【導讀】今天這篇文章，我們來(lái)聊聊5G LAN。大家如果對通信技術(shù)稍有了解的話(huà)，就會(huì )發(fā)現，5G LAN其實(shí)是一個(gè)很有意思的概念。對于5G，大家應該都很熟悉，它是4G 的演進(jìn)，也是目前我們最新的移動(dòng)通信技術(shù)。
而對于LAN，大家應該更熟悉。它的全稱(chēng)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(xiàn)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？
因為，5G是一個(gè)廣覆蓋的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò )，而LAN是一個(gè)小范圍的區域數據通信網(wǎng)絡(luò )。兩種技術(shù)，看上去并無(wú)關(guān)系。
換句話(huà)說(shuō)，5G和LAN這兩個(gè)詞，分開(kāi)大家都認識。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。在使用5G手機的時(shí)候，你們有沒(méi)有發(fā)現，即便你和朋友離得再近（哪怕面對面），你的手機都是無(wú)法搜索到對方的。你之所以可以對方進(jìn)行通信，是因為數據流到了運營(yíng)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(lái)說(shuō)，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，是將區域內的終端（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據傳輸，也節省了外網(wǎng)出口。
在LAN中，終端相互之間通過(guò)MAC地址可以選址，就找到對方（層二通信）。出入外網(wǎng)的話(huà)，架設一個(gè)路由器，通過(guò)IP選址，也可以實(shí)現路由出入（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肩負了“萬(wàn)物互聯(lián)，助力百行千業(yè)數字化轉型”的使命，需要幫助垂直行業(yè)的用戶(hù)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(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(hù)數據庫（UDM網(wǎng)元）中的數據，對指定的終端（UE）號碼進(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(hù)數據庫會(huì )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(fǎng)問(wèn)策略。管理網(wǎng)元基于這些信息和策略規則，將它們組成了不同的LAN。這就是5G LAN。
5G LAN網(wǎng)絡(luò )架構示意圖
5G LAN支持層二通信（相同網(wǎng)段，互相直接訪(fǎng)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(fǎng)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(hù)現有的數據網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接，從而實(shí)現即插即用、相互訪(fǎng)問(wèn)。
5G LAN的應用場(chǎng)景和優(yōu)勢
5G LAN實(shí)現了指定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(dòng)性的LAN網(wǎng)絡(luò )。很多讀者肯定會(huì )問(wèn)，現有的Wi-Fi技術(shù)，不是已經(jīng)可以實(shí)現移動(dòng)性了嗎？為什么還需要5G LAN？
別急，讓我們繼續往下看。
5G LAN實(shí)現的本地組網(wǎng)，可以幫助企業(yè)、學(xué)校、政府、家庭等用戶(hù)更好地進(jìn)行區域范圍內的終端互聯(lián)互通。它可以用于辦公網(wǎng)絡(luò )，但是，它更大的價(jià)值，在于對園區生產(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。
我們現在都在推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，認為5G能夠賦能行業(yè)場(chǎng)景的數字化，就是因為5G擁有大帶寬、低時(shí)延等特點(diǎn)，是出色的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，可以實(shí)現工業(yè)場(chǎng)景各個(gè)生產(chǎn)要素的無(wú)線(xiàn)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)現設備控制，采用的是“工業(yè)總線(xiàn)”技術(shù)。這種技術(shù)有很多類(lèi)型，可謂“五花八門(mén)”。
后來(lái)，隨著(zhù)以太網(wǎng)和IP技術(shù)的出現，工業(yè)界形成了共識，一起向以太網(wǎng)演進(jìn)，就有了“工業(yè)以太網(wǎng)”?，F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，有線(xiàn)連接對移動(dòng)性有太多的限制——設備后面總要留一個(gè)“辮子”，妨礙了自由移動(dòng)。
而且，有線(xiàn)連接部署方式比較麻煩，工期長(cháng)，成本高。一旦設備或線(xiàn)纜出現問(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(xiàn)通信技術(shù)。
于是，Wi-Fi、藍牙等技術(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(mǎn)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(wú)人物流小車(chē)）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。5G的小區間切換能力，也比Wi-Fi更強，可以給用戶(hù)帶來(lái)更好的網(wǎng)絡(luò )體驗。
二、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )維護成本高。
企業(yè)建設園區Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )，需要自己布線(xiàn)，自己買(mǎi)設備。設備有折舊、有損壞、有更新?lián)Q代，還要專(zhuān)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(yíng)商負責建設和維護的，企業(yè)屬于租用（Wi-Fi對比5G，有點(diǎn)像自建機房對比云計算）。
綜合來(lái)看，5G會(huì )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(gè)作用，是實(shí)現不同網(wǎng)絡(luò )的QoS（服務(wù)等級）差異化。
舉例來(lái)說(shuō)，企業(yè)內部有辦公網(wǎng)絡(luò )、IT系統網(wǎng)絡(luò )、OT網(wǎng)絡(luò )等。
OT就是Operational Technology，運營(yíng)技術(shù)（操作技術(shù)）。其實(shí)就是連接工業(yè)環(huán)境和設備的網(wǎng)絡(luò )，例如車(chē)床、機械臂、傳感器、儀器儀表、AGV、監控系統、MES、PLC等。
不同的網(wǎng)絡(luò )，對性能要求不一樣，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(chēng)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(yíng)商的5G UDM網(wǎng)元中修改用戶(hù)簽約數據，對用戶(hù)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），都要找運營(yíng)商客服嗎？
當然不用。
運營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò )可以通過(guò)開(kāi)發(fā)接口的方式，將修改權限開(kāi)放給企業(yè)網(wǎng)絡(luò )管理者，實(shí)現自助修改。
當然，企業(yè)還可以根據自己的需要，設置自己的專(zhuān)網(wǎng)策略。
在建立數據連接時(shí)，企業(yè)還可以設置授權和認證機制，對VN分組進(jìn)行嚴格管理。這個(gè)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(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(chē)間、生產(chǎn)線(xiàn)（或車(chē)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(xiàn)有很多的設備，也是獨立的。將流水線(xiàn)的每個(gè)設備都安裝5G模組，這是比較理想的狀態(tài)。但是，現階段費用好像會(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?xún)r(jià)比。適合用有線(xiàn)的，連接有線(xiàn)端口（以太網(wǎng)口、或PLC端口）。適合用無(wú)線(xiàn)的，連接5G或Wi-Fi。
如果5G不支持5G LAN（R16之前），實(shí)現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，不支持二層數據轉發(fā)。為了實(shí)現端到端通信，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，帶到對端。
這種方式，不僅增加復雜度，也增加了成本（AR路由器購買(mǎi)成本、AR路由器配置的人力和時(shí)間成本）。試想一下，如果車(chē)間有幾千條流水線(xiàn)，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(hù)現有網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行融合，減少了對客戶(hù)現有網(wǎng)絡(luò )的影響，不需要費勁改造升級，可以節約大量成本。
從宏觀(guān)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除了有利于建設園區內部網(wǎng)絡(luò )之外，還可以作為企業(yè)傳統專(zhuān)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的補充，連接異地的分支機構。
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)重要創(chuàng )新技術(shù)。它可以建設更強大的5G專(zhuān)網(wǎng)通信，幫助客戶(hù)加速數字化轉型升級。
想要更好地部署5G LAN，除了網(wǎng)絡(luò )側升級之外，還需要5G模組的支持。
在5G LAN技術(shù)商用落地的進(jìn)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(gè)平臺，國內領(lǐng)先的模組廠(chǎng)商——移遠通信（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ms級的空口時(shí)延和精度達1us的5G網(wǎng)絡(luò )授時(shí)，可以更好地滿(mǎn)足工業(yè)制造高精度機器協(xié)作、倉儲物流多車(chē)協(xié)同、智能電網(wǎng)差動(dòng)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(chǎng)，完成了全國首個(gè)5G LAN商用試點(diǎn)。
作為一家汽車(chē)鋁合金精密壓鑄件制造企業(yè)，該企業(yè)聚焦汽車(chē)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(chǎng)，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(chǎng)實(shí)現了更靈活的連接，使工廠(chǎng)產(chǎn)線(xiàn)調整效率提升了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），年均可節約隧道配置維護工作約750人天。
某知名企業(yè)廠(chǎng)區內安裝的5G設備
在這里，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”真正實(shí)現了“柔性生產(chǎn)”的賦能。
在某汽車(chē)品牌、某大學(xué)智慧樓宇、某工業(yè)企業(yè)柔性工廠(chǎng)等項目，5G LAN也都實(shí)現了成功落地。未來(lái)，5G LAN會(huì )更多地出現在我們的視野中，賦能?chē)鴥葦凳f(wàn)個(gè)園區的數字化改造。
結語(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(zhuān)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng )新，對工業(yè)領(lǐng)域全面走向數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化，具有重要的意義。
隨著(zhù)5G R17版本的凍結，我們逐漸迎來(lái)了5G-Advanced時(shí)代。新的精彩還在繼續，新的技術(shù)創(chuàng )新，也在不斷出現。
日積月累的創(chuàng )新，終究會(huì )引領(lǐng)人類(lèi)走向“萬(wàn)物智聯(lián)”。讓我們拭目以待！
來(lái)源：移遠通信
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