Wdrażanie prywatnych sieci 5G na platformie Azure

  • Artykuł

Czwarta rewolucja przemysłowa, często nazywana Przemysłem 4.0, jest tutaj. Branża 4.0 oferuje nowoczesne aplikacje przemysłowe, które zmienią sposób działania firm. Te aplikacje mają ulepszoną moc obliczeniową i łączność. Zbierają i przetwarzają dane z całej organizacji, aby pomóc firmom działać bardziej strategicznie i wydajnie. W miarę skalowania przedsiębiorstw potrzebują rozwiązań, które mogą obsługiwać te obciążenia.

Aby spełnić te wymagania, nowoczesne przedsiębiorstwa potrzebują zarówno prywatnych sieci 5G, jak i wielodostępnych rozwiązań do przetwarzania brzegowego (MEC). Prywatne sieci LTE/5G zapewniają firmom szybkość, bezpieczeństwo, mobilność i jakość usług, których potrzebują do wydajnego przetwarzania danych. Obliczenia brzegowe obsługują aplikacje przemysłowe wrażliwe na opóźnienia i lokalizację danych oraz umożliwiają szybkie przetwarzanie danych poufnych w czasie na brzegu sieci.

Niektóre wyzwania należy rozwiązać, zanim przedsiębiorstwa będą mogły korzystać z zalet prywatnych sieci LTE/5G. Te wyzwania obejmują zmniejszenie złożoności operacyjnej i inżynieryjnej, zapewnienie kompleksowej widoczności dla przedsiębiorstw z wieloma lokacjami, zapewnienie bezpieczeństwa dostępu i poprawę dostarczania zautomatyzowanych rozwiązań opartych na oprogramowaniu.

Aby sprostać tym wyzwaniom, firma Microsoft wprowadziła podejście łączące usługi zarządzane platformy Azure, w tym usługi platformy i sieci wraz z ekosystemem niezależnego dostawcy oprogramowania i aplikacji. Rozwiązanie to w pełni zintegrowana prywatna usługa sieciowa 5G utworzona dla przedsiębiorstw. Rosnąca lista operatorów komórkowych i zarządzanych dostawców usług dostarcza te usługi i zarządzaj nimi. Rozwiązanie łączy platformę Azure, menedżera funkcji sieci platformy Azure, usługę Azure Arc, usługę Azure Stack Edge, usługę Azure Kubernetes Service i prywatną 5G platformy Azure. Wszystkie te usługi są zarządzane i orkiestrowane z chmury platformy Azure.

Takie podejście rozwiązuje problemy związane ze złożonością i kosztami, przed którymi stoją integratorzy systemów i przedsiębiorstwa. Umożliwia przedsiębiorstwom wdrażanie sieci prywatnych 5G o wysokiej wydajności, zwiększonych zabezpieczeń, które mogą napędzać wdrażanie nowoczesnych aplikacji przemysłowych.

Jest to jedna z dwóch artykułów wyjaśniających, w jaki sposób integratorzy systemów i operatorzy mogą tworzyć sieci prywatne dla przedsiębiorstw przy użyciu usług platformy Azure. Te sieci korzystają z zalet chmury w hiperskali i zintegrowanej architektury MEC, aby obniżyć liczbę produktów CapEx i OpEx, zwiększyć innowacje i otworzyć nowe możliwości przychodów.

Sieci prywatne ulepszone przez sieć 5G

Sieci prywatne ulepszone przez sieć 5G przekształcają usługi telekomunikacyjne. Kluczowe funkcje radiowe i podstawowe w 5G umożliwiają gęstą skalę i dostarczanie ulepszonych mobilnych łączy szerokopasmowych (eMBB), ultra niezawodnej komunikacji o małych opóźnieniach (URLLC) i masowej komunikacji typu maszynowego (mMTC). Dzięki temu operatorzy mogą oferować nowe usługi zorientowane na deweloperów aplikacji przemysłowych o wysokiej wydajności i umożliwić wprowadzenie nowych modeli komercyjnych.

Oferty oparte na konsumentach, takie jak głos, tekst, dane i wideo, pozostaną integralną częścią portfolio usług operatora telco. Jednak nowe oferty oparte na przedsiębiorstwach, takie jak SIEĆ prywatna LTE/5G dla robotyki, wideo AI, masowa IoT dla aplikacji cyfrowych reprezentacji bliźniaczych i rozszerzone środowiska rzeczywistości z urządzeniami takimi jak HoloLens, będą tworzyć nowe możliwości przychodów dla operatorów. Aby dostarczać te usługi, operatorzy telco muszą przejść poza tradycyjną architekturę sieci telco i bardziej bezpośrednio korzystać z chmury hiperskala i MEC.

Kilka czynników motywuje implementację prywatnych sieci mobilnych przedsiębiorstwa:

  • Skala i osiągnięcie ograniczeń bieżących systemów bezprzewodowych w budynku
  • Rosnąca ilość wygenerowanych danych i wideo
  • Zwiększone zapotrzebowanie na wyższy poziom mobilności i zabezpieczeń oraz zapotrzebowanie na przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym

Połączenie sieci 5G, MEC i chmury umożliwia tworzenie prywatnych sieci bezprzewodowych, które są szybkie, wysoce bezpieczne i skalowalne, i mogą korzystać z aplikacji do analizy działającej na dalekiej krawędzi, w chmurze lub w różnych lokalizacjach hybrydowych.

Oto niektóre przypadki użycia w branży, które prywatne sieci 5G mogą pomóc w dostarczaniu:

Diagram showing industry use cases that are powered by private 5G networks.

Prywatne sieci 5G stanowią silny przypadek użycia dla usług 5G dla przedsiębiorstw, ponieważ te możliwości będą stanowić podstawę bardziej zaawansowanych usług, takich jak inteligentne przestrzenie i aplikacje branżowe 4.0. Jednak pomimo zalet sieci prywatnej 5G wyzwania pozostają dla operatorów i przedsiębiorstw. Największym wyzwaniem jest złożoność wdrażania sieci 5G i zarządzania nią w środowisku przedsiębiorstwa. Sieci 5G obejmują zagadnienia, które znajdują się poza tradycyjnym zestawem umiejętności przedsiębiorstwa, od projektowania częstotliwości radiowej (RF) po architektury rdzeni mobilnych 5G. Ponadto operatorzy telco mogą nie mieć portfolio technologii lub minimalnego zużycia zasobów potrzebnych do ekonomicznego wdrażania sieci 5G i przetwarzania brzegowego zarządzanego przez chmurę w środowisku przedsiębiorstwa.

Firma Microsoft proponuje uproszczone podejście MEC jako usługi, które łączy globalną platformę w chmurze w hiperskala z składnikami sieciowymi, takimi jak natywny dla chmury, autonomiczny 5G rdzeni, który obsługuje pakiet aplikacji w chmurze. Takie podejście umożliwia przedsiębiorstwom zbieranie danych z sieci i efektywne przetwarzanie danych poufnych na brzegu sieci oraz wykorzystanie możliwości przetwarzania dużych ilości danych na platformie Azure.

Zalety prywatnych sieci 5G

Przybycie sieci 4G i dostęp do wspólnych spektrum, takich jak CBRS w ograniczonych regionach geograficznych, zmienił prywatną ekonomię sieci 5G. Ta zmiana miała miejsce, ponieważ umożliwiła przedsiębiorstwom wdrażanie i eksperymentowanie przy użyciu dedykowanych prywatnych sieci komórkowych korzystających z technologii małych komórek i zwirtualizowanych funkcji sieci. Optymalizacje 5G RAN i rdzeni zapewniają bogatszy zestaw możliwości, w tym szybsze, bardzo małe opóźnienia, metody zabezpieczeń i wydajność kosztów. Te cechy 5G mają kluczowe znaczenie w branżach takich jak produkcja i transport, gdzie wyzwania związane z zasięgiem geograficznym i rozszerzanie użycia aplikacji IoT wymagają zwiększonych cech sieci.

Wiele branż pionowych może korzystać z tych samych cech, jak opisano w poniższych sekcjach.

Niezawodne pokrycie

Wiele aplikacji przemysłowych i korporacyjnych wymaga łączności, która przekracza ograniczenia pokrycia technologii przewodowych i Wi-Fi, które są powszechne w środowiskach technologii operacyjnych. Korzystanie z dedykowanych spektrum 4G i 5G w celu ograniczenia zakłóceń dynamicznych i zwiększenia mocy transmisji oraz nieodłącznych możliwości mobilności, zapewnia wysoką wydajność, wysoką pojemność i ekonomiczną łączność bezprzewodową w dużych lokacjach. Te miejsca obejmują lotniska, porty morskie, kopalnie open-cast, centra dystrybucji, kampusy i zakłady budowlane. Elastyczność korzystania z różnych opcji spektrum optymalizuje pokrycie i współczynniki danych zarówno dla przypadków użycia wewnątrz, jak i na zewnątrz.

Większa przepływność

Technologia 4G może zapewnić przepływność wymaganą przez wiele aplikacji sieci prywatnych. Jednak 5G może dostarczać od 10 do 20 razy przepływność 4G, co rozszerza zakres aplikacji, które mogą być obsługiwane bezprzewodowo. Nadchodzące opcje spektrum, takie jak fala milimetrów, można wdrożyć do użytku wewnątrz w celu optymalizacji pod kątem większej gęstości urządzeń, nawet gdy są one dystrybuowane w hałaśliwych środowiskach RF. Skutkuje to skalowalną siecią.

Małe opóźnienia

Sieci 5G zapewniają opóźnienie, które jest o wielkości mniejsze niż sieci 4G. Małe opóźnienie jest ważne w przypadku aplikacji wrażliwych na czas, takich jak systemy sterowania robotycznego, które zwykle mają budżety opóźnienia rundy o 10 ms lub mniej. Sieci 5G, które mają aplikacje wdrożone w lokalnych obiektach obliczeniowych brzegowych, mogą wygodnie obsługiwać te wymagania dotyczące opóźnień.

Obsługa dostępu deterministycznego

Radio 5G, zgodnie z projektem, obsługuje deterministyczny dostęp. Ten projekt nakłada gwarantowany górny limit opóźnienia i zakłócenia, co jest ważne dla wielu rodzajów aplikacji. W tej kategorii sieć 5G jest znacznie bliżej wydajności przewodowej sieci Ethernet. Ze względu na 5G aplikacje, które raz wymagane połączenia przewodowe mogą być teraz niezatężone.

Lokalizacja i prywatność danych

Korzystając z tradycyjnych sieci firmowych, przedsiębiorstwa mogą skutecznie ograniczyć narażenie danych na określone regiony ogrodzone geograficznie. Wraz z powszechnym przyjęciem technologii bezprzewodowych, jednak możliwość ograniczenia narażenia na dane nastąpiła w cenie ograniczenia dostępu. Prywatne sieci 5G, w połączeniu z przetwarzaniem brzegowym, mogą zapewnić lepszą widoczność i kontrolę nad miejscem uzyskiwania dostępu do danych i ich przetwarzania. Ta widoczność i kontrola zapewnia przedsiębiorstwu znacznie wyższy poziom niezależności danych. Prywatne sieci 5G i przetwarzanie brzegowe umożliwiają utrzymanie wysoce poufnych informacji ze zwiększonymi zabezpieczeniami lokalnie i nie są uwidocznione nawet dla operatora za pośrednictwem połączeń sieci zewnętrznych.

Prostota operacyjna

Operatorzy mają do czynienia z implementacją wielu wersji technologii sieciowych, a także z kontrolą dostępu i innymi funkcjami zabezpieczeń w oparciu o potrzebę przewodowego, Wi-Fi i coraz bardziej mobilnego dostępu szerokopasmowego do zasobów firmy. Prywatne sieci bezprzewodowe zapewniają zespołom IT przedsiębiorstwa możliwość utworzenia uproszczonej architektury dostępu, która działa dla pracowników w biurze i poza nim.

Oszczędności z zaległości

Niektóre typy aplikacji przemysłowych i korporacyjnych, takich jak kamery wideo o wysokiej rozdzielczości do nadzoru lub inspekcji, generują duże ilości danych. Te aplikacje zwykle obejmują kombinację magazynu i analizy. Zazwyczaj nie są one bardzo wrażliwe na opóźnienia. Jednak warto wdrożyć te aplikacje w lokalnych obiektach obliczeniowych, aby uniknąć wysokich kosztów tworzenia dużych ilości danych w scentralizowanej chmurze. Prywatne sieci 5G umożliwiają to wdrożenie. Połączenie ivity do scentralizowanych obiektów w chmurze musi obsługiwać tylko podsumowane dane, na przykład informacje o zdarzeniach z możliwością działania wykrytych przez analizę lokalną.

Prywatne sieci mobilne 5G nie zezwalają tylko na lokalne zachowywanie danych. Pomagają one również przedsiębiorstwom chronić się przed zagrożeniami dla bezpieczeństwa informacji i komunikacji. 5G ma bardziej wbudowane mechanizmy zabezpieczeń niż każda wcześniejsza generacja technologii komórkowej i obejmuje rozszerzoną ochronę przed zaawansowanymi atakami, takimi jak IMSI-catcher i Stingray. Korzystając z wielu warstw osadzonych zabezpieczeń i narzędzi platformy Azure, takich jak Defender dla Chmury, operator może wdrażać, monitorować i obsługiwać krytyczne obciążenia i aplikacje z ulepszonymi zabezpieczeniami, nawet w przypadku uruchamiania na brzegu klienta.

Prywatna sieć 5G: analiza przypadku produkcji

Inteligentne urządzenia, automatyzacja, chmura i technologia łączy szerokopasmowych mobilnych napędzają rewolucję w branży 4.0. Z kolei ta rewolucja stwarza popyt na prywatne sieci 5G w branży produkcyjnej, która jest wiodącym konsumentem prywatnych sieci 5G. Prywatne sieci 5G mogą stanowić podstawę dla producentów, którzy chcą łączyć inteligentne urządzenia i używać danych telemetrycznych do wspierania decyzji w czasie rzeczywistym i poprawy wydajności operacyjnej. Możliwość wydajnego przetwarzania danych sieciowych w chmurze pomaga producentom na różne sposoby:

Przewidywanie konserwacji

  • Jakość monitorowania i śledzenia
  • Zmniejszenie zużycia maszyn, awarii i wąskich gardeł
  • Poprawa wydajności operacyjnej

Inteligentne fabryki

  • Połączenie aplikacje fabryki
  • Aplikacje bezpieczeństwa personelu i zarządzanie jakością powietrza
  • Kontrola dostępu (zabezpieczenia) i inteligentna analiza

Operacje produkcyjne

  • Zarządzanie zasobami oraz inteligentna produkcja i zapasy
  • Optymalizacja wydajności i monitorowanie
  • Kompleksowa widoczność operacyjna

Podejście firmy Microsoft do prywatnych sieci 5G idealnie nadaje się do aplikacji IoT i Industry 4.0. Możliwość przetwarzania danych na jednej platformie lokalnej i inteligentnego selektywnego przetwarzania danych na platformie Azure umożliwia podejmowanie decyzji i automatyzację w czasie rzeczywistym z małymi opóźnieniami. Zmniejszenie ruchu wstecznego zmniejsza również koszty dla przedsiębiorstwa i operatora.

Model azure Zero Trust pomaga zapewnić bezpieczeństwo danych produkcyjnych w miarę przemieszczania się między funkcjami sieci komórkowej, przedsiębiorstwem i chmurą. Te ulepszenia zabezpieczeń zwalniają również operatory od zadania zabezpieczania danych klienta podczas przesyłania lub przechowywania.

Ścieżka telco do prywatnych sieci 5G

Prywatne sieci 5G istnieją na skrzyżowaniu tradycyjnej sieci LAN przedsiębiorstwa, wyspecjalizowanych sieci przemysłowych i publicznej sieci komórkowej. Dają one operatorom szansę na rozszerzenie zakresu usług 5G na nowe rynki.

Rozważając sposób wdrażania prywatnych sieci 5G, wiele przedsiębiorstw będzie wyglądać pozytywnie na operatorach sieci komórkowej jako potencjalnych dostawców. Przedsiębiorstwa postrzegają operatorów jako zaufanych partnerów w komunikacji, a relacje handlowe zostały już ustanowione. Operatorzy mają wiedzę na temat wdrażania i obsługi bezpiecznych i niezawodnych sieci mobilnych. W zależności od licencjonowania z lokalnego spektrum może istnieć wymóg regulacyjny lub warunek spektrum informujący, że przedsiębiorstwo musi współpracować z operatorem sieci komórkowej w celu wdrożenia prywatnej sieci 5G.

Niektórzy operatorzy sieci mogą postrzegać prywatne sieci 5G jako naturalne rozszerzenie ich publicznych sieci komórkowych. Mogą korzystać z istniejących zasobów sieciowych i używać fragmentowania sieci do bezpiecznego partycjonowania ruchu mobilnego przedsiębiorstwa z sieci publicznych. Jednak przedsiębiorstwa chcą dedykowanej sieci z zlokalizowaną łącznością i większą kontrolę, niż mogą uzyskać dzięki temu podejściu. Sieci publiczne są budowane głównie w celu obsługi rynku mobilnych łączy szerokopasmowych. Są one wysoce zoptymalizowane w tym celu. Aplikacje dla przedsiębiorstw będą dawać nowe i różne wymagania w sieci, co nie zapewni wymaganej elastyczności. Branża wdraża prywatną sieć bezprzewodową opartą na brzegu, która umożliwia również głęboką integrację z siecią operatora. Przedsiębiorstwa powinny korzystać z elastyczności 5G.

Diagram that shows how telcos provide Azure managed-edge networks and applications to global enterprises.

Prywatne rozwiązanie sieciowe 5G, które operatory i przedsiębiorstwa mogą mieć pewność, że wymaga trzech kluczowych atrybutów:

  • Łączność zarządzana. Wiele przedsiębiorstw ma doświadczenie w zarządzaniu siecią Wi-Fi i punktami dostępu do urządzeń przenośnych. Niewielu ma doświadczenie w projektowaniu sieci radiowej 4G/5G, aktywacji SIM i kompleksowego wdrożenia rozwiązania. Ta sytuacja stanowi okazję dla operatorów do wprowadzenia zarządzanego rozwiązania radiowego i spektrum w celu zaspokojenia potrzeb przedsiębiorstw.

  • Usługi zarządzane. Partner, który może zapewnić wdrażanie i zarządzanie kompleksową prywatną siecią 5G oraz opracowywanie i dostarczanie aplikacji zwiększa znaczącą wartość dla przedsiębiorstwa. Przeniesienie całkowitego zarządzania rozwiązaniami do scentralizowanego, opartego na chmurze środowiska pozwala operatorom i dostawcom usług zarządzanych dostarczać kompleksowe usługi zarządzane z jednej lokalizacji. Korzystanie z automatyzacji, zabezpieczeń i skali architektur opartych na chmurze jest niezbędne do zapewnienia jasnego modelu ROI dla przedsiębiorstw w celu wdrożenia prywatnych sieci 5G.

  • Aplikacje zarządzane. Przypadki użycia prywatnych sieci 5G są tak unikatowe, jak firmy, które obsługują. Na przykład zdalna platforma do wiercenia ropy naftowej nie będzie miała takich samych problemów jak producent samochodów. Aby rozwiązać te różne przypadki użycia, musi istnieć elastyczność i prostota w sposobie konfigurowania, wdrażania i zarządzania platformami brzegowymi oraz sieciami.

Instalacja i zarządzanie prywatnymi sieciami bezprzewodowymi z żądanymi aplikacjami MEC jest uproszczone zarówno dla operatora, jak i przedsiębiorstwa.

Przejdź do drugiej części: Tworzenie prywatnej sieci 5G

Współautorzy

Ten artykuł jest obsługiwany przez firmę Microsoft. Pierwotnie został napisany przez następujących współautorów.

Główny autor:

Inny współautor:

Aby wyświetlić niepubalne profile serwisu LinkedIn, zaloguj się do serwisu LinkedIn.

Następne kroki