到底什么是5G LAN？

作者：時間：2022-11-22 來源：移遠通信

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今天這篇文章，我們來聊聊5G LAN。大家如果對通信技術(shù)稍有了解的話，就會發(fā)現(xiàn)，5G LAN其實是一個很有意思的概念。對于5G，大家應(yīng)該都很熟悉，它是4G 的演進，也是目前我們最新的移動通信技術(shù)。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202211/440689.htm

而對于LAN，大家應(yīng)該更熟悉。它的全稱是local area network，也就是局域網(wǎng)。我們家里的網(wǎng)絡(luò)，還有在公司辦公室的網(wǎng)絡(luò)，基本都是LAN。帶有無線Wi-Fi的，就是Wireless LAN（WLAN）。

那么，我為什么會說5G LAN很有意思呢？

因為，5G是一個廣覆蓋的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，而LAN是一個小范圍的區(qū)域數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。兩種技術(shù)，看上去并無關(guān)系。

換句話說，5G和LAN這兩個詞，分開大家都認識。但合在一起后，就讓人有點懵逼。不是嗎？

5G LAN，到底是個啥東東？

其實，5G LAN，簡單來說，就是利用5G技術(shù)，將終端進行“分組”、“建群”，組成一個LAN網(wǎng)絡(luò)。

大家都有5G手機。在使用5G手機的時候，你們有沒有發(fā)現(xiàn)，即便你和朋友離得再近（哪怕面對面），你的手機都是無法搜索到對方的。你之所以可以對方進行通信，是因為數(shù)據(jù)流到了運營商或者互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商的服務(wù)器，繞了一圈。

對于基站來說，所有的手機終端之間，都是“隔離”的。這是基于安全的考慮，手機各自使用各自的信道，互不干擾。

而LAN呢，是將區(qū)域內(nèi)的終端（手機、電腦等）連接在一起，變成“群組”。這既方便了相互之間的數(shù)據(jù)傳輸，也節(jié)省了外網(wǎng)出口。

在LAN中，終端相互之間通過MAC地址可以選址，就找到對方（層二通信）。出入外網(wǎng)的話，架設(shè)一個路由器，通過IP選址，也可以實現(xiàn)路由出入（層三通信）。

我們都知道，“4G改變生活，5G改變社會”。作為目前最主流的移動通信技術(shù)，5G肩負了“萬物互聯(lián)，助力百行千業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的使命，需要幫助垂直行業(yè)的用戶打通連接。

那么，5G就不能只打通每個終端到云的連接，還要實現(xiàn)終端與終端之間的“就近連接”。

所以，在3GPP R16標(biāo)準(zhǔn)中，就推出了5G LAN這個新特性功能。

5G LAN的原理與特點

在5G網(wǎng)絡(luò)里，管理者可以修改用戶數(shù)據(jù)庫（UDM網(wǎng)元）中的數(shù)據(jù)，對指定的終端（UE）號碼進行業(yè)務(wù)簽約，從而把它們分入相同或不同的VN Group（Virtual Network Group，虛擬網(wǎng)絡(luò)群組）。

用戶數(shù)據(jù)庫會向5G核心網(wǎng)（5GC）的管理網(wǎng)元（SMF、AMF、PCF等）提供終端號碼的VN群組信息，以及訪問策略。管理網(wǎng)元基于這些信息和策略規(guī)則，將它們組成了不同的LAN。這就是5G LAN。

5G LAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

5G LAN支持層二通信（相同網(wǎng)段，互相直接訪問），也支持層三通信（跨網(wǎng)段，借助路由）。5G LAN支持單播，也支持組播和廣播。簡單來說，就是相互訪問方式非常靈活，組網(wǎng)也非常簡單。

從范圍來看，5G LAN既支持同一個UPF（5G核心網(wǎng)的媒體面網(wǎng)元）下的相互通信，也支持不同UPF下的相互通信。這等于打破了終端之間的物理距離限制（甚至北京和上海都能通信）。

特別重要的一點，5G LAN建立的網(wǎng)絡(luò)，可以與用戶現(xiàn)有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進行連接，從而實現(xiàn)即插即用、相互訪問。

5G LAN的應(yīng)用場景和優(yōu)勢

5G LAN實現(xiàn)了指定5G終端之間的分組和連接，大大方便了企業(yè)構(gòu)建更具移動性的LAN網(wǎng)絡(luò)。很多讀者肯定會問，現(xiàn)有的Wi-Fi技術(shù)，不是已經(jīng)可以實現(xiàn)移動性了嗎？為什么還需要5G LAN？

別急，讓我們繼續(xù)往下看。

5G LAN實現(xiàn)的本地組網(wǎng)，可以幫助企業(yè)、學(xué)校、政府、家庭等用戶更好地進行區(qū)域范圍內(nèi)的終端互聯(lián)互通。它可以用于辦公網(wǎng)絡(luò)，但是，它更大的價值，在于對園區(qū)生產(chǎn)環(huán)境的改造，對工業(yè)制造、港口碼頭、能源礦山等生產(chǎn)型企業(yè)基層網(wǎng)絡(luò)的改造。

我們現(xiàn)在都在推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，認為5G能夠賦能行業(yè)場景的數(shù)字化，就是因為5G擁有大帶寬、低時延等特點，是出色的無線通信技術(shù)，可以實現(xiàn)工業(yè)場景各個生產(chǎn)要素的無線連接。

以工業(yè)制造為例。以前，為了更好地進行自動化，實現(xiàn)設(shè)備控制，采用的是“工業(yè)總線”技術(shù)。這種技術(shù)有很多類型，可謂“五花八門”。

后來，隨著以太網(wǎng)和IP技術(shù)的出現(xiàn)，工業(yè)界形成了共識，一起向以太網(wǎng)演進，就有了“工業(yè)以太網(wǎng)”?，F(xiàn)在，不管誰家的工業(yè)互聯(lián)協(xié)議，基本都是基于以太網(wǎng)的。

再后來，工業(yè)企業(yè)發(fā)現(xiàn)，有線連接對移動性有太多的限制——設(shè)備后面總要留一個“辮子”，妨礙了自由移動。

而且，有線連接部署方式比較麻煩，工期長，成本高。一旦設(shè)備或線纜出現(xiàn)問題，更換也很耽誤事。所以，工業(yè)界開始考慮，引入無線通信技術(shù)。

于是，Wi-Fi、藍牙等技術(shù)，就進入了工業(yè)領(lǐng)域。

那么，回到前面的問題，既然有Wi-Fi，為什么要5G LAN？

原因如下：

一、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)（尤其是Wi-Fi 4、Wi-Fi 5）的性能不如5G。

傳輸速率、時延等方面，5G能更好地滿足工業(yè)機器人（機械臂控制）、智能質(zhì)檢（高速圖像識別）、AGV（無人物流小車）等場景的需求。

覆蓋范圍方面，5G的覆蓋范圍比Wi-Fi更大，可以更好地覆蓋園區(qū)。5G的小區(qū)間切換能力，也比Wi-Fi更強，可以給用戶帶來更好的網(wǎng)絡(luò)體驗。

二、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)維護成本高。

企業(yè)建設(shè)園區(qū)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，需要自己布線，自己買設(shè)備。設(shè)備有折舊、有損壞、有更新?lián)Q代，還要專人維護。海量的Wi-Fi設(shè)備，配置也很麻煩。

5G不一樣。它是由運營商負責(zé)建設(shè)和維護的，企業(yè)屬于租用（Wi-Fi對比5G，有點像自建機房對比云計算）。

綜合來看，5G會更加劃算。

三、5G LAN的功能更加強大。

前面提到5G LAN的VN分組。分組除了隔離通信之外，更重要的一個作用，是實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的QoS（服務(wù)等級）差異化。

舉例來說，企業(yè)內(nèi)部有辦公網(wǎng)絡(luò)、IT系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、OT網(wǎng)絡(luò)等。

OT就是Operational Technology，運營技術(shù)（操作技術(shù)）。其實就是連接工業(yè)環(huán)境和設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，例如車床、機械臂、傳感器、儀器儀表、AGV、監(jiān)控系統(tǒng)、MES、PLC等。

不同的網(wǎng)絡(luò)，對性能要求不一樣，有的需要時延低，有的需要帶寬大，有的則沒有那么多要求。

5G LAN在分組的基礎(chǔ)上，可以針對不同的VN分組，定義不同的網(wǎng)絡(luò)性能。有的企業(yè)，將其稱為“微切片”。

四、5G LAN容易管理，且安全性更強。

前面我們提到可以在運營商的5G UDM網(wǎng)元中修改用戶簽約數(shù)據(jù)，對用戶進行VN分組。那么，難道我們每次需要變更一個終端的分組信息（加入、刪除、更改），都要找運營商客服嗎？

當(dāng)然不用。

運營商5G網(wǎng)絡(luò)可以通過開發(fā)接口的方式，將修改權(quán)限開放給企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理者，實現(xiàn)自助修改。

當(dāng)然，企業(yè)還可以根據(jù)自己的需要，設(shè)置自己的專網(wǎng)策略。

在建立數(shù)據(jù)連接時，企業(yè)還可以設(shè)置授權(quán)和認證機制，對VN分組進行嚴(yán)格管理。這個安全性，比Wi-Fi強大了很多，也方便了很多。

5G LAN的案例分析

接下來，我們通過一個具體的組網(wǎng)案例，來看看5G LAN到底有什么好處。

首先，一家制造型企業(yè)，有自己的車間、生產(chǎn)線（或車床），需要通過網(wǎng)絡(luò)，將PLC和PLC控制端連接起來。

每條流水線有很多的設(shè)備，也是獨立的。將流水線的每個設(shè)備都安裝5G模組，這是比較理想的狀態(tài)。但是，現(xiàn)階段費用好像會有點貴。

那么，我們引入5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)，或者5G CPE，可以提升性價比。適合用有線的，連接有線端口（以太網(wǎng)口、或PLC端口）。適合用無線的，連接5G或Wi-Fi。

如果5G不支持5G LAN（R16之前），實現(xiàn)PLC和PLC控制器之間的連接，也是可以的。但是，整個5G網(wǎng)絡(luò)是依靠IP尋址的三層協(xié)議，終端地址也是IP地址，不支持二層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為了實現(xiàn)端到端通信，就必須在兩邊各加一個AR（Access Router，接入路由器），建立一個隧道，把工業(yè)二層協(xié)議封裝在隧道里，帶到對端。

這種方式，不僅增加復(fù)雜度，也增加了成本（AR路由器購買成本、AR路由器配置的人力和時間成本）。試想一下，如果車間有幾千條流水線，那么這個成本將會非常驚人。

引入5G LAN之后，5G網(wǎng)絡(luò)支持直接傳輸二層協(xié)議，就不再需要AR路由器了。同時，5G網(wǎng)絡(luò)可以為沒有IP地址的終端提供路由，UPF可以識別終端的MAC地址，整個網(wǎng)絡(luò)變成了極簡的單層網(wǎng)絡(luò)，相互之間進行層二通信。

5G LAN的即插即用能力，可以完美地將自己與客戶現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進行融合，減少了對客戶現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響，不需要費勁改造升級，可以節(jié)約大量成本。

從宏觀上來看，5G LAN是5G與以太網(wǎng)技術(shù)的協(xié)作。將來，基于以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的TSN（時間敏感網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)，也離不開5G LAN的助力。

值得一提的是，5G LAN除了有利于建設(shè)園區(qū)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之外，還可以作為企業(yè)傳統(tǒng)專線網(wǎng)絡(luò)的補充，連接異地的分支機構(gòu)。

5G LAN的模組

正如大家所見，5G LAN是5G在垂直行業(yè)落地的一個重要創(chuàng)新技術(shù)。它可以建設(shè)更強大的5G專網(wǎng)通信，幫助客戶加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。

想要更好地部署5G LAN，除了網(wǎng)絡(luò)側(cè)升級之外，還需要5G模組的支持。

在5G LAN技術(shù)商用落地的進程中，紫光展銳推出的業(yè)界首款5G R16 Ready基帶芯片平臺——V516。

基于這個平臺，國內(nèi)領(lǐng)先的模組廠商——移遠通信（Quectel），已成功開發(fā)出多款支持5G LAN技術(shù)的5G模組，且已實現(xiàn)商用，包括RG500U、RG200U、RM500U等LGA、M.2、Mini PCIe封裝模組。

這些模組具有高可靠性特點，可實現(xiàn)ms級的空口時延和精度達1us的5G網(wǎng)絡(luò)授時，可以更好地滿足工業(yè)制造高精度機器協(xié)作、倉儲物流多車協(xié)同、智能電網(wǎng)差動保護等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用需求。

在浙江寧波，某知名企業(yè)采用移遠通信5G LAN模組，建立了5G全連接工廠，完成了全國首個5G LAN商用試點。

作為一家汽車鋁合金精密壓鑄件制造企業(yè)，該企業(yè)聚焦汽車零部件制造領(lǐng)域，是典型的離散制造型企業(yè)。

它下面的6家工廠，分散在寧波市某工業(yè)園的不同位置。5G LAN技術(shù)，幫助這些工廠實現(xiàn)了更靈活的連接，使工廠產(chǎn)線調(diào)整效率提升了70%（7天→2天），MES組網(wǎng)交付效率翻了一倍（6個月→3個月），年均可節(jié)約隧道配置維護工作約750人天。