什么是5G LAN？

今天這篇文章，我們來(lái)聊聊5G LAN。大家如果對(duì)通信技術(shù)稍有了解的話，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，5G LAN其實(shí)是一個(gè)很有意思的概念。對(duì)于5G，大家應(yīng)該都很熟悉，它是4G 的演進(jìn)，也是目前我們最新的移動(dòng)通信技術(shù)。而對(duì)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(wú)線Wi-Fi的，就是Wireless LAN（WLAN）。那么，我為什么會(huì)說(shuō)5G LAN很有意思呢？因?yàn)椋?G是一個(gè)廣覆蓋的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，而LAN是一個(gè)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(wú)關(guān)系。

換句話說(shuō)，5G和LAN這兩個(gè)詞，分開(kāi)大家都認(rèn)識(shí)。但合在一起后，就讓人有點(diǎn)懵逼。不是嗎？█5G LAN，到底是個(gè)啥東東？其實(shí)，5G LAN，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是利用5G技術(shù)，將終端進(jìn)行“分組”、“建群”，組成一個(gè)LAN網(wǎng)絡(luò)。大家都有5G手機(jī)。在使用5G手機(jī)的時(shí)候，你們有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，即便你和朋友離得再近（哪怕面對(duì)面），你的手機(jī)都是無(wú)法搜索到對(duì)方的。你之所以可以對(duì)方進(jìn)行通信，是因?yàn)閿?shù)據(jù)流到了運(yùn)營(yíng)商或者互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商的服務(wù)器，繞了一圈。對(duì)于基站來(lái)說(shuō)，所有的手機(jī)終端之間，都是“隔離”的。這是基于安全的考慮，手機(jī)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(jī)、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(guò)MAC地址可以選址，就找到對(duì)方（層二通信）。出入外網(wǎng)的話，架設(shè)一個(gè)路由器，通過(guò)IP選址，也可以實(shí)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(huì)”。作為目前最主流的移動(dòng)通信技術(shù)，5G肩負(fù)了“萬(wàn)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(gè)終端到云的連接，還要實(shí)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(gè)新特性功能。█5G LAN的原理與特點(diǎn)在5G網(wǎng)絡(luò)里，管理者可以修改用戶數(shù)據(jù)庫(kù)（UDM網(wǎng)元）中的數(shù)據(jù)，對(duì)指定的終端（UE）號(hào)碼進(jìn)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(kù)會(huì)向5G核心網(wǎng)（5GC）的管理網(wǎng)元（SMF、AMF、PCF等）提供終端號(hào)碼的VN群組信息，以及訪問(wèn)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(wèn)），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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是相互訪問(wèn)方式非常靈活，組網(wǎng)也非常簡(jiǎn)單。從范圍來(lái)看，5G LAN既支持同一個(gè)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(diǎn)，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(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)即插即用、相互訪問(wèn)。█5G LAN的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)5G LAN實(shí)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(dòng)性的LAN網(wǎng)絡(luò)。很多讀者肯定會(huì)問(wèn)，現(xiàn)有的Wi-Fi技術(shù)，不是已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)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(shí)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(jìn)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(jià)值，在于對(duì)園區(qū)生產(chǎn)環(huán)境的改造，對(duì)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(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，認(rèn)為5G能夠賦能行業(yè)場(chǎng)景的數(shù)字化，就是因?yàn)?G擁有大帶寬、低時(shí)延等特點(diǎn)，是出色的無(wú)線通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)場(chǎng)景各個(gè)生產(chǎn)要素的無(wú)線連接。以工業(yè)制造為例。以前，為了更好地進(jìn)行自動(dòng)化，實(shí)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(mén)”。后來(lái)，隨著以太網(wǎng)和IP技術(shù)的出現(xiàn)，工業(yè)界形成了共識(shí)，一起向以太網(wǎng)演進(jìn)，就有了“工業(yè)以太網(wǎng)”?，F(xiàn)在，不管誰(shuí)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(lái)，工業(yè)企業(yè)發(fā)現(xiàn)，有線連接對(duì)移動(dòng)性有太多的限制——設(shè)備后面總要留一個(gè)“辮子”，妨礙了自由移動(dòng)。而且，有線連接部署方式比較麻煩，工期長(zhǎng)，成本高。一旦設(shè)備或線纜出現(xiàn)問(wèn)題，更換也很耽誤事。所以，工業(yè)界開(kāi)始考慮，引入無(wú)線通信技術(shù)。于是，Wi-Fi、藍(lán)牙等技術(shù)，就進(jìn)入了工業(yè)領(lǐng)域。那么，回到前面的問(wèn)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(shí)延等方面，5G能更好地滿足工業(yè)機(jī)器人（機(jī)械臂控制）、智能質(zhì)檢（高速圖像識(shí)別）、AGV（無(wú)人物流小車）等場(chǎng)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(qiáng)，可以給用戶帶來(lái)更好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。二、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)維護(hù)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(hù)。海量的Wi-Fi設(shè)備，配置也很麻煩。5G不一樣。它是由運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)建設(shè)和維護(hù)的，企業(yè)屬于租用（Wi-Fi對(duì)比5G，有點(diǎn)像自建機(jī)房對(duì)比云計(jì)算）。綜合來(lái)看，5G會(huì)更加劃算。三、5G LAN的功能更加強(qiáng)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(gè)作用，是實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的QoS（服務(wù)等級(jí)）差異化。舉例來(lái)說(shuō)，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(yùn)營(yíng)技術(shù)（操作技術(shù)）。其實(shí)就是連接工業(yè)環(huán)境和設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，例如車床、機(jī)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(duì)性能要求不一樣，有的需要時(shí)延低，有的需要帶寬大，有的則沒(méi)有那么多要求。5G LAN在分組的基礎(chǔ)上，可以針對(duì)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(qiáng)。前面我們提到可以在運(yùn)營(yíng)商的5G UDM網(wǎng)元中修改用戶簽約數(shù)據(jù)，對(duì)用戶進(jìn)行VN分組。那么，難道我們每次需要變更一個(gè)終端的分組信息（加入、刪除、更改），都要找運(yùn)營(yíng)商客服嗎？當(dāng)然不用。運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)開(kāi)發(fā)接口的方式，將修改權(quán)限開(kāi)放給企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理者，實(shí)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(shí)，企業(yè)還可以設(shè)置授權(quán)和認(rèn)證機(jī)制，對(duì)VN分組進(jìn)行嚴(yán)格管理。這個(gè)安全性，比Wi-Fi強(qiáng)大了很多，也方便了很多。█5G LAN的案例分析接下來(lái)，我們通過(guò)一個(gè)具體的組網(wǎng)案例，來(lái)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(guò)網(wǎng)絡(luò)，將PLC和PLC控制端連接起來(lái)。每條流水線有很多的設(shè)備，也是獨(dú)立的。將流水線的每個(gè)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(fèi)用好像會(huì)有點(diǎn)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(jià)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(wú)線的，連接5G或Wi-Fi。如果5G不支持5G LAN（R16之前），實(shí)現(xiàn)PLC和PLC控制器之間的連接，也是可以的。但是，整個(gè)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(shí)現(xiàn)端到端通信，就必須在兩邊各加一個(gè)AR（Access Router，接入路由器），建立一個(gè)隧道，把工業(yè)二層協(xié)議封裝在隧道里，帶到對(duì)端。這種方式，不僅增加復(fù)雜度，也增加了成本（AR路由器購(gòu)買成本、AR路由器配置的人力和時(shí)間成本）。試想一下，如果車間有幾千條流水線，那么這個(gè)成本將會(huì)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(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)可以為沒(méi)有IP地址的終端提供路由，UPF可以識(shí)別終端的MAC地址，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)變成了極簡(jiǎn)的單層網(wǎng)絡(luò)，相互之間進(jìn)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(jìn)行融合，減少了對(duì)客戶現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響，不需要費(fèi)勁改造升級(jí)，可以節(jié)約大量成本。從宏觀上來(lái)看，5G LAN是5G與以太網(wǎng)技術(shù)的協(xié)作。將來(lái)，基于以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)，也離不開(kāi)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(bǔ)充，連接異地的分支機(jī)構(gòu)。

█5G LAN的模組正如大家所見(jiàn)，5G LAN是5G在垂直行業(yè)落地的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)。它可以建設(shè)更強(qiáng)大的5G專網(wǎng)通信，幫助客戶加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。想要更好地部署5G LAN，除了網(wǎng)絡(luò)側(cè)升級(jí)之外，還需要5G模組的支持。在5G LAN技術(shù)商用落地的進(jìn)程中，紫光展銳推出的業(yè)界首款5G R16 Ready基帶芯片平臺(tái)——V516?；谶@個(gè)平臺(tái)，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的模組廠商——移遠(yuǎn)通信（Quectel），已成功開(kāi)發(fā)出多款支持5G LAN技術(shù)的5G模組，且已實(shí)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(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)ms級(jí)的空口時(shí)延和精度達(dá)1us的5G網(wǎng)絡(luò)授時(shí)，可以更好地滿足工業(yè)制造高精度機(jī)器協(xié)作、倉(cāng)儲(chǔ)物流多車協(xié)同、智能電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)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(yuǎn)通信5G LAN模組，建立了5G全連接工廠，完成了全國(guó)首個(gè)5G LAN商用試點(diǎn)。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(shí)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(gè)月→3個(gè)月），年均可節(jié)約隧道配置維護(hù)工作約750人天。

某知名企業(yè)廠區(qū)內(nèi)安裝的5G設(shè)備在這里，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”真正實(shí)現(xiàn)了“柔性生產(chǎn)”的賦能。在某汽車品牌、某大學(xué)智慧樓宇、某工業(yè)企業(yè)柔性工廠等項(xiàng)目，5G LAN也都實(shí)現(xiàn)了成功落地。未來(lái)，5G LAN會(huì)更多地出現(xiàn)在我們的視野中，賦能國(guó)內(nèi)數(shù)十萬(wàn)個(gè)園區(qū)的數(shù)字化改造。 █結(jié)語(yǔ)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(shù)創(chuàng)新，對(duì)工業(yè)領(lǐng)域全面走向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，具有重要的意義。隨著5G R17版本的凍結(jié)，我們逐漸迎來(lái)了5G-Advanced時(shí)代。新的精彩還在繼續(xù)，新的技術(shù)創(chuàng)新，也在不斷出現(xiàn)。日積月累的創(chuàng)新，終究會(huì)引領(lǐng)人類走向“萬(wàn)物智聯(lián)”。讓我們拭目以待！