到底什么是5G LAN？
作者：小棗君
來源：鮮棗課堂
日期：2022-12-07 11:22:13
摘要：簡單來說，就是利用5G技術，將終端進行“分組”、“建群”，組成一個LAN網(wǎng)絡。
今天這篇文章，我們來聊聊5G LAN。
大家如果對通信技術稍有了解的話，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。而對于LAN，大家應該更熟悉。它的全稱是local area network，也就是局域網(wǎng)。我們家里的網(wǎng)絡，還有在公司辦公室的網(wǎng)絡，基本都是LAN。帶有無線Wi-Fi的，就是Wireless LAN（WLAN）。因為，5G是一個廣覆蓋的蜂窩通信網(wǎng)絡，而LAN是一個小范圍的區(qū)域數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。兩種技術，看上去并無關系。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？其實，5G LAN，簡單來說，就是利用5G技術，將終端進行“分組”、“建群”，組成一個LAN網(wǎng)絡。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)服務商的服務器，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，5G肩負了“萬物互聯(lián)，助力百行千業(yè)數(shù)字化轉型”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標準中，就推出了5G LAN這個新特性功能。在5G網(wǎng)絡里，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)絡架構示意圖
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，可以與用戶現(xiàn)有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡進行連接，從而實現(xiàn)即插即用、相互訪問。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)構建更具移動性的LAN網(wǎng)絡。很多讀者肯定會問，現(xiàn)有的Wi-Fi技術，不是已經(jīng)可以實現(xiàn)移動性了嗎？為什么還需要5G LAN？5G LAN實現(xiàn)的本地組網(wǎng)，可以幫助企業(yè)、學校、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，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，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)設備控制，采用的是“工業(yè)總線”技術。這種技術有很多類型，可謂“五花八門”。后來，隨著以太網(wǎng)和IP技術的出現(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)”。現(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。于是，Wi-Fi、藍牙等技術，就進入了工業(yè)領域。那么，回到前面的問題，既然有Wi-Fi，為什么要5G LAN？一、Wi-Fi網(wǎng)絡（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)絡體驗。企業(yè)建設園區(qū)Wi-Fi網(wǎng)絡，需要自己布線，自己買設備。設備有折舊、有損壞、有更新?lián)Q代，還要專人維護。海量的Wi-Fi設備，配置也很麻煩。5G不一樣。它是由運營商負責建設和維護的，企業(yè)屬于租用（Wi-Fi對比5G，有點像自建機房對比云計算）。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)絡的QoS（服務等級）差異化。舉例來說，企業(yè)內(nèi)部有辦公網(wǎng)絡、IT系統(tǒng)網(wǎng)絡、OT網(wǎng)絡等。OT就是Operational Technology，運營技術（操作技術）。其實就是連接工業(yè)環(huán)境和設備的網(wǎng)絡，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，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在分組的基礎上，可以針對不同的VN分組，定義不同的網(wǎng)絡性能。有的企業(yè)，將其稱為“微切片”。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？運營商5G網(wǎng)絡可以通過開發(fā)接口的方式，將修改權限開放給企業(yè)網(wǎng)絡管理者，實現(xiàn)自助修改。當然，企業(yè)還可以根據(jù)自己的需要，設置自己的專網(wǎng)策略。在建立數(shù)據(jù)連接時，企業(yè)還可以設置授權和認證機制，對VN分組進行嚴格管理。這個安全性，比Wi-Fi強大了很多，也方便了很多。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，將PLC和PLC控制端連接起來。每條流水線有很多的設備，也是獨立的。將流水線的每個設備都安裝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，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)絡變成了極簡的單層網(wǎng)絡，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)絡進行融合，減少了對客戶現(xiàn)有網(wǎng)絡的影響，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)技術的協(xié)作。將來，基于以太網(wǎng)技術發(fā)展的TSN（時間敏感網(wǎng)絡）技術，也離不開5G LAN的助力。值得一提的是，5G LAN除了有利于建設園區(qū)內(nèi)部網(wǎng)絡之外，還可以作為企業(yè)傳統(tǒng)專線網(wǎng)絡的補充，連接異地的分支機構。
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。它可以建設更強大的5G專網(wǎng)通信，幫助客戶加速數(shù)字化轉型升級。想要更好地部署5G LAN，除了網(wǎng)絡側升級之外，還需要5G模組的支持。在5G LAN技術商用落地的進程中，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，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。
某知名企業(yè)廠區(qū)內(nèi)安裝的5G設備
在這里，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”真正實現(xiàn)了“柔性生產(chǎn)”的賦能。在某汽車品牌、某大學智慧樓宇、某工業(yè)企業(yè)柔性工廠等項目，5G LAN也都實現(xiàn)了成功落地。未來，5G LAN會更多地出現(xiàn)在我們的視野中，賦能國內(nèi)數(shù)十萬個園區(qū)的數(shù)字化改造。 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是第四次工業(yè)革命的基石，像5G LAN這樣的5G專網(wǎng)技術創(chuàng)新，對工業(yè)領域全面走向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化，具有重要的意義。隨著5G R17版本的凍結，我們逐漸迎來了5G-Advanced時代。新的精彩還在繼續(xù)，新的技術創(chuàng)新，也在不斷出現(xiàn)。日積月累的創(chuàng)新，終究會引領人類走向“萬物智聯(lián)”。讓我們拭目以待！
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