基于5G本地局域网组网系统的制作方法

基于5g本地局域网组网系统
技术领域
1.本实用新型涉及通信领域，特别是涉及一种基于5g本地局域网组网系统。


背景技术：

2.工业网络是链接工业全系统、全产业链、全价值链，支撑工业智能化发展的关键基础设施，是新一代信息技术与制造业深度融合所形成的新兴业态和应用模式。该工业网络实际是利用大数据、物联网、人工智能这些新兴科技力量把工厂、工业生产线上的人、机器、物品连接起来，通过连接组网，将所有生产环节统筹起来运作。
3.然而，传统工业网络通过光纤或网线连接交换机实现基于以太的二层通信需求，存在工业现场布线不便、物理连线难以维护、调整困难的缺陷。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于5g本地局域网组网系统，用于解决现有技术中在构建工业网络时，线缆布置复杂难以维护的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种基于5g本地局域网组网系统，包括：
6.多个终端设备；
7.至少一个5g客户终端设备，所述5g客户终端设备的一端连接5g接入网，另一端连接至少一个所述终端设备，用于将基站的5g信号转化成本地局域网信号进行组网连接；
8.5g核心网，与所述5g接入网相连，所述5g核心网与交换式局域网之间构成可扩展虚拟局域网，所述5g核心网利用所述可扩展虚拟局域网连通企业内网中的服务器；
9.其中，所述终端设备与企业内网的服务器之间以及终端设备之间在本地局域网内进行层二以太的单播通信或广播通信。
10.于本实用新型的一实施例中，所述5g核心网包括用户面功能网元、接入和移动性管理功能网元、会话管理功能网元、统一数据管理网元与策略控制功能网元；所述5g接入网分别连接用户面功能网元、接入和移动性管理功能网元；所述接入和移动性管理功能网元分别连接会话管理功能网元、统一数据管理网元；所述会话管理功能网元分别连接统一数据管理网元、策略控制功能网元、用户面功能网元。
11.于本实用新型的一实施例中，多个所述终端设备中的任意一个终端设备为网络摄像机。
12.于本实用新型的一实施例中，多个所述终端设备中的任意一个终端设备为可编程逻辑控制器交换机。
13.于本实用新型的一实施例中，所述终端设备与5g客户终端设备之间连接有端侧路由器。
14.于本实用新型的一实施例中，所述用户面功能网元与所述交换式局域网构成的可扩展虚拟局域网内有防火墙。
15.于本实用新型的一实施例中，所述用户面功能网元与所述交换式局域网之间各自对应设置一个防火墙。
16.于本实用新型的一实施例中，所述交换式局域网具有中继代理转发能力。
17.如上所述，本实用新型的基于5g本地局域网组网系统，具有以下有益效果：
18.基于5g终端设备与5g网络在工业园内实现5g本地局域网组网，相比传统的光纤专线进行组网，具有成本低、灵活性好的特点；同时，5g终端设备组在该交换环境内进行基于ethernet或ip的p2p通信，实现终端设备与企业内网的服务器之间以及终端设备之间在本地局域网内进行层二以太的单播通信或广播通信，也可在组间实现通信隔离。
附图说明
19.图1显示为本实用新型实施例提供的一种基于5g本地局域网组网系统结构示意图；
20.图2显示为本实用新型实施例提供的一种基于5g本地局域网组网系统拓扑结构图。
具体实施方式
21.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
23.请参阅图1，为本实用新型实施例提供的一种基于5g本地局域网组网系统结构示意图，详述如下：
24.多个终端设备1；其中，该终端设备可以部署在陆地上，包括室内或室外、手持或车载；也可以部署在水面上(如轮船等)；还可以部署在空中(例如飞机、气球和卫星上等)；所述终端设备可以是手机、平板电脑、带无线收发功能的电脑、虚拟现实终端、增强现实终端、工业控制中的无线终端、无人驾驶中的无线终端、远程医疗中的无线终端、智能电网中的无线终端、运输安全中的无线终端、智慧城市中的无线终端、智慧家庭中的无线终端等。
25.本实施例中，该终端设备包括但不限于可编程逻辑控制器(plc)、3d扫描仪、编码器、测距仪、网络视频录像机(nvr)等；在此，多个所述终端设备中的任意一个终端设备为网络摄像机；多个所述终端设备中的任意一个终端设备为可编程逻辑控制器交换机。
26.至少一个5g客户终端设备cpe，所述5g客户终端设备2的一端连接5g接入网，另一端连接至少一个所述终端设备，用于将基站的5g信号转化成本地局域网信号进行组网连接；
27.其中，可以是一个5g客户终端设备cpe连接一个终端设备，也可以是一个5g客户终
端设备cpe连接多个终端设备，由于5g客户终端设备cpe收发基站的5g信号并将该5g信号转化成本地局域网信号进行组网连接，例如，转换成本地局域网的wifi信号或有线信号。
28.需要说明的是，5g接入网3支持层二pdu(协议数据单元)会话；信令面支持以太类pdu session建立/修改/删除等相关流程；用户面支持以太类报文的接收和发送，并与当前已有的基于ip的功能差异化处理。
29.5g核心网4，与所述5g接入网3相连，所述5g核心网与交换式局域网之间构成可扩展虚拟局域网，所述5g核心网利用所述可扩展虚拟局域网连通企业内网中的服务器5；或者，5g接入网通过承载网与5g核心网相连。
30.其中，所述终端设备与企业内网的服务器之间以及终端设备之间在本地局域网内进行层二以太的单播通信或广播通信。
31.需要说明的是，终端设备通过自带5g模组的层二5g客户终端设备cpe，直接通过5g ran(5g接入网)及5gc核心网建立pdu type为ethernet(以太网)的层二会话，与其他层二终端设备或企业app(应用程序)进行层二单播或广播通信。
32.具体地，vxlan是virtual extensible lans的缩写，它是对vlan的一个扩展，是非常新的一个tunnel技术，在open vswitch中应用也非常多。
33.具体地，两个设备上的vtep地址即可视作一条隧道，通过这两个vtep地址三层路由可达。隧道建立成功之后，vxlan封装的数据在该隧道中去传输转发；隧道建立分为静态建立和动态建立；静态建立由手工配置，动态建立由bgp evpn建立；静态建立仅支持部署集中式网关，动态建立支持部署集中式网关、分布式网关，由于搭建vxlan是现有技术，在此不再赘述。
34.例如，虚拟局域网可以根据网络工作组的功能、项目组成或者部门构成来划分，而不用考虑具体的地理位置。简单的来说，在一幢办公楼里四楼跟五楼的研发部门可以在同一个虚拟局域网内，由此可见，通过对网络进行分段从而提高网络的安全性能以及减少冲突的发生。
35.又例如，虚拟局域网可以将用户与终端设备分成一个逻辑段，然后，通过虚拟局域网交换机将上述逻辑段组成一个交换网络，交换机的每一个端口都可以连接一个独立的局域网。分配给同一个虚拟局域网的端口共享广播域，不同虚拟局域网的端口不共享广播域。如此，就可以利用虚拟域网来实现对广播域的隔离，从而廉价的提高网络性能，避免一些常见的如ddos攻击，提高网络的安全性。
36.在本实施例中，企业内网涉及的所述服务器至少包括dhcp服务器、app服务器或web服务器中的任意一种或几种，而终端设备是位于5g信号转化成本地局域网信号内，相比传统的光纤专线进行组网，具有成本低、灵活性好的特点；同时，5g终端设备组在该交换环境内进行基于ethernet或ip的p2p通信，实现终端设备与企业内网的服务器之间以及终端设备之间在本地局域网内进行层二以太的单播通信或广播通信，也可在组间实现通信隔离。
37.详见图2，为本实用新型实施例提供的一种基于5g本地局域网组网系统拓扑结构图，在设备拓扑架构中，所述5g核心网包括用户面功能网元upf、接入和移动性管理功能网元amf、会话管理功能网元smf、统一数据管理网元udm与策略控制功能网元pcf；所述5g接入网分别连接用户面功能网元upf、接入和移动性管理功能网元amf；所述接入和移动性管理
功能网元amf分别连接会话管理功能网元smf、统一数据管理网元udm；所述会话管理功能网元smf分别连接统一数据管理网元udm、策略控制功能网元pcf、用户面功能网元upf。
38.其中，会话管理功能网元smf为用户设备ue的会话分配资源、释放资源；其中，资源包括会话服务质量(qos)、会话路径、转发规则等。策略控制功能网元pcf用于进行用户策略管理，类似于lte中的策略与计费规则功能(pcrf)网元，主要负责策略授权、服务质量以及计费规则的生成，并将相应规则通过smf网元下发至upf网元，完成相应策略及规则的安装。用户面功能网元upf主要负责连接外部网络，其包括了长期演进(lte)的服务网关和分组数据网网关(pdn-gw)的相关功能。具体地，udf可以根据smf的路由规则执行用户数据包转发，如上行数据发送到dn或其他upf；下行数据转发到其他upf或者ran。接入和移动性管理功能网元amf负责ue的接入管理和移动性管理，例如，负责ue的状态维护、ue的可达性管理、非移动性管理接入层(mmnas)消息的转发、会话管理(sm)n2消息的转发。在实际应用中，amf网元可实现lte网络框架中mme里的移动性管理功能，还可实现接入管理功能。统一数据管理网元udm支持5g本地局域网组的签约，签约对应的数据网络名称dnn和切片id、会话类型等数据。
39.在本实施例中，利用策略控制功能网元pcf实现的方案是qos直接采用udm中静态签约的qos策略，终端对切片和dnn的选择直接在终端上进行配置。
40.利用会话管理功能网元smf基于dnn和切片id对5g本地局域网组进行静态定义，会话建立过程中，从udm中获取用户签约的数据网络名称dnn和切片id，若用户签约的dnn和切片id与对应的5g本地局域网组匹配，smf通过n4接口通知upf创建相应的5g本地局域网会话，并对会话的生命周期进行管理。
41.用户面功能网元upf，一般部署在边缘mec或企业园区，负责本地局域网层二数传的处理，支持local switch；与upf内的层二终端间进行单播或广播通信，通过在upf内本地交换，减少通信时延满足工业制造场景下对网络的确定性诉求。
42.需要说明的是，上述网元可以作为独立的物理功能实体，在基站机房内，各个网元对应有集成的模块板件，在核心网架构中，控制面功能网元之间采用点对点通信方式，即控制面功能网元之间的接口通信采用一套特定的消息，接口两端的控制面功能网元仅能使用这套特定的消息进行通信。即，在本实施例中，需要强调的是各个网元之间的服务调用的应用程序是现有技术，而本实施例是保护各个网元之间的网络拓扑架构。
43.在上述实施例基础上，所述用户面功能网元与所述交换式局域网构成的可扩展虚拟局域网内有防火墙，例如，所述用户面功能网元与所述交换式局域网之间各自对应设置一个防火墙。
44.具体地，在虚拟局域网内构建虚拟的防火墙，不仅有效降低网络拓扑布置成本，也提高了用户使用的安全性。
45.所述交换式局域网具有中继代理转发能力，例如，交换式局域网(lsw)，交换式局域网所有站点都连接到一个交换式集线器或局域网交换机上；dhcp中继(即，dhcp中继代理)是一个小程序，其可实现在不同子网和物理网段之间处理和转发dhcp信息的功能。
46.可选的，所述终端设备与5g客户终端设备之间连接有端侧路由器，例如，终端设备为网络摄像机时，利用poe模块可以在以太网布线基础架构不作任何改动的情况下，在为网络摄像机传输数据信号的同时，也为网络摄像机提供直流供电的技术，从而减少重复布线
的需求。
47.可选的，通过对5g基站的避雷系统进行改进，用于提高5g基站的避雷能力，例如，5g基站还包括接闪器、基站保护单元、接地模块、保护控制模块；所述接闪器设置于所述5g基站保护单元上方，并与所述接地模块连接；接闪器接到雷电后导向接地模块。所述接地模块设置于所述5g基站保护单元下方，并且设置于地下；接地模块将雷电直接导入地下。所述基站保护单元包括第一防雷保护器、第二防雷保护器、第三防雷保护器；所述保护控制模块包括mcu处理器、电流检测模块、温度检测模块、烟感检测模块、保护器驱动电路和报警模块；电流检测模块用于检测接闪器处的电流；温度检测模块用于检测所述5g基站的温度；烟感检测模块用于检测5g基站的烟雾情况；保护驱动电路用于驱动三种防雷保护器动作；报警模块用于异常报警。
48.所述mcu处理器分别与所述电流检测模块、温度检测模块、烟感检测模块、保护器驱动电路、报警模块连接；所述保护器驱动电路分别与所述第一防雷保护器、第二防雷保护器、第三防雷保护器连接；所述第一防雷保护器设置于所述5g基站的交流电源后端；用于保护交流电源。所述第二防雷保护器设置于所述5g基站的通信机房前端；用于保护通信机房。所述第三防雷保护器与所述5g基站的通信信号设备连接。用于保护通信线路。
49.进一步的，所述第一防雷保护器为dsopii-50/3p n型一级防雷保护器；所述第三防雷保护器为dsopiiiib-50/3p n型三级防雷保护器。
50.综上所述，本实用新型基于5g终端设备与5g网络在工业园内实现5g本地局域网组网，相比传统的光纤专线进行组网，具有成本低、灵活性好的特点；同时，5g终端设备组在该交换环境内进行基于ethernet或ip的p2p通信，实现终端设备与企业内网的服务器之间以及终端设备之间在本地局域网内进行层二以太的单播通信或广播通信，也可在组间实现通信隔离。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
51.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。