Ces deux technologies semblent sans rapport.

En d'autres termes, 5G et LAN sont deux termes que tout le monde connaît séparément. Mais ensemble, c'est un peu source de confusion. N'est-ce pas ?

Réseau local 5G : qu’est-ce que c’est exactement ?

En fait, le 5G LAN, pour faire simple, consiste à utiliser la technologie 5G pour « regrouper » et « construire » des terminaux afin de former un réseau LAN.

Tout le monde possède un téléphone 5G. Avez-vous remarqué que, lorsque vous utilisez un téléphone 5G, il est impossible de localiser vos amis, même lorsqu'ils sont tout près (voire face à face) ? La communication est impossible car les données transitent par les serveurs de votre opérateur ou fournisseur d'accès à Internet.

Pour les stations de base, tous les terminaux mobiles sont isolés les uns des autres. Cette isolation, basée sur des considérations de sécurité, garantit que les téléphones utilisent leurs propres canaux et n'interfèrent pas entre eux.

Un réseau local (LAN), en revanche, connecte des terminaux (téléphones portables, ordinateurs, etc.) situés dans une zone géographique donnée afin de former un « groupe ». Cela facilite non seulement la transmission de données entre ces terminaux, mais évite également le recours à un extranet.

Dans un réseau local (LAN), les terminaux peuvent se localiser mutuellement grâce à leurs adresses MAC (communication de couche 2). Pour accéder au réseau externe, un routeur est configuré et, via l'adresse IP, il permet également le routage entrant et sortant (communication de couche 3).

Comme chacun sait, « la 4G va changer nos vies et la 5G va changer notre société ». Technologie de communication mobile la plus répandue à l'heure actuelle, la 5G a pour mission de créer « l'Internet de tout et d'assurer la transformation numérique de centaines de secteurs et de milliers d'industries », ce qui implique de faciliter la connexion des utilisateurs dans les différents secteurs d'activité.

Par conséquent, la 5G peut non seulement connecter chaque terminal au cloud, mais aussi réaliser une « connexion de proximité » entre les terminaux.

C’est pourquoi, dans la norme 3GPP R16, le réseau local 5G a introduit cette nouvelle fonctionnalité.

Principes et caractéristiques des réseaux locaux 5G

Dans un réseau 5G, les administrateurs peuvent modifier les données de la base de données utilisateur (éléments de réseau UDM), signer un contrat de service avec un numéro UE spécifié, puis les diviser en groupes de réseaux virtuels (VN) identiques ou différents.

La base de données utilisateurs fournit aux éléments de réseau de gestion (SMF, AMF, PCF, etc.) du cœur de réseau 5G (5GC) les informations relatives aux numéros de terminal (VN) et aux politiques d'accès. L'élément de réseau de gestion combine ces informations et règles de gestion au sein de différents LAN. Il s'agit d'un LAN 5G.

Un réseau local 5G prend en charge la communication de couche 2 (au sein d'un même segment de réseau, accès direct) ainsi que la communication de couche 3 (entre segments de réseau, via le routage). Il prend également en charge la diffusion unicast, multicast et broadcast. En résumé, le mode d'accès mutuel est très flexible et la mise en réseau est très simple.

En termes de portée, un réseau local 5G (5G LAN) prend en charge la communication entre un même UPF (élément de réseau côté média du cœur de réseau 5G) et des UPF différents. Cela revient à s'affranchir de la distance physique entre les terminaux (même Pékin et Shanghai peuvent communiquer).

Plus particulièrement, les réseaux LAN 5G peuvent se connecter aux réseaux de données existants des utilisateurs pour une utilisation simplifiée et un accès mutuel.

Scénarios d'application et avantages du réseau local 5G

Le réseau local 5G (5G LAN) permet de regrouper et de connecter des terminaux 5G spécifiques, facilitant grandement la mise en place d'un réseau local plus mobile pour les entreprises. Nombreux sont ceux qui se demandent : la mobilité n'est-elle pas déjà possible avec la technologie Wi-Fi actuelle ? Pourquoi un réseau local 5G est-il nécessaire ?

Ne vous inquiétez pas, passons à autre chose.

La mise en réseau locale permise par la 5G LAN peut aider les entreprises, les écoles, les administrations et les familles à mieux communiquer avec les terminaux d'une région. Elle peut être utilisée dans les réseaux de bureaux, mais sa plus grande valeur réside dans la transformation de l'environnement de production des parcs industriels et dans la modernisation des réseaux d'infrastructure des entreprises de production telles que les sites de fabrication industrielle, les terminaux portuaires et les mines d'énergie.

Nous promouvons actuellement l'Internet industriel. Nous sommes convaincus que la 5G peut permettre la numérisation des sites industriels car il s'agit d'une excellente technologie de communication sans fil, offrant une large bande passante et une faible latence, qui permet la connexion sans fil des différents éléments de production au sein des sites industriels.

Prenons l'exemple de la production industrielle. Auparavant, pour une meilleure automatisation et un contrôle accru des équipements, on utilisait la technologie des « bus industriels ». Il existe de nombreux types de cette technologie, que l'on peut qualifier de très répandue.

Plus tard, avec l'émergence des technologies Ethernet et IP, un consensus s'est dégagé au sein de l'industrie : l'« Ethernet industriel » a vu le jour avec l'évolution d'Ethernet. Aujourd'hui, quel que soit le protocole d'interconnexion industriel, il repose fondamentalement sur Ethernet.

Plus tard, les entreprises industrielles ont constaté que les connexions filaires limitaient trop la mobilité — il y avait toujours une « tresse » à l'arrière de l'appareil qui empêchait toute liberté de mouvement.

De plus, le déploiement par câble est plus complexe, les travaux sont longs et coûteux. En cas de problème avec le matériel ou les câbles, le remplacement est également très lent. C'est pourquoi le secteur a commencé à envisager l'introduction de la technologie de communication sans fil.

De ce fait, le Wi-Fi, le Bluetooth et d'autres technologies ont fait leur entrée dans le domaine industriel.

Pour revenir à la question précédente, pourquoi un réseau local 5G alors qu'il existe le Wi-Fi ?

Voici la raison :

1. Les performances des réseaux Wi-Fi (en particulier Wi-Fi 4 et Wi-Fi 5) ne sont pas aussi bonnes que celles de la 5G.

En termes de débit et de délai de transmission, la 5G peut mieux répondre aux besoins des robots industriels (commande de manipulateurs), du contrôle qualité intelligent (reconnaissance d'images à haute vitesse), des AGV (véhicules logistiques sans pilote) et d'autres scénarios.

En matière de couverture, la 5G offre une zone de couverture plus étendue que le Wi-Fi et permet une meilleure couverture du campus. Sa capacité à basculer entre les cellules est également supérieure, ce qui garantit une meilleure expérience réseau aux utilisateurs.

2. Les coûts de maintenance du réseau Wi-Fi sont élevés.

Pour déployer un réseau Wi-Fi dans un parc, les entreprises doivent câbler et acheter leur propre matériel. Ce matériel s'use, s'abîme et doit être remplacé, tout en nécessitant une maintenance assurée par du personnel spécialisé. La multitude d'appareils Wi-Fi rend leur configuration complexe.

La 5G est différente. Elle est construite et entretenue par les opérateurs et louée par les entreprises (comparer le Wi-Fi à la 5G, c'est un peu comme comparer la construction de sa propre chambre à l'informatique en nuage).

Dans l'ensemble, la 5G sera plus rentable.

3. Le réseau local 5G possède des fonctions plus puissantes.

Le regroupement VN d'un réseau local 5G a été évoqué précédemment. Outre l'isolation des communications, une fonction plus importante du regroupement est d'assurer la différenciation de la qualité de service (QoS) entre les différents réseaux.

Par exemple, une entreprise possède un réseau de bureaux, un réseau de systèmes informatiques et un réseau OT.

OT signifie Technologie Opérationnelle. Il s'agit d'un réseau qui connecte l'environnement industriel et les équipements, tels que les tours, les bras robotisés, les capteurs, l'instrumentation, les AGV, les systèmes de surveillance, les MES, les PLC, etc.

Les exigences de performance varient selon les réseaux. Certains nécessitent une faible latence, d'autres une bande passante élevée, et d'autres encore ont des exigences moindres.

Un réseau local 5G peut offrir des performances différentes selon les groupes de nœuds virtuels (VN). Certaines entreprises parlent de « micro-tranche ».

4. Le réseau local 5G est plus facile à gérer et plus sécurisé.

Comme indiqué précédemment, les données de connexion des utilisateurs peuvent être modifiées dans les UDM 5G des opérateurs afin de regrouper les utilisateurs en groupes VN. Dès lors, devons-nous contacter le service client de l'opérateur à chaque fois que nous souhaitons modifier les informations de groupe d'un terminal (ajout, suppression, changement) ?

Bien sûr que non.

Dans les réseaux 5G, les opérateurs peuvent ouvrir l'autorisation de modification aux administrateurs de réseaux d'entreprise grâce au développement d'interfaces, permettant ainsi une modification en libre-service.

Bien entendu, les entreprises peuvent également définir leurs propres politiques de réseau privé en fonction de leurs besoins.

Lors de l'établissement de connexions de données, les entreprises peuvent mettre en place des mécanismes d'autorisation et d'authentification pour gérer rigoureusement les groupes de réseaux virtuels. Cette sécurité est bien plus robuste et pratique que celle du Wi-Fi.

Étude de cas d'un réseau local 5G

Examinons les avantages du réseau local 5G à travers un exemple de mise en réseau précis.

Tout d'abord, une entreprise manufacturière, qui possède son propre atelier, sa ligne de production (ou son tour), doit connecter l'automate programmable et l'extrémité de contrôle de l'automate programmable via le réseau.

Chaque chaîne de montage dispose de nombreux équipements, parfois indépendants. L'idéal serait d'installer des modules 5G sur chaque appareil. Cependant, cela risque d'être un peu coûteux à ce stade.

L'introduction d'une passerelle industrielle 5G, ou d'un CPE 5G, permet d'optimiser le rapport coût-efficacité. Elle convient aux connexions filaires (port Ethernet ou port PLC) et sans fil (connexion 5G ou Wi-Fi).

Si la 5G ne prend pas en charge les réseaux locaux 5G (avant la version R16), la connexion entre un automate programmable et son contrôleur reste possible. Cependant, le réseau 5G repose entièrement sur un protocole de couche 3 utilisant l'adressage IP, et l'adresse du terminal est également une adresse IP, ce qui ne permet pas le transfert de données de couche 2. Pour réaliser une communication de bout en bout, un routeur d'accès (AR) doit être ajouté de chaque côté afin d'établir un tunnel, d'encapsuler le protocole industriel de couche 2 dans ce tunnel et de l'acheminer jusqu'au destinataire.

Cette méthode accroît non seulement la complexité, mais aussi les coûts (achat du routeur AR, main-d'œuvre et temps consacrés à sa configuration). Dans un atelier comptant des milliers de lignes, le coût serait exorbitant.

Après l'introduction du réseau local 5G (5G LAN), la transmission directe des protocoles de couche 2 devient possible, rendant les routeurs AR superflus. Parallèlement, le réseau 5G peut acheminer les terminaux sans adresse IP, et l'UPF peut identifier leurs adresses MAC. L'ensemble du réseau se réduit ainsi à une architecture monocouche minimaliste, permettant la communication entre les terminaux au niveau de la couche 2.

La capacité « plug and play » du réseau local 5G permet une intégration parfaite aux réseaux existants des clients, réduisant ainsi l'impact sur ces derniers et générant d'importantes économies sans travaux de rénovation ni de mise à niveau complexes.

D'un point de vue macro, le réseau local 5G (5G LAN) résulte de la collaboration entre les technologies 5G et Ethernet. À l'avenir, le développement de la technologie TSN (réseau sensible au temps) basée sur Ethernet sera indissociable du réseau local 5G.

Il convient de mentionner que le réseau local 5G, en plus de faciliter la construction du réseau interne du parc, peut également être utilisé en complément du réseau de lignes dédiées traditionnel des entreprises pour connecter les succursales situées à différents endroits.

Le module pour le réseau local 5G

Comme vous pouvez le constater, le réseau local 5G (5G LAN) est une technologie innovante majeure pour la 5G dans les secteurs verticaux. Il permet de renforcer les communications des réseaux privés 5G afin d'aider les clients à accélérer leur transformation et leur modernisation numériques.

Pour un déploiement optimal du réseau local 5G, outre les mises à niveau côté réseau, la prise en charge des modules 5G est également nécessaire.

Dans le cadre du déploiement commercial de la technologie 5G LAN, Unigroup Zhangrui a lancé la première plateforme de puce de bande de base compatible 5G R16 du secteur : la V516.

Sur cette plateforme, Quectel, le principal fabricant de modules en Chine, a développé avec succès un certain nombre de modules 5G prenant en charge la technologie LAN 5G, et les a commercialisés, notamment les modules RG500U, RG200U, RM500U et d'autres modules en boîtier LGA, M.2, Mini PCIe.