A vállalati felhasználók számára tervezett és telepített privát mobilhálózatok lehetőséget kinálnak az üzleti folyamatok optimalizálására és újradefiniálására. Az ipari felhasználók számára alapvető fontosságú, hogy ezek a mobilhálózatok megfeleljenek a lefedettségi, a minőségi és biztonsági szempontoknak valamint a termelés szempontjából kritikus alkalmazások követelményeinek .
A vállalatok leggyakrabban a Wi-Fi-t használják magánhálózati megoldásként, ami korlátozott funkciókkal rendelkezik. Például a Wi-Fi nem biztosítja a mobilitást a hálózati eszközök között és nem elégíti ki az autonóm járművek által megkövetelt alacsony késleltetési követelményeket sem. Ezen túlmenően a Wi-Fi nem támogatja a masszív Internet of Things (mIoT) szolgáltatásokat a csatornánkénti korlátozott kapcsolat miatt. Viszont az 5G technológia képes kielégíteni a vállalatok azon szolgáltatási igényeit amelyeket ma és a közeljövőben támasztanak, mint például a mobilitás, alacsony késleltetés, biztonság, megbízhatóság, rugalmasság és kapacitás. Ezért fordul mind több felhasználó az 5G alapú privát hálózatok felé.
Privát 5G Hálózatok Telepitések Motivációja
A magán hálózatokat a vállalatok leginkább bizonyos üzleti folyamatok lehetővé tétele vagy optimalizálása érdekében tervezik és telepítik. Általánosságban elmondható, hogy a privát mobilhálózat telepítéséhez három motiváció szükséges:
Lefedettség Garantálása
Olyan helyeken, ahol rosszak a rádiófrekvenciás működési feltételek, vagy ahol a nyilvános hálózati lefedettség korlátozott, esteleg nincs lefedettség.
Hálózat Kontrolja
Olyan konfigurációk alkalmazása, amelyek nem támogatottak nyilvános hálózaton. A biztonság és az adatvédelem fontossága. Az érzékeny műszaki és üzleti adatok privát hálózaton belüli megőrzése, főként csúcstechnológiai ipari vállalatok esetében.
Performance Profilok Kialakítása
Olyan profil kialakitása, amely támogatja az magas szintű követelményeket igénylő alkalmazásokat. Az 5G előnnyel rendelkezik ezen a téren az LTE-vel és a Wi-Fi-vel szemben.
4G vs 5G Alapú Privát Mobil Network
Számos ipari alkalmazás támogatható az LTE-n, azonban ahol a felhasználók szigorúbb performance követelményeket igényelnek az elérhetőség, megbízhatóság, késleltetés, jitter, eszközsűrűség, throughput területeken, az 5G jobban megfelel az igényeiknek, mint az LTE. Az 5G olyan innovációkat alkalmaz a hálózati architektúrájában, amelyek jobban megfelelnek a nagy teljesítményű ipari alkalmazások követelményeinek. Ezek az innovációk két fő területre bonthatóak:
- Innovációk a radio domain szinten: rugalmas numerológia, Ultra-Reliable Low Latency Communication (URLLC), spatial diversity, positioning, quality of service (QoS), spectrum flexibility
- Innovációk rendszerszinten: network slicing, megnövelt biztonság, új authentication eljárások, edge deployment, application programming interface (API) exposure
Privát 5G Mobile Network architektúrák
A privát 5G hálózati architektúra többféleképpen telepíthető, de egyszerűen kategorizálhatóak a különböző telepítési lehetőségek a mobilszolgáltató nyilvános hálózatával való integráció szintje szerint. Ez alapján a következő privát 5G architektúrák hozhatók létre:
- Izolált Privát Hálózat – A teljes magánhálózatot a felhasználó birtokolja és üzemelteti, és teljesen el van szigetelve a nyilvános hálózattól.
- Megosztott Privát Hálózat – A távközlési szolgáltató publikus infrastruktúrájának egy részét kihasználó hibrid konfiguráció.
- Privát Hálózati szelet nyilvános hálózaton – A magánhálózat Network Slicing techonológiával, hálózati szeleteken (network slice) valósul meg. Az távközlési szolgáltató a meglévő nyilvános hálózati infrastruktúráját használja és szoftver által meghatározott hálózati szeleten (network slice) keresztül kínál privát kapcsolatot a felhasználóknak. Ebben az esteben nagyon fontos kritérium a privát hálózati szelet megfelelően magas szintű biztonságos izolációja a szolgáltató publikus hálózatától.
Izolált Privát 5G Hálózati Architektúra
Az izolált privát 5G hálózati architektúrában a teljes privát hálózat szegmenst a felhasználó üzemelteti és irányítja. A hálózat teljesen el van szigetelve a szolgáltató publikus hálózatától, ami minimálisra csökkenti az adatszivárgás kockázatát. Ennek a megoldásnak a hátránya, hogy az infrastruktúra kiépítéséhez és üzemeltetéséhez szükséges beruházások magasak, és megfelelő szintű távközlési ismeretekkel rendelkező személyzetet igényelnek a felhasználó oldalán.
Source: Samsung
Az izolált privát 5G hálózat alkalmas közbiztonsági ügynökségek vagy olyan nagyvállalatok számára, amelyek megfelelő anyagi és személyi erőforrásokkal rendelkeznek, és nagy gondot fordítanak az adatvédelemre.
Megosztott Privát 5G Hálózati Architektúra
A megosztott privát 5G hálózati architektúrában, ahogyan a meghatározásból is kiderül, a szolgáltató megosztja a publikus hálózatának infrastruktúrájáta privát hálózatéval, hogy csökkentse a privát 5G hálózat telepítési költségeit. Az üzleti igénytől függően a felhasználó megválaszthatja, hogy mely hálózati összetevőket kezelje saját maga, illetve a melyeket a publikus hálózat szolgáltató.
Intelligens gyártási folyamatok támogatása érdekében előnyös megoldás lehet a MEC-et és az UPF-et a helyszínen telepiteni. Ez az opció támogatja a privát 5G architektúrában a felhasználó alacsony késleltetésű kommunikációs igényét és a magas fokú adatbiztonságot illetve a nagymennyiségű érzekeny adatok gyors, helybeni feldolgozását, elemzését.
Source: Samsung
Más típusú felhasználási esetekben, mint például stadionokban vagy eseményközpontokban, ahol gyors és stabil kapcsolatra van szükség, a felhsználó működtetheti a RAN ezközöket. Ezáltal biztosítva a lefedettség és a hálózatminőség folyamatos ellenőrzését, amíg az architektúra többi részének működtetését a szolgáltató rendszerfelügyeletére bízza.
Privát 5G Architektúra Network Slicing Által
A publikus hálózat szolgáltató a Network Slicing technológia alkalmazásával biztosítja a privát hálózat elkülönítését a publikus hálózattól. A hálózati szeleten (network slice) a szolgáltató a már meglévő infrastruktúrája által biztosítja a végpontok közötti privát 5G-kapcsolatot. Ez a megoldás igényli a legalacsonyabb infrastrukturális beruházási költséget, mind a szolgáltató. mind a felhasználó részéről, a felhasználó viszont ebben az esteben nem kontrolálja csupán használja a számára leválasztott privát hálózati szeletet.
Source: Samsung
A Network Slicingáltal nyújtott privát 5G hálózati megoldás alkalmas lehet olyan felhasználási helyzetekben, amelyek nagyobb földrajzi területen történő telepítést igényelnek, mint például intelligens városi IoT-kapcsolatok vagy autonóm vezetési szolgáltatások. Ilyen esetekben a privát hálózat kiépítése rendkívül költséges lenne és ezért a megvalósítása emiatt nem előnyös a felhasználó számára, viszont a már kiépült publikus hálózatról leválasztott hálózati szegmens erre a célra megfelelú megoldás. A felhasználók privát sávszélességet is bérelhetnek az üzemeltetőtől, és az üzlettípustól függően különböző szolgáltatási szintű szerződéseket (SLA) köthetnek az üzleti igényeiknek megfelelően.
Privát 5G Hálózat Transport Követelményei
A privát 5G architektúra megvalósítása a transport hálózat rugalmasságát is igény. A fenti három privát 5G hálózat megvalósítási példák mindegyikéhez más típusú transport eszközökre van szükség. Amíg az izolált privát 5G hálózati architektúrában egy nagy portszámmal rendelkező switchre van szükség ahhoz, hogy a vállalati telephelyen lévő összes komponenst összekapcsolja, addig a megosztott privát 5G hálózatban alacsonyabb portszámu switch is elegendő erre a célra. A publikus hálózat szolgáltatói oldalon a network slicing alapú 5G architektúra számára egy nagy kapacitású switch hardveren szükséges, ami képes kezelni a privát hálózatot bérlők által generált forgalmat a nyilvános forgalommal együtt.
A portszámon és a hálózati kapacitáson kívül az egyes privát 5G architektúra típusokban a felhasználóknak a következő tényezőket érdemes figyelembe venniük, amikor kiválasztják privát 5G hálózati átviteli eszközeiket:
Szinkronizálás
A megfelelő időzítés és szinkronizálás a privát 5G hálózaton belül jobb minőséget biztosít, csökkenti a megszakadt hívások vagy lefagyott adatkapcsolatok előfordulását. Az 5G hálózati hozzáférésben szigorúbb időzítési és kesleltetési követelmények vannak meghatározva, a hálózati “edge”-hez közeledve, ahol időkritikus alkalmazásokhoz (például URLLC) lehetnek telepítve.
Biztonság
A többrétegű adatvédelem elengedhetetlen ahhoz, hogy az érzékeny adatok ne szivárogjanak ki a felhasználók létesítményein kívülre. A hálózati biztonság tovább elemhető IPsec, vagy hardverszintű MACsec alkalmazásokkal.
Funkcionalitás és Rugalmasság
A privát 5G lehetséges felhasználási eseteinek a bősége miatt fontos, hogy a transport hálózat is maximalizálja a privát hálózat szolgáltatásminőségét. A transport hálózati eszközöknek elegendő pufferrel, QoS-funkcióval és rugalmas csatlakozási lehetőséggel kell rendelkezniük a RAN komponensekhez való csatlakozáshoz.
Privát hálózati azonosítás
Az 5G architektúrára épülő első generációs hálózatokat (3GPP Rel. 15) még elsősorban publikus felhasználásra tervezték, de a lehetőség, hogy az 5G hálózatok privát hálózatok kiépítésére is alkalmasak lehetnek nagy érdeklődést váltott ki.
Ennek megfelelően a 3GPP második fázisa a privát 5G hálózatok szabványositására már elkészült, és a hálózatokat két kategóriába sorolja:
- Publikus Földi Mobilhálózatok (PLMN-ek) és
- Nem Publikus Hálózatok (NPN-ek).
A 3GPP TS 22.261 által meghatározott nem publikus hálózat lehetővé teszi az
5G rendszerek telepítését magánhasználatra is. A magánhálóatoknál a felhasználók azonosítása
a magánhálózat védelme érdekében elengedhetetlen. A hálózati oldalról a magánhálózatokat azok eléréséhez és kiválasztásához a NPN magánhálózati azonosító azonosítja.
A 3GPP specifikációban meghatározott Standalone magánhálózatot, amely egy önálló NPN (SNPN), a PLMN kombinációja azonosítja és a hálózati azonosító (NID). Az SNPN-hez használt PLMN-azonosítónak nem kell egyedinek lennie, és a magánhálózatok számára fenntartott PLMN-azonosítók is használhatóak. Vagy a PLMN operátor használhatja saját PLMN azonosítóját egy SNPN-hez a NID-vel együtt, de regisztrálás a PLMN-be és mobilitás a PLMN és az SNPN között nem támogatott az SNPN-előfizetéssel, mivel az SNPN nem támaszkodik a PLMN által biztosított hálózati funkciókra.
Unlicensed Spectrum
Egy vállalkozás illetve szervezet magánhálózatát engedélyezett spektrumban üzemeltetni esetenként nehézségekbe ütközhet, mivel az engedélyezett spektrum használatához license szükséges a szabályozó hatóságtól, vagy egy licenctulajdonostól, jellemzően MNO-tól. Így a license-elt spektrumok korlátozhatják a magánhálózatok kialakitásának módját és helyét.
Ez felszínre hozta a magánhálózat üzemeltetők egyébb spektrumlehetőségek iránti igényét. Az NR for unlicensed spektrum (NR-U) in 3GPP Rel.16 lehetőséget kínál a spektrumkonfliktus enyhítésére a vezeték nélküli hálózatokban az unlicensed sávban való működéssel.
Az NR-U-n történő ipari telepítéshez a 3GPP két fő forgatókönyvet határoz meg:
NR-U Telepítés Licence-elt Spektrumban Anchor Által
Ez a forgatókönyv hasonló az LTE license alapú hozzáféréséhez (LAA), és megfelelő forgatókönyv a nyilvános hálózat számára, hogy kapacitásnövekedést érjen el az unlicensed spektrumban.
NR-U Telepítés Unlicensed Spektrumban, Anchor Nélkül
NR-U Telepítés Csak Unlicensed Spektrumban, Anchor Nélkül Bármely Licensed Carrieren. Ezt Standalone NR-U-nak nevezik, és vonzó az ipari hálózatokban való használatra, mivel nem függ a nyilvános hálózatoktól.