到底什麼是5G LAN?

2022年11月03日21:57:05 科技 1824

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,就會發現,5G LAN其實是一個很有意思的概念。


對於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。


而對於LAN,大家應該更熟悉。它的全稱是local area network,也就是區域網。我們家裡的網路,還有在公司辦公室的網路,基本都是LAN。帶有無線Wi-Fi的,就是Wireless LAN(WLAN)。


那麼,我為什麼會說5G LAN很有意思呢?


因為,5G是一個廣覆蓋的蜂窩通信網路,而LAN是一個小範圍的區域數據通信網路。兩種技術,看上去並無關係。


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換句話說,5G和LAN這兩個詞,分開大家都認識。但合在一起後,就讓人有點懵逼。不是嗎?


5G LAN,到底是個啥東東?


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網路。


大家都有5G手機。在使用5G手機的時候,你們有沒有發現,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,是因為數據流到了運營商或者互聯網服務商的伺服器,繞了一圈。


對於基站來說,所有的手機終端之間,都是「隔離」的。這是基於安全的考慮,手機各自使用各自的信道,互不干擾。


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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)。出入外網的話,架設一個路由器,通過IP選址,也可以實現路由出入(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,助力百行千業數字化轉型」的使命,需要幫助垂直行業的用戶打通連接。


那麼,5G就不能只打通每個終端到雲的連接,還要實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這個新特性功能。


5G LAN的原理與特點


在5G網路里,管理者可以修改用戶資料庫(UDM網元)中的數據,對指定的終端(UE)號碼進行業務簽約,從而把它們分入相同或不同的VN Group(Virtual Network Group,虛擬網路群組)。


用戶資料庫會向5G核心網(5GC)的管理網元(SMFAMF、PCF等)提供終端號碼的VN群組信息,以及訪問策略。管理網元基於這些信息和策略規則,將它們組成了不同的LAN。這就是5G LAN。


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5G LAN網路架構示意圖


5G LAN支持層二通信(相同網段,互相直接訪問),也支持層三通信(跨網段,藉助路由)。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,組網也非常簡單。


從範圍來看,5G LAN既支持同一個UPF(5G核心網的媒體面網元)下的相互通信,也支持不同UPF下的相互通信。這等於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)。


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特別重要的一點,5G LAN建立的網路,可以與用戶現有的數據網路進行連接,從而實現即插即用、相互訪問。


5G LAN的應用場景和優勢


5G LAN實現了指定5G終端之間的分組和連接,大大方便了企業構建更具移動性的LAN網路。很多讀者肯定會問,現有的Wi-Fi技術,不是已經可以實現移動性了嗎?為什麼還需要5G LAN?


別急,讓我們繼續往下看。


5G LAN實現的本地組網,可以幫助企業、學校、政府、家庭等用戶更好地進行區域範圍內的終端互聯互通。它可以用於辦公網路,但是,它更大的價值,在於對園區生產環境的改造,對工業製造、港口碼頭、能源礦山等生產型企業基層網路的改造。


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我們現在都在推動工業互聯網,認為5G能夠賦能行業場景的數字化,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,可以實現工業場景各個生產要素的無線連接。


以工業製造為例。以前,為了更好地進行自動化,實現設備控制,採用的是「工業匯流排」技術。這種技術有很多類型,可謂「五花八門」。


後來,隨著乙太網和IP技術的出現,工業界形成了共識,一起向乙太網演進,就有了工業乙太網。現在,不管誰家的工業互聯協議,基本都是基於乙太網的。


再後來,工業企業發現,有線連接對移動性有太多的限制——設備後面總要留一個「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問題,更換也很耽誤事。所以,工業界開始考慮,引入無線通信技術。


於是,Wi-Fi、藍牙等技術,就進入了工業領域。


那麼,回到前面的問題,既然有Wi-Fi,為什麼要5G LAN?


原因如下:


一、Wi-Fi網路(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能更好地滿足工業機器人(機械臂控制)、智能質檢(高速圖像識別)、AGV(無人物流小車)等場景的需求。


覆蓋範圍方面,5G的覆蓋範圍比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,可以給用戶帶來更好的網路體驗。


二、Wi-Fi網路維護成本高。


企業建設園區Wi-Fi網路,需要自己布線,自己買設備。設備有折舊、有損壞、有更新換代,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,企業屬於租用(Wi-Fi對比5G,有點像自建機房對比雲計算)。


綜合來看,5G會更加划算。


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,更重要的一個作用,是實現不同網路的QoS(服務等級)差異化。


舉例來說,企業內部有辦公網路、IT系統網路、OT網路等。


OT就是Operational Technology,運營技術(操作技術)。其實就是連接工業環境和設備的網路,例如車床、機械臂、感測器、儀器儀錶、AGV、監控系統、MES、PLC等。


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不同的網路,對性能要求不一樣,有的需要時延低,有的需要帶寬大,有的則沒有那麼多要求。


5G LAN在分組的基礎上,可以針對不同的VN分組,定義不同的網路性能。有的企業,將其稱為「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商的5G UDM網元中修改用戶簽約數據,對用戶進行VN分組。那麼,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?


當然不用。


運營商5G網路可以通過開發介面的方式,將修改許可權開放給企業網路管理者,實現自助修改。


當然,企業還可以根據自己的需要,設置自己的專網策略。


在建立數據連接時,企業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。


5G LAN的案例分析


接下來,我們通過一個具體的組網案例,來看看5G LAN到底有什麼好處。


首先,一家製造型企業,有自己的車間、生產線(或車床),需要通過網路,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。但是,現階段費用好像會有點貴。


那麼,我們引入5G工業網關,或者5G CPE,可以提升性價比。適合用有線的,連接有線埠(乙太網口、或PLC埠)。適合用無線的,連接5G或Wi-Fi。


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如果5G不支持5G LAN(R16之前),實現PLC和PLC控制器之間的連接,也是可以的。但是,整個5G網路是依靠IP定址的三層協議,終端地址也是IP地址,不支持二層數據轉發。為了實現端到端通信,就必須在兩邊各加一個AR(Access Router,接入路由器),建立一個隧道,把工業二層協議封裝在隧道里,帶到對端。


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這種方式,不僅增加複雜度,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,那麼這個成本將會非常驚人。


引入5G LAN之後,5G網路支持直接傳輸二層協議,就不再需要AR路由器了。同時,5G網路可以為沒有IP地址的終端提供路由,UPF可以識別終端的MAC地址,整個網路變成了極簡的單層網路,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有網路進行融合,減少了對客戶現有網路的影響,不需要費勁改造升級,可以節約大量成本。


從宏觀上來看,5G LAN是5G與乙太網技術的協作。將來,基於乙太網技術發展的TSN(時間敏感網路)技術,也離不開5G LAN的助力。


值得一提的是,5G LAN除了有利於建設園區內部網路之外,還可以作為企業傳統專線網路的補充,連接異地的分支機構。


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5G LAN的模組


正如大家所見,5G LAN是5G在垂直行業落地的一個重要創新技術。它可以建設更強大的5G專網通信,幫助客戶加速數字化轉型升級。


想要更好地部署5G LAN,除了網路側升級之外,還需要5G模組的支持。


在5G LAN技術商用落地的進程中,紫光展銳推出的業界首款5G R16 Ready基帶晶元平台——V516。


基於這個平台,國內領先的模組廠商——移遠通信(Quectel),已成功開發出多款支持5G LAN技術的5G模組,且已實現商用,包括RG500U、RG200U、RM500U等LGA、M.2、Mini PCIe封裝模組。


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這些模組具有高可靠性特點,可實現ms級的空口時延和精度達1us的5G網路授時,可以更好地滿足工業製造高精度機器協作、倉儲物流多車協同、智能電網差動保護等工業互聯網行業應用需求。


在浙江寧波,某知名企業採用移遠通信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製造企業,該企業聚焦汽車零部件製造領域,是典型的離散製造型企業。


它下面的6家工廠,分散在寧波市某工業園的不同位置。5G LAN技術,幫助這些工廠實現了更靈活的連接,使工廠產線調整效率提升了70%(7天→2天),MES組網交付效率翻了一倍(6個月→3個月),年均可節約隧道配置維護工作約750人天。


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某知名企業廠區內安裝的5G設備


在這裡,「5G+工業互聯網」真正實現了「柔性生產」的賦能。


在某汽車品牌、某大學智慧樓宇、某工業企業柔性工廠等項目,5G LAN也都實現了成功落地。未來,5G LAN會更多地出現在我們的視野中,賦能國內數十萬個園區的數字化改造。


結語


工業互聯網是第四次工業革命的基石,像5G LAN這樣的5G專網技術創新,對工業領域全面走向數字化、網路化、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,新的技術創新,也在不斷出現。


日積月累的創新,終究會引領人類走向「萬物智聯」。讓我們拭目以待!

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