什么是5G LAN？

 

今天这篇文章，我们来聊聊5G LAN。  大家如果对通信技术稍有了解的话，就会发现，5G LAN其实是一个很有意思的概念。  对于5G，大家应该都很熟悉，它是4G 的演进，也是目前我们最新的移动通信技术。  而对于LAN，大家应该更熟悉。它的全称是local area network，也就是局域网。我们家里的网络，还有在公司办公室的网络，基本都是LAN。带有无线Wi-Fi的，就是Wireless LAN（WLAN）。  那么，我为什么会说5G LAN很有意思呢？  因为，5G是一个广覆盖的蜂窝通信网络，而LAN是一个小范围的区域数据通信网络。两种技术，看上去并无关系。    换句话说，5G和LAN这两个词，分开大家都认识。但合在一起后，就让人有点懵逼。不是吗？    █ 5G LAN，到底是个啥东东？  其实，5G LAN，简单来说，就是利用5G技术，将终端进行“分组”、“建群”，组成一个LAN网络。  大家都有5G手机。在使用5G手机的时候，你们有没有发现，即便你和朋友离得再近（哪怕面对面），你的手机都是无法搜索到对方的。你之所以可以对方进行通信，是因为数据流到了运营商或者互联网服务商的服务器，绕了一圈。  对于基站来说，所有的手机终端之间，都是“隔离”的。这是基于安全的考虑，手机各自使用各自的信道，互不干扰。    而LAN呢，是将区域内的终端（手机、电脑等）连接在一起，变成“群组”。这既方便了相互之间的数据传输，也节省了外网出口。  在LAN中，终端相互之间通过MAC地址可以选址，就找到对方（层二通信）。出入外网的话，架设一个路由器，通过IP选址，也可以实现路由出入（层三通信）。  我们都知道，“4G改变生活，5G改变社会”。作为目前最主流的移动通信技术，5G肩负了“万物互联，助力百行千业数字化转型”的使命，需要帮助垂直行业的用户打通连接。  那么，5G就不能只打通每个终端到云的连接，还要实现终端与终端之间的“就近连接”。  所以，在3GPP R16标准中，就推出了5G LAN这个新特性功能。    █ 5G LAN的原理与特点  在5G网络里，管理者可以修改用户数据库（UDM网元）中的数据，对指定的终端（UE）号码进行业务签约，从而把它们分入相同或不同的VN Group（Virtual Network Group，虚拟网络群组）。  用户数据库会向5G核心网（5GC）的管理网元（SMF、AMF、PCF等）提供终端号码的VN群组信息，以及访问策略。管理网元基于这些信息和策略规则，将它们组成了不同的LAN。这就是5G LAN。  5G LAN网络架构示意图  5G LAN支持层二通信（相同网段，互相直接访问），也支持层三通信（跨网段，借助路由）。5G LAN支持单播，也支持组播和广播。简单来说，就是相互访问方式非常灵活，组网也非常简单。  从范围来看，5G LAN既支持同一个UPF（5G核心网的媒体面网元）下的相互通信，也支持不同UPF下的相互通信。这等于打破了终端之间的物理距离限制（甚至北京和上海都能通信）。    特别重要的一点，5G LAN建立的网络，可以与用户现有的数据网络进行连接，从而实现即插即用、相互访问。    █ 5G LAN的应用场景和优势  5G LAN实现了指定5G终端之间的分组和连接，大大方便了企业构建更具移动性的LAN网络。很多读者肯定会问，现有的Wi-Fi技术，不是已经可以实现移动性了吗？为什么还需要5G LAN？  别急，让我们继续往下看。  5G LAN实现的本地组网，可以帮助企业、学校、政府、家庭等用户更好地进行区域范围内的终端互联互通。它可以用于办公网络，但是，它更大的价值，在于对园区生产环境的改造，对工业制造、港口码头、能源矿山等生产型企业基层网络的改造。      我们现在都在推动工业互联网，认为5G能够赋能行业场景的数字化，就是因为5G拥有大带宽、低时延等特点，是出色的无线通信技术，可以实现工业场景各个生产要素的无线连接。  以工业制造为例。以前，为了更好地进行自动化，实现设备控制，采用的是“工业总线”技术。这种技术有很多类型，可谓“五花八门”。  后来，随着以太网和IP技术的出现，工业界形成了共识，一起向以太网演进，就有了“工业以太网”。现在，不管谁家的工业互联协议，基本都是基于以太网的。  再后来，工业企业发现，有线连接对移动性有太多的限制——设备后面总要留一个“辫子”，妨碍了自由移动。  而且，有线连接部署方式比较麻烦，工期长，成本高。一旦设备或线缆出现问题，更换也很耽误事。所以，工业界开始考虑，引入无线通信技术。  于是，Wi-Fi、蓝牙等技术，就进入了工业领域。  那么，回到前面的问题，既然有Wi-Fi，为什么要5G LAN？  原因如下：  一、Wi-Fi网络（尤其是Wi-Fi 4、Wi-Fi 5）的性能不如5G。  传输速率、时延等方面，5G能更好地满足工业机器人（机械臂控制）、智能质检（高速图像识别）、AGV（无人物流小车）等场景的需求。  覆盖范围方面，5G的覆盖范围比Wi-Fi更大，可以更好地覆盖园区。5G的小区间切换能力，也比Wi-Fi更强，可以给用户带来更好的网络体验。  二、Wi-Fi网络维护成本高。  企业建设园区Wi-Fi网络，需要自己布线，自己买设备。设备有折旧、有损坏、有更新换代，还要专人维护。海量的Wi-Fi设备，配置也很麻烦。  5G不一样。它是由运营商负责建设和维护的，企业属于租用（Wi-Fi对比5G，有点像自建机房对比云计算）。  综合来看，5G会更加划算。  三、5G LAN的功能更加强大。  前面提到5G LAN的VN分组。分组除了隔离通信之外，更重要的一个作用，是实现不同网络的QoS（服务等级）差异化。  举例来说，企业内部有办公网络、IT系统网络、OT网络等。  OT就是Operational Technology，运营技术（操作技术）。其实就是连接工业环境和设备的网络，例如车床、机械臂、传感器、仪器仪表、AGV、监控系统、MES、PLC等。    不同的网络，对性能要求不一样，有的需要时延低，有的需要带宽大，有的则没有那么多要求。  5G LAN在分组的基础上，可以针对不同的VN分组，定义不同的网络性能。有的企业，将其称为“微切片”。  四、5G LAN容易管理，且安全性更强。  前面我们提到可以在运营商的5G UDM网元中修改用户签约数据，对用户进行VN分组。那么，难道我们每次需要变更一个终端的分组信息（加入、删除、更改），都要找运营商客服吗？  当然不用。  运营商5G网络可以通过开发接口的方式，将修改权限开放给企业网络管理者，实现自助修改。  当然，企业还可以根据自己的需要，设置自己的专网策略。  在建立数据连接时，企业还可以设置授权和认证机制，对VN分组进行严格管理。这个安全性，比Wi-Fi强大了很多，也方便了很多。    █ 5G LAN的案例分析  接下来，我们通过一个具体的组网案例，来看看5G LAN到底有什么好处。  首先，一家制造型企业，有自己的车间、生产线（或车床），需要通过网络，将PLC和PLC控制端连接起来。  每条流水线有很多的设备，也是独立的。将流水线的每个设备都安装5G模组，这是比较理想的状态。但是，现阶段费用好像会有点贵。  那么，我们引入5G工业网关，或者5G CPE，可以提升性价比。适合用有线的，连接有线端口（以太网口、或PLC端口）。适合用无线的，连接5G或Wi-Fi。    如果5G不支持5G LAN（R16之前），实现PLC和PLC控制器之间的连接，也是可以的。但是，整个5G网络是依靠IP寻址的三层协议，终端地址也是IP地址，不支持二层数据转发。为了实现端到端通信，就必须在两边各加一个AR（Access Router，接入路由器），建立一个隧道，把工业二层协议封装在隧道里，带到对端。    这种方式，不仅增加复杂度，也增加了成本（AR路由器购买成本、AR路由器配置的人力和时间成本）。试想一下，如果车间有几千条流水线，那么这个成本将会非常惊人。  引入5G LAN之后，5G网络支持直接传输二层协议，就不再需要AR路由器了。同时，5G网络可以为没有IP地址的终端提供路由，UPF可以识别终端的MAC地址，整个网络变成了极简的单层网络，相互之间进行层二通信。  5G LAN的即插即用能力，可以完美地将自己与客户现有网络进行融合，减少了对客户现有网络的影响，不需要费劲改造升级，可以节约大量成本。  从宏观上来看，5G LAN是5G与以太网技术的协作。将来，基于以太网技术发展的TSN（时间敏感网络）技术，也离不开5G LAN的助力。  值得一提的是，5G LAN除了有利于建设园区内部网络之外，还可以作为企业传统专线网络的补充，连接异地的分支机构。  

   █ 5G LAN的模组  正如大家所见，5G LAN是5G在垂直行业落地的一个重要创新技术。它可以建设更强大的5G专网通信，帮助客户加速数字化转型升级。  想要更好地部署5G LAN，除了网络侧升级之外，还需要5G模组的支持。  在5G LAN技术商用落地的进程中，紫光展锐推出的业界首款5G R16 Ready基带芯片平台——V516。  基于这个平台，国内领先的模组厂商——移远通信（Quectel），已成功开发出多款支持5G LAN技术的5G模组，且已实现商用，包括RG500U、RG200U、RM500U等LGA、M.2、Mini PCIe封装模组。      这些模组具有高可靠性特点，可实现ms级的空口时延和精度达1us的5G网络授时，可以更好地满足工业制造高精度机器协作、仓储物流多车协同、智能电网差动保护等工业互联网行业应用需求。  在浙江宁波，某知名企业采用移远通信5G LAN模组，建立了5G全连接工厂，完成了全国首个5G LAN商用试点。  作为一家汽车铝合金精密压铸件制造企业，该企业聚焦汽车零部件制造领域，是典型的离散制造型企业。  它下面的6家工厂，分散在宁波市某工业园的不同位置。5G LAN技术，帮助这些工厂实现了更灵活的连接，使工厂产线调整效率提升了70%（7天→2天），MES组网交付效率翻了一倍（6个月→3个月），年均可节约隧道配置维护工作约750人天。  某知名企业厂区内安装的5G设备  在这里，“5G+工业互联网”真正实现了“柔性生产”的赋能。  在某汽车品牌、某大学智慧楼宇、某工业企业柔性工厂等项目，5G LAN也都实现了成功落地。未来，5G LAN会更多地出现在我们的视野中，赋能国内数十万个园区的数字化改造。     █ 结语  工业互联网是第四次工业革命的基石，像5G LAN这样的5G专网技术创新，对工业领域全面走向数字化、网络化、智能化，具有重要的意义。  随着5G R17版本的冻结，我们逐渐迎来了5G-Advanced时代。新的精彩还在继续，新的技术创新，也在不断出现。  日积月累的创新，终究会引领人类走向“万物智联”。让我们拭目以待！