【科普】到底什么是5G LAN？

2022年11月04日

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。