（CWW）5G LAN（5GLocal Area Network）是5G网络在工业园区等场景的应用延伸，可以跨地域移动，具有灵活组网、内外网融合、安全管理、易于覆盖等特点，可为LAN内的5G终端提供终端互通或终端隔离等灵活的通信服务。
5G LAN标准制定背景和应用定位
随着5G技术的更新迭代，5G LAN将逐渐成为助力垂直行业应用蓬勃发展的重要技术之一。5G作为“新基建”之首，肩负着驱动国民经济转型升级、促进实体经济与数字经济深度融合、满足各行各业高质量通信服务需求的重任。
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在全球第四次工业革命面临重大突破的关口，5GLAN的价值在于对产业园区和工厂的自动化改造。在工业互联中5GLAN一举打破工业IT与OT（Operation Technology）融合发展的壁垒。园区网络无需新增AR无线路由器等隧道设备，且5GLAN支持广播和多播服务。
R16和R17深度聚焦并重点提升垂直行业服务能力
全球统一的5G标准，是5G规模商用的核心。2018年6月14日5GR15标准（SA）冻结，2020年7月3日R16标准冻结，R17标准更进一步对接垂直行业，R18标准也将持续为5G提供技术演进的动能。5G LAN已逐步成为工厂降本增效的重要推力。正因为5G能够实现工业场景中各种生产要素的无线无缝大连接，所以5G更能够赋能行业场景的数字化升级，服务于工业互联网时代。
5G LAN能满足垂直行业哪些需求
随着5G技术逐步与交通物流、工业制造、能源电力、教育、医疗等垂直行业深度融合，5G使能千行百业成为业界共识。全行业携手推进5GtoB规模商用与发展，探索端到端的5G行业应用解决方案和服务流程已成行业主流认识。与个人移动应用不同，垂直行业应用对网络的需求千差万别，有的应用场景要求低延时、高可靠，有的应用场景要求大带宽，有的应用场景要求专网级的隔离措施以保证安全。面对不同的应用场景，无法用同一个解决方案（或网络产品）满足业务需求，必须针对每一个应用场景，开发一种特定的网络服务，这项工作是5G时代运营商面临的新挑战。在传统通信方式中，终端之间是通过路由器，依靠互联网TCP/IP协议来实现通信的；5G LAN则是通过MAC地址直接选址，通过L2方式进行通信的。5G LAN利用5G大网将不同场景的终端进行“分组”或“建群”，构建特定的或虚拟的LAN网络，将区域内的终端连接在一起，变成“群组”。这既方便了相互之间的数据传输，也降低了外网出口数量。
5G LAN相比企业Wi-Fi的优势
5G LAN因工业需求而生
在满足工业控制需求方面，特别是时延方面，Wi-Fi有固有的缺陷，5G LAN能更好地满足工业机器人、AGV（Automated Guided Vehicle）等自动化场景的需求。5G LAN可以提供VN（Virtual Network）分组，不仅满足隔离通信需求，还实现了不同LAN网络的QoS（Quality of Service）差异化，即针对带宽、时延等不同的要求，方便地为工业自动化控制、办公自动化、运维网络等场景提供差异化的服务能力。在安全性方面，5G LAN更有优势，企业可以设置灵活的授权、认证机制，对不同分组进行区别化管理。Wi-Fi网络抗干扰性、移动性和边缘能力差。目前，运营商正在以5G为核心，全面构建5G、云计算、人工智能融合的新型基础设施。5G进一步提升可靠性，降低时延，能更好地支持业务和会话连续性。
5G LAN覆盖能力远超Wi-Fi
5G LAN的覆盖能力比Wi-Fi更强大，且网络建设更方便快捷，可以通过宏基站加分布系统、热点微站，实现工业园区无缝覆盖。5G网络是专业运营商组建的大网，提供通信级保障，小区间切换能力比Wi-Fi更强，可以给用户带来更好的网络体验和生产保障。
5G LAN 部署简单，网络维护成本低于Wi-Fi
在5G LAN引入之前，工厂基本依赖“有线+Wi-Fi”的组合模式实现终端设备间可靠通信。工厂环境复杂，企业需要自己购置设备和布线，自己规划路由并派专人维护，部署成本高，设备也需要根据需求不断进行升级，从而产生大量沉没成本。
5G LAN则由运营商负责建设和维护，企业不需要自建网络。5G LAN的即插即用能力，可以完美地融合企业现有网络。
5G LAN可进一步解决业务连续性问题
5G LAN引入之前，5G toB核心网控制面采用大区制组资源池的方式进行组网，园区采用CPE（Customer Premise Equipment）+AR（Access Router）路由器的方式接入垂直行业企业局域网。业务连续性存在以下问题。
• 跨大区核心网倒换，业务恢复时间较长：跨大区容灾倒换场景用户需要到备用大区重新注册，集中注册可能引发信令风暴、消息流控，用户恢复时间超过30分钟。
• 核心网割接升级，难以协调同步企业时间窗：核心网升级将影响该网元下所有企业的生产，需提前与每个企业沟通统一的操作时间；每个企业都需要做好人员安排、排产等后备工作。0:00—4:00的通信行业默认操作时间窗不适用于垂直行业。
• 垂直行业企业园区网络组网复杂：目前园区网络仅支持L3互通，不支持L2以太协议栈；需部署AR路由器实现L3与L2的转换，这将造成园区内网络结构复杂、时延增加，且有额外成本。CPE掉线后需重新配置，故障定位困难。
• 业务质量保障手段缺失：基于网元的网络质量保障不再适用业务多样化的垂直行业，网络KPI无法准确反映业务体验情况。垂直行业用户要求提供SLA承诺，企业自建网络设备处于运营商运维“盲区”，造成故障发现不及时，目前快速定界能力不足，无法支撑故障在短时间内排除。
5G LAN则能进一步解决垂直行业组网目前存在的业务连续性问题，能够为用户提供L3VPN（Virtual Private Network）服务以及L2LAN服务。利用5G网络构建5G LAN，为工业控制等领域提供以太局域网，降低本地交换通信时延，实现工业以太网的接入，无需AR路由器完成L3与L2之间的转换，可大幅降低组网和部署的复杂性。相比于CPE+AR路由器的接入和传输方式，5G LAN具有部署简单、成本低、时延低、故障点少、维护管理方便的优点。管理者可以修改用户数据库数据，对特定终端进行业务签约和分组。
5G赋能工业控制是工业互联网创新发展的原动力，也推动了5G网络要从“尽力而为”模式转变为提供“安全稳定的行业连接”模式，必须保证在设备单点故障以及网络改造升级中仍能提供稳定的工业连接和业务“零中断”；在极端情况下，出现故障后要达到快速定界、定位和恢复时间最短。在5G LAN技术引入之前，大部分业务流量在运营商网络需要经过接入、转发、路由等多层设备，对时延敏感业务无法保证连接质量。5G LAN技术则利用了5G在网络广覆盖、超大带宽超高速率、低延时高可靠、高移动性、超大连接、低成本部署等6方面的优势，减少线缆的部署，灵活、快速组建通信环境，可灵活限制终端用户的接入并进行移动管理，保证业务的连续性。同时，5GLAN还可以实现与企业现存网络进行融合，实现相互访问。
5G LAN的关键技术和解决方案
5G LAN关键技术包括组管理技术、动态多播技术等，同时还利用了时延优化技术、网络覆盖和移动性管理技术等，为企业提供IP类型或以太网类型的通信服务。企业终端之间的通信可以发生在相同UPF或UPF之间以及UE和DN之间。在企业网络组建阶段，5G LAN可保证5G网络与企业内网间解耦，5G LAN也可在支持企业原有组网不变的情况下，降低成本并减小改造难度。
5G LAN的组管理技术
5G LAN的组管理技术是指首先要进行VN组划分，将有互访功能的用户组划分到相同的逻辑域，即把特定的终端根据企业需求划分为相同或不同的VN组，同一组内的成员可以进行组内通信，不同组成员间进行逻辑隔离。在配置方式方面，可委托运营商通过网管直接进行VN组配置；在能力开放或者接口开放的前提下也可以由使用企业进行自我配置，灵活地进行VN组动态签约管理。VN组包含3个信息：5G VN组标识、5G VN组成员信息、5G VN数据。
5G LAN流量转发方式
5G LAN定义了组内3种转发方式：Local Switch转发、基于N19接口转发和基于N6接口转发，分别适用于同厂区内UE（共用同一锚点UPF）间转发、跨厂区UE（跨锚点UPF）间转发、UE与DN（Data Network）侧设备间转发等场景，如图1所示。
图15G LAN流量3种转发方式
5G LAN广播、组播复制技术
广播消息在二层以太网通信中十分常见，最初的终端MAC地址学习等都依靠广播消息。5G LAN的定义也支持广播、组播通信。5G LAN技术可以使5G网络支持层二的单播、多播通信和广播域隔离，满足工业场景组网所需的易用性和业务隔离特性。
5G LAN典型应用场景
5G切片和DNN专线是当前可以支撑行业应用的5GtoB主要网络技术。其中5G切片主要是面向5G终端到UPF段3GPP域内网络，提供安全隔离、差异化SLA保障等能力，满足不同行业的需求。而DNN专线则主要面向N6接口（UPF到企业接入路由器），提供专用的VPN、隧道、专线等服务，满足不同行业应用的差异化诉求。这两种技术均是端到端的解决方案，而5G LAN是利用5G网络构建LAN，为工业控制等领域提供以太局域网，降低本地交换通信时延，实现工业以太网的接入，帮助用户加速数字化转型和升级。为了更好地部署5G LAN，除了网络侧升级外，还需要5G模块的支持。
目前5G LAN主要包含3个典型的应用场景。
工厂自动控制场景：5G LAN工作于L2方式，终端间L2互通；UPF类似交换机执行层二本地交换，同时与现存网络互通，无需AR路由器完成L3与L2之间的转换，大幅降低组网和部署的复杂性，如图2所示。
图25G LAN应用于工厂自动控制场景
具体到5G LAN企业应用，浙江某企业作为全国5G LAN工业互联网商用试点，已实现下挂设备即插即用、动态产线调整等。该企业将5G LAN技术应用于工业生产内网，不仅解决了产线设备“剪辫子”问题，且无需增加额外配置，部署效率高。5G LAN在赋能柔性生产方面展现了强大能力，使工厂产线调整效率提升了70%，MES组网交付效率翻了一倍，年均可节约隧道配置维护工作约750人天。在青岛，某企业创新设计双端无线方案完成拖链控制系统的5G化改造，即在主控柜中内置5GLAN网关模组，在夹具I/O旁挂5GLAN网关模组，保证整个5G网络稳定工作在16ms@99.99%可靠性的指标状态，成功解决了工厂“拖链易损导致产线频繁停机检修”的痛点问题。
替代传统“有线+Wi-Fi”场景：园区的5G移动局域网以5G无线网络替代有线，为终端提供就近接入方式。本场景主要应用于园区网络、校园网络等，如图3所示。
图35G LAN应用于替代传统“有线+Wi-Fi”场景
组建企业专网场景：通过N19接口，实现园区内多网关和跨园区多网关之间UE互通，实现企业分支机构动态、极简接入。5G LAN可以作为企业传统专线网络的补充，连接异地分支机构，方便内部园区网络的建设，如图4所示。
图45G LAN应用于组建企业专网场景
该方案支持企业私网同大网APN隔离、企业用户IP自主管理、移动用户随时随地接入、企业分支机构动态、极简接入。
总结与展望
工业控制网络为了适应数据业务实时性的要求，往往采用二层互联，避免TCP/IP协议栈的数据处理给业务造成时延影响。考虑到工业设备二层互通的需求，相比于移动互联网采用的常规5G网络，5G LAN显然是一个更好的选择。5G LAN支持工厂局域环境中的设备通过5G网络连接，进行点对点通信；同时支持广域设备连接以及业务隔离。5G LAN技术能够满足高可靠、低时延、抗干扰和高安全性的工业场景要求，通过网络化、智能化推动产业结构升级，实现产业的数字化转型。5G LAN的出现，让垂直行业数字化转型有了新方向，让柔性化生产迈向新台阶，成为工业互联网创新发展的重要工具。未来，5G LAN在工业互联领域的商用爆发不可避免，预计2024年将迎来大发展，这对我国工业领域全面走向数字化、网络化和智能化具有重要的意义。
