（CWW）5G LAN（5GLocal Area Network）是5G網絡在工業園區等場景的應用延伸，可以跨地域移動，具有靈活組網、內外網融合、安全管理、易于覆蓋等特點，可為LAN內的5G終端提供終端互通或終端隔離等靈活的通信服務。

5G LAN標準制定背景和應用定位

隨著5G技術的更新迭代，5G LAN將逐漸成為助力垂直行業應用蓬勃發展的重要技術之一。5G作為“新基建”之首，肩負著驅動國民經濟轉型升級、促進實體經濟與數字經濟深度融合、滿足各行各業高質量通信服務需求的重任。

(資料圖)

在全球第四次工業革命面臨重大突破的關口，5GLAN的價值在于對產業園區和工廠的自動化改造。在工業互聯中5GLAN一舉打破工業IT與OT（Operation Technology）融合發展的壁壘。園區網絡無需新增AR無線路由器等隧道設備，且5GLAN支持廣播和多播服務。

R16和R17深度聚焦并重點提升垂直行業服務能力

全球統一的5G標準，是5G規模商用的核心。2018年6月14日5GR15標準（SA）凍結，2020年7月3日R16標準凍結，R17標準更進一步對接垂直行業，R18標準也將持續為5G提供技術演進的動能。5G LAN已逐步成為工廠降本增效的重要推力。正因為5G能夠實現工業場景中各種生產要素的無線無縫大連接，所以5G更能夠賦能行業場景的數字化升級，服務于工業互聯網時代。

5G LAN能滿足垂直行業哪些需求

隨著5G技術逐步與交通物流、工業制造、能源電力、教育、醫療等垂直行業深度融合，5G使能千行百業成為業界共識。全行業攜手推進5GtoB規模商用與發展，探索端到端的5G行業應用解決方案和服務流程已成行業主流認識。與個人移動應用不同，垂直行業應用對網絡的需求千差萬別，有的應用場景要求低延時、高可靠，有的應用場景要求大帶寬，有的應用場景要求專網級的隔離措施以保證安全。面對不同的應用場景，無法用同一個解決方案（或網絡產品）滿足業務需求，必須針對每一個應用場景，開發一種特定的網絡服務，這項工作是5G時代運營商面臨的新挑戰。在傳統通信方式中，終端之間是通過路由器，依靠互聯網TCP/IP協議來實現通信的；5G LAN則是通過MAC地址直接選址，通過L2方式進行通信的。5G LAN利用5G大網將不同場景的終端進行“分組”或“建群”，構建特定的或虛擬的LAN網絡，將區域內的終端連接在一起，變成“群組”。這既方便了相互之間的數據傳輸，也降低了外網出口數量。

5G LAN相比企業Wi-Fi的優勢

5G LAN因工業需求而生

在滿足工業控制需求方面，特別是時延方面，Wi-Fi有固有的缺陷，5G LAN能更好地滿足工業機器人、AGV（Automated Guided Vehicle）等自動化場景的需求。5G LAN可以提供VN（Virtual Network）分組，不僅滿足隔離通信需求，還實現了不同LAN網絡的QoS（Quality of Service）差異化，即針對帶寬、時延等不同的要求，方便地為工業自動化控制、辦公自動化、運維網絡等場景提供差異化的服務能力。在安全性方面，5G LAN更有優勢，企業可以設置靈活的授權、認證機制，對不同分組進行區別化管理。Wi-Fi網絡抗干擾性、移動性和邊緣能力差。目前，運營商正在以5G為核心，全面構建5G、云計算、人工智能融合的新型基礎設施。5G進一步提升可靠性，降低時延，能更好地支持業務和會話連續性。

5G LAN覆蓋能力遠超Wi-Fi

5G LAN的覆蓋能力比Wi-Fi更強大，且網絡建設更方便快捷，可以通過宏基站加分布系統、熱點微站，實現工業園區無縫覆蓋。5G網絡是專業運營商組建的大網，提供通信級保障，小區間切換能力比Wi-Fi更強，可以給用戶帶來更好的網絡體驗和生產保障。

5G LAN 部署簡單，網絡維護成本低于Wi-Fi

在5G LAN引入之前，工廠基本依賴“有線+Wi-Fi”的組合模式實現終端設備間可靠通信。工廠環境復雜，企業需要自己購置設備和布線，自己規劃路由并派專人維護，部署成本高，設備也需要根據需求不斷進行升級，從而產生大量沉沒成本。

5G LAN則由運營商負責建設和維護，企業不需要自建網絡。5G LAN的即插即用能力，可以完美地融合企業現有網絡。

5G LAN可進一步解決業務連續性問題

5G LAN引入之前，5G toB核心網控制面采用大區制組資源池的方式進行組網，園區采用CPE（Customer Premise Equipment）+AR（Access Router）路由器的方式接入垂直行業企業局域網。業務連續性存在以下問題。

? 跨大區核心網倒換，業務恢復時間較長：跨大區容災倒換場景用戶需要到備用大區重新注冊，集中注冊可能引發信令風暴、消息流控，用戶恢復時間超過30分鐘。

? 核心網割接升級，難以協調同步企業時間窗：核心網升級將影響該網元下所有企業的生產，需提前與每個企業溝通統一的操作時間；每個企業都需要做好人員安排、排產等后備工作。0:00—4:00的通信行業默認操作時間窗不適用于垂直行業。

? 垂直行業企業園區網絡組網復雜：目前園區網絡僅支持L3互通，不支持L2以太協議棧；需部署AR路由器實現L3與L2的轉換，這將造成園區內網絡結構復雜、時延增加，且有額外成本。CPE掉線后需重新配置，故障定位困難。

? 業務質量保障手段缺失：基于網元的網絡質量保障不再適用業務多樣化的垂直行業，網絡KPI無法準確反映業務體驗情況。垂直行業用戶要求提供SLA承諾，企業自建網絡設備處于運營商運維“盲區”，造成故障發現不及時，目前快速定界能力不足，無法支撐故障在短時間內排除。

5G LAN則能進一步解決垂直行業組網目前存在的業務連續性問題，能夠為用戶提供L3VPN（Virtual Private Network）服務以及L2LAN服務。利用5G網絡構建5G LAN，為工業控制等領域提供以太局域網，降低本地交換通信時延，實現工業以太網的接入，無需AR路由器完成L3與L2之間的轉換，可大幅降低組網和部署的復雜性。相比于CPE+AR路由器的接入和傳輸方式，5G LAN具有部署簡單、成本低、時延低、故障點少、維護管理方便的優點。管理者可以修改用戶數據庫數據，對特定終端進行業務簽約和分組。

5G賦能工業控制是工業互聯網創新發展的原動力，也推動了5G網絡要從“盡力而為”模式轉變為提供“安全穩定的行業連接”模式，必須保證在設備單點故障以及網絡改造升級中仍能提供穩定的工業連接和業務“零中斷”；在極端情況下，出現故障后要達到快速定界、定位和恢復時間最短。在5G LAN技術引入之前，大部分業務流量在運營商網絡需要經過接入、轉發、路由等多層設備，對時延敏感業務無法保證連接質量。5G LAN技術則利用了5G在網絡廣覆蓋、超大帶寬超高速率、低延時高可靠、高移動性、超大連接、低成本部署等6方面的優勢，減少線纜的部署，靈活、快速組建通信環境，可靈活限制終端用戶的接入并進行移動管理，保證業務的連續性。同時，5GLAN還可以實現與企業現存網絡進行融合，實現相互訪問。

5G LAN的關鍵技術和解決方案

5G LAN關鍵技術包括組管理技術、動態多播技術等，同時還利用了時延優化技術、網絡覆蓋和移動性管理技術等，為企業提供IP類型或以太網類型的通信服務。企業終端之間的通信可以發生在相同UPF或UPF之間以及UE和DN之間。在企業網絡組建階段，5G LAN可保證5G網絡與企業內網間解耦，5G LAN也可在支持企業原有組網不變的情況下，降低成本并減小改造難度。

5G LAN的組管理技術

5G LAN的組管理技術是指首先要進行VN組劃分，將有互訪功能的用戶組劃分到相同的邏輯域，即把特定的終端根據企業需求劃分為相同或不同的VN組，同一組內的成員可以進行組內通信，不同組成員間進行邏輯隔離。在配置方式方面，可委托運營商通過網管直接進行VN組配置；在能力開放或者接口開放的前提下也可以由使用企業進行自我配置，靈活地進行VN組動態簽約管理。VN組包含3個信息：5G VN組標識、5G VN組成員信息、5G VN數據。

5G LAN流量轉發方式

5G LAN定義了組內3種轉發方式：Local Switch轉發、基于N19接口轉發和基于N6接口轉發，分別適用于同廠區內UE（共用同一錨點UPF）間轉發、跨廠區UE（跨錨點UPF）間轉發、UE與DN（Data Network）側設備間轉發等場景，如圖1所示。

圖15G LAN流量3種轉發方式

5G LAN廣播、組播復制技術

廣播消息在二層以太網通信中十分常見，最初的終端MAC地址學習等都依靠廣播消息。5G LAN的定義也支持廣播、組播通信。5G LAN技術可以使5G網絡支持層二的單播、多播通信和廣播域隔離，滿足工業場景組網所需的易用性和業務隔離特性。

5G LAN典型應用場景

5G切片和DNN專線是當前可以支撐行業應用的5GtoB主要網絡技術。其中5G切片主要是面向5G終端到UPF段3GPP域內網絡，提供安全隔離、差異化SLA保障等能力，滿足不同行業的需求。而DNN專線則主要面向N6接口（UPF到企業接入路由器），提供專用的VPN、隧道、專線等服務，滿足不同行業應用的差異化訴求。這兩種技術均是端到端的解決方案，而5G LAN是利用5G網絡構建LAN，為工業控制等領域提供以太局域網，降低本地交換通信時延，實現工業以太網的接入，幫助用戶加速數字化轉型和升級。為了更好地部署5G LAN，除了網絡側升級外，還需要5G模塊的支持。

目前5G LAN主要包含3個典型的應用場景。

工廠自動控制場景：5G LAN工作于L2方式，終端間L2互通；UPF類似交換機執行層二本地交換，同時與現存網絡互通，無需AR路由器完成L3與L2之間的轉換，大幅降低組網和部署的復雜性，如圖2所示。

圖25G LAN應用于工廠自動控制場景

具體到5G LAN企業應用，浙江某企業作為全國5G LAN工業互聯網商用試點，已實現下掛設備即插即用、動態產線調整等。該企業將5G LAN技術應用于工業生產內網，不僅解決了產線設備“剪辮子”問題，且無需增加額外配置，部署效率高。5G LAN在賦能柔性生產方面展現了強大能力，使工廠產線調整效率提升了70%，MES組網交付效率翻了一倍，年均可節約隧道配置維護工作約750人天。在青島，某企業創新設計雙端無線方案完成拖鏈控制系統的5G化改造，即在主控柜中內置5GLAN網關模組，在夾具I/O旁掛5GLAN網關模組，保證整個5G網絡穩定工作在16ms@99.99%可靠性的指標狀態，成功解決了工廠“拖鏈易損導致產線頻繁停機檢修”的痛點問題。

替代傳統“有線+Wi-Fi”場景：園區的5G移動局域網以5G無線網絡替代有線，為終端提供就近接入方式。本場景主要應用于園區網絡、校園網絡等，如圖3所示。

圖35G LAN應用于替代傳統“有線+Wi-Fi”場景

組建企業專網場景：通過N19接口，實現園區內多網關和跨園區多網關之間UE互通，實現企業分支機構動態、極簡接入。5G LAN可以作為企業傳統專線網絡的補充，連接異地分支機構，方便內部園區網絡的建設，如圖4所示。

圖45G LAN應用于組建企業專網場景

該方案支持企業私網同大網APN隔離、企業用戶IP自主管理、移動用戶隨時隨地接入、企業分支機構動態、極簡接入。

總結與展望

工業控制網絡為了適應數據業務實時性的要求，往往采用二層互聯，避免TCP/IP協議棧的數據處理給業務造成時延影響。考慮到工業設備二層互通的需求，相比于移動互聯網采用的常規5G網絡，5G LAN顯然是一個更好的選擇。5G LAN支持工廠局域環境中的設備通過5G網絡連接，進行點對點通信；同時支持廣域設備連接以及業務隔離。5G LAN技術能夠滿足高可靠、低時延、抗干擾和高安全性的工業場景要求，通過網絡化、智能化推動產業結構升級，實現產業的數字化轉型。5G LAN的出現，讓垂直行業數字化轉型有了新方向，讓柔性化生產邁向新臺階，成為工業互聯網創新發展的重要工具。未來，5G LAN在工業互聯領域的商用爆發不可避免，預計2024年將迎來大發展，這對我國工業領域全面走向數字化、網絡化和智能化具有重要的意義。