TR2023005673A1

TR2023005673A1 - An industrial 5G modem and a working procedure for it.

Info

Publication number: TR2023005673A1
Application number: TR2023/005673
Authority: TR
Inventors: C Han Ta Tan Mustafa; N Alpaslan Yildiz Husey; Karaaslan Serdar; U Ur Bocu Mahmut
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Filing date: 2023-05-18
Publication date: 2024-11-21

Abstract

Mevcut buluşa göre, bir endüstriyel 5G modem (M) ve endüstriyel 5G modem (M) için bir çalışma usulü sağlanmaktadır. Endüstriyel 5G modem (M) mobil geniş bant bağlantısı aracılığıyla bir geniş alan ağını ve en az iki istemci cihazı bağlayacak şekilde uyarlanır. Endüstriyel 5G modem (M) ayrıca, endüstriyel 5G modeme (M) bağlanan her bir istemci cihaz için bir tane ve kendisi için bir tane olmak üzere birden fazla protokol veri birimi oturumu sağlayacak şekilde uyarlanır.According to the present invention, an industrial 5G modem (M) and an operating method for the industrial 5G modem (M) are provided. The industrial 5G modem (M) is adapted to connect a wide area network and at least two client devices via a mobile broadband connection. The industrial 5G modem (M) is further adapted to provide a plurality of protocol data unit sessions, one for each client device connected to the industrial 5G modem (M) and one for itself.

Description

TARIFNAME BIR ENDÜSTRIYEL 5G MODEM VE BUNA YÖNELIK BIR ÇALISMA USULÜ Teknik Alan Mevcut bulus endüstriyel 5G modemler ve endüstriyel 5G modemler için çalisma usulü ile Bulusun Altyapisi Bilgisayarlar, tabletler, cep telefonlari gibi istemci cihazlar, modemleri kullanarak Internet gibi bir WAN'a (Genis Alan Agi) baglanabilir. Geleneksel tipteki modemler WAN'a erismek için telefon hatlari, fiberoptik kablolar veya kablolu televizyon hatlari gibi bir kablo baglantisi kullanir. Diger yandan, mobil modemler WAN baglantilari için kablo baglantilari yerine mobil genis bant baglantisi kullanir. Mobil modemler kablo baglantisi gerektirmediginden, herhangi bir kablo baglantisi altyapisinin mevcut olmadigi veya kablo baglantisi altyapisinin kapasitesinin sinirli oldugu alanlarda kullanilir. Mobil modemler tipik olarak köprü kipi ve NAT (Ag Adresi Çevirisi) kipi olmak üzere iki kipte çalisir. Köprü kipinde, mobil modem WAN (Genis Alan Agi) ve mobil modemin LAN (Yerel Alan Agi) baglanti noktasina dogrudan bagli bir cihaz arasinda bir köprü olusturur. Köprü kipinde, mobil modeme baglanan cihaz bir WAN IP adresi alir ve tüm WAN cihazlari bu cihaza erisilebilir. Ancak, bu kip mobil modeme bagli sadece 1 cihaza hizmet verebilir, ek olarak mobil modeme artik WAN 'dan erisilemez. NAT kipi durumunda, mobil modem tarafindan bir LAN kurulur. NAT kipinde, modem WAN IP adresini alir ve LAN baglanti noktasina baglanan istemcilere LAN IP adresleri dagitir. Bu kipte, modeme baglanan tüm cihazlar WAN'a erisebilir. Ancak, bu cihazlara WAN'dan erisilemez. Her iki kipte de, köprü kipi ve NAT kipinde, mobil modeme bagli farkli istemcilere WAN araciligiyla geleneksel yollarla erismek mümkün degildir. Baglanabilirlik probleminin çözümüne yönelik olarak, baglanti noktasi yönlendirme veya tünel olusturma gibi uygulamalar kullanilabilir. Ancak, bu tip uygulamalar farkli kullanici ihtiyaçlarinin karsilanmasinda yetersiz kalmaktadir. Örnegin, cihazlar arasinda baglanti saglamak için baglanti noktasi yönlendirme kullanildiginda, WAN üzerinden sadece bir cihaza erisilebilir. Baglanti noktasi yönlendirme kuralinin ayni anda birden fazla cihaza hizmet vermesi mümkün olmadigindan, her iki cihaza da WAN üzerinden erismek mümkün olmayabilir. Bu problemin çözümüne yönelik genel bir uygulama, modem ve cihaz arasinda bir tünel agi olusturmaktir. Ancak, tünel olusturma protokolleri uygulama katmani protokolleridir ve düsük gecikme süresi veya ultra yüksek hizli aglar saglamazlar. Bu problem, bu tünel olusturma protokollerini düsük gecikme süreli uygulamalar için verimsiz hale getirmektedir. Bulusun Kisa Açiklamasi Mevcut bulusa göre, bir endüstriyel 5G modem ve buna yönelik bir çalisma usulü saglanmaktadir. Bulusa uygun endüstriyel 5G modem, bir mobil genis bant baglantisi araciligiyla bir genis alan agini ve en az iki istemci cihazi baglayacak sekilde uyarlanir. Endüstriyel 5G modem ayrica, endüstriyel 5G modeme baglanan her bir istemci cihaz için bir tane ve kendisi için bir tane olmak üzere birden fazla protokol veri birimi oturumu saglayacak sekilde uyarlanir. Çalisma usulü su asamalari içerir: bir mobil genis bant baglantisi araciligiyla endüstriyel 5G modem ve bir genis alan agi arasinda bir baglanti saglanmasi; endüstriyel 5G modem ve en az iki istemci cihaz arasinda bir baglanti saglanmasi; endüstriyel 5G modeme baglan her bir istemci cihaz ve endüstriyel 5G modemin kendisi için özgün protokol veri birimi oturumlari olusturulmasi. Mevcut bulusun bir örnek düzenlemesinde, endüstriyel 5G modeme baglanan tüm istemci cihazlar, kendi PDU Oturumlarina ve özgün WAN IP adreslerine sahiptir. Dolayisiyla, istemci cihazlar 5G altyapisi üzerinden gerekli hizmet kalitesi özellikleriyle iletisim kurabilir. Buna paralel olarak, 5G sistemindeki deneyimin kalitesi artar, dügümler arasindaki gecikme süresi azalir ve endüstriyel 5G aglari için kullanim kolayligi saglanir. Bulusun Amaci Mevcut bulusun örnek düzenlemesinin bir amaci, bir 5G aginda ag cihazlarina etkin bir erisilebilirlik saglamaktir. Mevcut bulusun örnek düzenlemesinin bir baska amaci, bir 5G aginda dügümler arasinda etkin bir düsük gecikme süresi saglamaktir. Sekillere Yönelik Açiklama Sekil 1, mevcut bulusa göre olan bir endüstriyel 5G modemin kullanildigi bir örnek mobil ag diyagramini göstermektedir. Sekillerde kullanilan referans numaralari asagidaki anlamlara gelmektedir: Endüstriyel 5G modem (M) Harici cihaz (E) Genis alan agi (W) Ilk istemci cihaz (1) Ikinci istemci cihaz (2) Bulusun Detayli Açiklamasi Sekil 1'de, mobil genis bant baglantisi (yani 5G - besinci nesil mobil ag) araciligiyla bir genis alan agina (W) baglanan bir endüstriyel 5G modem (M) içeren bir mobil agin bir örnek düzenlemesi gösterilmektedir, endüstriyel 5G modem (M) en az iki (istege bagli olarak daha fazla) istemci cihaza baglanabilir. Endüstriyel 5G modem (M), endüstriyel 5G modeme (M) baglanan her bir istemci cihaz için bir tane ve endüstriyel 5G modemin (M) kendisi için bir tane olmak üzere birden fazla protokol veri birimi oturumu (PDU oturumu) saglayacak sekilde uyarlanir. Bulusun bazi düzenlemelerinde, endüstriyel 5G modemin (M) çalismasi su asamalari içerir: mobil genis bant baglantisi araciligiyla endüstriyel 5G modem (M) ve bir genis alan agi (W) arasinda bir baglanti saglanmasi; endüstriyel 5G modem (M) ve en az iki istemci cihaz arasinda bir baglanti saglanmasi; endüstriyel 5G modeme (M) baglanan her bir istemci cihaz ve endüstriyel 5G modemin (M) kendisi için özgün protokol veri birimi oturumlari olusturulmasi. Bulusun bazi düzenlemelerinde, endüstriyel 5G modem (M) 5G genis bant agi araciligiyla bir genis alan agina (W) baglanir. Genis alan agi (W) Internet veya bir endüstriyel sitesinin bir özel (örnegin intranet) olabilir. Endüstriyel 5G modem (M) ayrica kablosuz veya kablolu baglanti araciligiyla bir birinci istemci cihaza (1) ve bir ikinci istemci cihaza (2) baglanir. Bu tip bir konfigürasyonda, en az bir harici cihaz (E) ayrica ayni genis alan agina (W) baglanir. Dolayisiyla, harici cihaz (E) ve endüstriyel 5G modem (M) arasinda bir baglanti saglanir. Takdir edilecegi gibi, 5G (besinci nesil) aglarda, tek bir mobil modem üzerinde birden fazla PDU oturumu kurulmasi mümkündür. Bu özellik farkli Kalite hizmetlerine sahip birden fazla oturum olusturmak için geleneksel olarak tasarlanir. Mevcut uygulamaya göre, bu özellik birinci istemci cihaz (1), ikinci istemci cihaz (2) ve endüstriyel 5G modem (M) için özgün protokol veri birimi oturumlari olusturmak için kullanilir. Dolayisiyla, mevcut uygulamaya göre, birinci istemci cihaz (1), ikinci istemci cihaz (2) ve endüstriyel 5G modem (M) genis alan agindan (W) farkli IP (internet protokolü) adresleri alir. Bir baska deyisle, her bir istemci cihaz ve endüstriyel 5G modem (M) için özgün genis alan agi (W) internet protokol adresleri saglanir. Böylece, harici cihaz (E) birinci istemci cihaza (1), ikinci istemci cihaza (2) ve endüstriyel 5G modeme (M) birbirinden bagimsiz olarak erisebilir. Ayrica, her bir istemci cihaz birbirine ve harici cihaza (E) erisebilir. Tüm istemci cihazlarin özgün protokol veri birimi oturumlari oldugundan, her istemci cihaz dogrudan genis alan agina (W) baglanir. Dolayisiyla, dügümler arasindaki gecikme süresi düsürülür ve hizli ve güvenilir baglanti saglanir. Bulusun bir düzenlemesinde, endüstriyel 5G modem (M) en az bir besinci nesil genis bant iletisim modülü içerir. Besinci nesil genis bant iletisim modülü, endüstriyel 5G modemin (M) genis alan agina (W) baglanmasina olanak saglar. Bulusun bir düzenlemesinde, endüstriyel 5G modem (M) en az bir kablosuz iletisim modülü içerir. Kablosuz iletisim modülü, istemci cihazlarin kablosuz baglantiyi kullanarak endüstriyel 5G modeme (M) baglanmasina olanak saglar. Bulusun bir düzenlemesinde, endüstriyel 5G modem (M) en az bir kablolu iletisim modülü içerir. Kablolu iletisim modülü, istemci cihazlarin bir kablolu baglanti (örnegin bir Ethernet kablosu) kullanarak endüstriyel 5 G modeme (M) baglanmasina olanak saglar. Bulusun bir düzenlemesinde, endüstriyel 5G modem (M) ve en az iki istemci cihaz arasinda bir baglantinin saglanmasi asamasi, istemci cihazlarin link katmani kesif protokolü (LLDP) gibi katman 2 protokolleri araciligiyla kesfedilmesini içerir. Bulusun bir düzenlemesinde, endüstriyel 5G modemin (M) çalismasi su asamalari içerir: endüstriyel 5G modeme (M) bagli istemci cihazlarin sayisinin belirlenmesi; özgün protokol veri birimi oturumlarinin sayisini bulmak için belirlenen sayinin bir artirilmasi. Bulusun bir düzenlemesinde, endüstriyel 5G modemin (M) çalismasi su asamalari içerir: endüstriyel 5G modeme (M) yeni bir istemci cihazin baglanip baglanmadiginin belirlenmesi ve endüstriyel 5G modeme (M) yeni bir istemci cihaz baglandigi takdirde, yeni istemci cihaz için özgün protokol veri birimi oturumu olusturulmasi. Bulusun bir düzenlemesinde, endüstriyel 5G modeme (M) baglanan tüm istemci cihazlar, kendi PDU Oturumlarina ve özgün WAN IP adreslerine sahiptir. Dolayisiyla, istemci cihazlar 5G altyapisi üzerinden gerekli hizmet kalitesi özellikleriyle iletisim kurabilir. Buna paralel olarak, 5G sistemindeki deneyimin kalitesi artar, dügümler arasindaki gecikme süresi azalir ve endüstriyel 5G aglari için kullanim kolayligi saglanir. TR TR TR TR TR TRDESCRIPTION AN INDUSTRIAL 5G MODEM AND AN OPERATING METHOD FOR IT Technical Field The present invention relates to industrial 5G modems and an operating method for industrial 5G modems and Infrastructure of the Invention Client devices such as computers, tablets, and mobile phones can connect to a WAN (Wide Area Network) such as the Internet using modems. Traditional modems use a cable connection such as telephone lines, fiber optic cables, or cable television lines to access the WAN. On the other hand, mobile modems use mobile broadband connections instead of cable connections for WAN connections. Since mobile modems do not require a cable connection, they are used in areas where no cable connection infrastructure is available or where the capacity of the cable connection infrastructure is limited. Mobile modems typically operate in two modes: bridge mode and NAT (Network Address Translation) mode. In bridge mode, the mobile modem creates a bridge between the WAN (Wide Area Network) and a device directly connected to the mobile modem's LAN (Local Area Network) port. In bridge mode, the device connected to the mobile modem receives a WAN IP address, and all WAN devices can access it. However, this mode can only serve one device connected to the mobile modem; in addition, the mobile modem is no longer accessible from the WAN. In NAT mode, the mobile modem establishes a LAN. In NAT mode, the modem receives the WAN IP address and distributes LAN IP addresses to clients connected to the LAN port. In this mode, all devices connected to the modem can access the WAN. However, these devices are not accessible from the WAN. In both bridge and NAT modes, it is not possible to access different clients connected to the mobile modem via traditional WAN access. Applications such as port forwarding or tunneling can be used to address the connectivity problem. However, these applications are insufficient to meet the diverse user needs. For example, when port forwarding is used to connect devices, only one device can be accessed over the WAN. Because a port forwarding rule cannot serve multiple devices simultaneously, it may not be possible to access both devices over the WAN. A common solution to this problem is to create a tunnel network between the modem and the device. However, tunneling protocols are application-layer protocols and do not provide low latency or ultra-high-speed networks. This problem makes these tunneling protocols inefficient for low latency applications. Brief Description of the Invention According to the present invention, there is provided an industrial 5G modem and a method of operation therefor. The industrial 5G modem in accordance with the invention is adapted to connect a wide area network and at least two client devices via a mobile broadband connection. The industrial 5G modem is further adapted to provide a plurality of protocol datagram sessions, one for each client device connected to the industrial 5G modem and one for itself. The method of operation includes the following steps: establishing a connection between the industrial 5G modem and a wide area network via a mobile broadband connection; establishing a connection between the industrial 5G modem and the at least two client devices; creating unique protocol data unit sessions for each client device connected to an industrial 5G modem and for the industrial 5G modem itself. In an exemplary embodiment of the present invention, all client devices connected to an industrial 5G modem have their own PDU Session and unique WAN IP address. Therefore, client devices can communicate with the required quality of service features over the 5G infrastructure. This increases the quality of experience in the 5G system, reduces latency between nodes, and improves ease of use for industrial 5G networks. Purpose of the Invention One purpose of the exemplary embodiment of the present invention is to provide efficient accessibility to network devices in a 5G network. Another purpose of the exemplary embodiment of the present invention is to provide efficient low latency between nodes in a 5G network. Description of the Drawings Figure 1 shows an exemplary mobile network diagram in which an industrial 5G modem according to the present invention is used. The reference numbers used in the drawings have the following meanings: Industrial 5G modem (M) External device (E) Wide area network (W) First client device (1) Second client device (2) Detailed Description of the Invention Figure 1 shows an exemplary embodiment of a mobile network including an industrial 5G modem (M) connected to a wide area network (W) via a mobile broadband connection (i.e., 5G - fifth generation mobile network), the industrial 5G modem (M) can be connected to at least two (optionally more) client devices. The industrial 5G modem (M) is adapted to provide a plurality of protocol data unit sessions (PDU sessions), one for each client device connected to the industrial 5G modem (M) and one for the industrial 5G modem (M) itself. In some embodiments of the invention, operation of the industrial 5G modem (M) includes the following steps: establishing a connection between the industrial 5G modem (M) and a wide area network (W) via a mobile broadband connection; establishing a connection between the industrial 5G modem (M) and at least two client devices; and establishing unique protocol data unit sessions for each client device connected to the industrial 5G modem (M) and the industrial 5G modem (M) itself. In some embodiments of the invention, the industrial 5G modem (M) is connected to a wide area network (W) via a 5G broadband network. The wide area network (W) can be the Internet or a private network (e.g., an intranet) of an industrial site. The industrial 5G modem (M) is also connected to a first client device (1) and a second client device (2) via a wireless or wired connection. In such a configuration, at least one external device (E) is also connected to the same wide area network (W). Therefore, a connection is established between the external device (E) and the industrial 5G modem (M). As can be appreciated, in 5G (fifth generation) networks, it is possible to establish multiple PDU sessions on a single mobile modem. This feature is traditionally designed to create multiple sessions with different Quality of Service. According to current practice, this feature is used to create unique protocol data unit sessions for the first client device (1), the second client device (2), and the industrial 5G modem (M). Therefore, according to current implementation, the first client device (1), the second client device (2), and the industrial 5G modem (M) receive different IP (Internet Protocol) addresses from the wide area network (W). In other words, each client device and the industrial 5G modem (M) are provided with unique wide area network (W) Internet Protocol addresses. This allows the external device (E) to access the first client device (1), the second client device (2), and the industrial 5G modem (M) independently. Furthermore, each client device can access each other and the external device (E). Because all client devices have unique protocol data unit sessions, each client device connects directly to the wide area network (W). This reduces latency between nodes, ensuring fast and reliable connections. In one embodiment of the invention, the industrial 5G modem (M) includes at least one fifth generation broadband communication module. The fifth generation broadband communication module allows the industrial 5G modem (M) to connect to the wide area network (W). In one embodiment of the invention, the industrial 5G modem (M) includes at least one wireless communication module. The wireless communication module allows client devices to connect to the industrial 5G modem (M) using a wireless connection. In one embodiment of the invention, the industrial 5G modem (M) includes at least one wired communication module. The wired communication module allows client devices to connect to the industrial 5G modem (M) using a wired connection (e.g., an Ethernet cable). In one embodiment of the invention, the step of establishing a connection between the industrial 5G modem (M) and at least two client devices includes discovering the client devices via layer 2 protocols such as link layer discovery protocol (LLDP). In one embodiment of the invention, the operation of the industrial 5G modem (M) includes the following steps: determining the number of client devices connected to the industrial 5G modem (M); incrementing the determined number by one to find the number of unique protocol datagram sessions. In one embodiment of the invention, the operation of the industrial 5G modem (M) includes the following steps: determining whether a new client device is connected to the industrial 5G modem (M), and if a new client device is connected to the industrial 5G modem (M), establishing a unique protocol datagram session for the new client device. In one embodiment of the invention, all client devices connected to the industrial 5G modem (M) have their own PDU Sessions and unique WAN IP addresses. Therefore, client devices can communicate with the required quality of service features over the 5G infrastructure. This, in turn, improves the quality of experience in the 5G system, reduces latency between nodes, and improves ease of use for industrial 5G networks.

Claims

1.