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5G LAN赋能工业互联网产业发展白皮书随着通信技术的发展，各行各业对网络的可靠性、确定性等提出了更高的需求。5G LAN 作为 3GPP R16 标准定义的关键特性之一，具有组建灵活、直接互通等特性，在网络部署、网络确定性、uRLLC 等方面表现优异，在推动工业互联网 IT/OT 深度融合、助力全连接工厂建设中发挥着重要作用。下面让我们首先来认识一下 5G LAN。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。大家在使用 5G 手机的时候，即便你和朋友离得再近，你的手机都是无法搜索到对方的。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）。“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，推出了 5G LAN 这个新特性功能。1.2 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 支持层二通信（相同网段，互相直接访问），同时支持层三通信（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。01什么是5G LAN5G网络LAN(企业网络)数据中心运营商5G核心网运营商5G基站数据中心骨干网 城域(接入、汇聚)数通设备(交换机、路由器)LANVN Group 1VN Group N数据中心5G基站5G核心网5G LAN管理网元(AMF等)用户数据库(UDM)媒体面网元(UPF)1.1 5G LAN的含义移远通信5G LAN赋能工业互联网产业发展白皮书01移远通信5G LAN赋能工业互联网产业发展白皮书02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。1.3 5G LAN的优势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。其实现的本地组网，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。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，既然有 Wi-Fi，为什么还需要 5G LAN，5G LAN 的优势有哪些呢？5GC控制面5GC控制面5GC控制面5G基站5G基站5G基站5G基站5G基站DN数据网络终端UE终端UE终端UE终端UE终端UE5GC媒体面(UPF)5GC媒体面(UPF)5GC媒体面(UPF-1)5GC媒体面(UPF-2)本地转发模型基于N6接口的转发基于N19接口的转发N3接口N3接口N3接口N19接口N6接口客户网络移远通信5G LAN赋能工业互联网产业发展白皮书031.3.1 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。1.3.2 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。1.3.3 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”。1.3.4 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。供应链设计生产管理服务协作企业客户管理者工厂车间工业以太网ERP、MRP设备传感器仪器仪表MES制造执行系统PLC可编程逻辑控制器DCS分布式控制系统HMI人机界面移远通信5G LAN赋能工业互联网产业发展白皮书04025G LAN模组想要更好地部署 5G LAN，除了网络侧升级之外，还需要 5G 模组的支持。国内领先的模组厂商移远通信，已成功开发出多款支持 5G LAN 技术的 5G 模组，且已实现商用，包括 RG500U、RG200U、RM500U 等 LGA、M.2、Mini PCIe 封装模组。2.1 5G LAN模组有哪些5G LAN 具有二层转发能力，组建灵活、直接互通，且在空间拓展性、移动性、安全性等方面表现优异，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。移远 5G LAN 模组可很好地将 5G LAN 的特性和优势发挥出来。2.2 5G LAN模组的特点移远通信 5G LAN 模组基于紫光展锐 V516 芯片平台开发，在 V516 多项 5G R16 关键技术的加持下，除了 5G LAN，移远 5G LAN 模组还支持 CAG、网络切片、uRLLC 等特性，可靠性达 99.99%，并支持毫秒级空口时延以及精度达 1us 的 5G网络高精度授时，可满足智能电网差动保护、工业制造高精度机器协作、仓储物流多车协同以及工业局域网等诸多行业应用的需求，有效降低了 5G R16 技术的行业应用门槛。与此同时，移远 5G LAN 模组还支持 QuecOpen CPU 开发，支持 Wi-Fi 6 方案、WebUI 方案、语音方案、FOTA 方案、SLA方案、功耗控制方案，并可提供丰富易用的 API 接口，方便客户进行二次开发，更大程度地满足客户定制化开发以及行业低功耗的需求。移远通信5G LAN赋能工业互联网产业发展白皮书05035G LAN的使用通过上文我们了解到，5G LAN 技术优势突出，且应用场景广泛，那么如何在实际场景中使用 5G LAN 技术呢？下面让我们一起来看一下 5G LAN 的使用。3.1.1 5G LAN 的组网架构由于 5G LAN 支持二层组网，不同的 UPF 进行 5G LAN 组网后，相互之间可直接进行通信，通过 5G LAN，各个业务分支机构可随时随地接入内网，替代传统专线，灵活满足 5GtoB 的各种场景需求。可实现如下组网架构：3.1.2 5G LAN 的拨号应用指导第一步，环境搭建，确保终端环境支持 5G LAN。使用支持 5G LAN 功能的模组；更换当前网络为支持 5G LAN 的网络环境（5G LAN 一般部署在专网下，需要咨询基站供应商)；确保 SIM 卡签约开通了 5G LAN 业务。3.1 5G LAN的组网与配置园区1LSWLSWUPF1UPF2UE11UEUE12UE13UE21UE22UE31用户组组1组1组2组2组3VxLAN支持原生层二以太组网、点到点/点到多点通信、支持通信组间隔离5G终端支持L2协议栈5G终端支持L2协议栈N19园区2园区DHCP分配固定IP园区UE间L2/L3互访园区组内L2广播跨园区UE L2/L3互访园区UE到内网互访5G LAN组管理PC11UE11UE12DHCPServerUE13UE21UE22UE31PC11组11235GC组会话第二步，配置会话类型。Ethernet PDN 会话类型（5G LAN DNN 入网）使用 AT+CGDCONT=,（AT+CGDCONT=1,Ethernet,quectel）配置 APN。其中，为 PDP 上下文 ID（即第几路拨号）；为指定分组数据协议类型，此处固定设置为 Ethernet；为接入点名称，用户根据实际使用的网络配置设置该参数。IP PDU 会话类型（非 5G LAN DNN 入网）使用 AT+CGDCONT=,（AT+CGDCONT=1,IP,APN,0,0）配置 APN。其中，为 PDP 上下文 ID（即第几路拨号）为指定分组数据协议类型，可设置为 IP、IPV6 和IPV4V6；为接入点名称，用户根据实际使用的网络配置设置该参数，IP 类型的 APN 和 Ethernet 类型的 APN 不同；控制 PDP 数据是否需要压缩；控制 PDP 头部数据压缩。第三步，配置拨号。模组默认禁用5G LAN拨号功能，需使用AT+QCFG=5GLAN,启用该功能。其中，为PDP上下文ID（即第几路拨号），表示启用或禁用 5G LAN 功能。如需测试多路拨号功能，依次配置多个 并启用 5G LAN 功能即可。此命令配置自动保存，因此只需配置一次即可。执行 AT+QNETDEVCTL 进行拨号。此命令与 IP 拨号兼容，直接拨号即可。如需配置多路 5G LAN 拨号或一路 5G LAN 与一个 IP 的组合拨号方式，配置方法与多路拨号相同，确保 AT+CGDCONT 和AT+QCFG=5GLAN 中配置正确的 IP 或者 5G LAN 类型即可。5G LAN 拨号完成后，5G LAN 的各项特性便可在工业生产等领域发挥作用，进而促进工业互联网的 IT/OT 深度融合。使用 5G LAN 前，不同的 UE 使用默认 IP 拨号后，需通过中心服务器进行数据交换以实现通信，导致网络部署和维护的成本偏高。3.2 5G LAN使用前后对比11232业务痛点：网络调整数据配置修改量大 网络调整需终端厂家开发适配 网络调整需终端、应用、企业多方协同，部署难度大使用5G LAN之前压铸机床机械臂扫描仪单元岛1：100.75.1.x单元岛N：100.75.N.x5G MES终端500个单元岛，每个配置一条隧道UPFL2TP隧道企业CEMES服务器5G MES终端：触摸屏/Linux操作系统/集成5G模组/LAC软件脚本L2TP隧道LNS4机加机床机械臂扫描仪5G MES终端LACLAC312移远通信5G LAN赋能工业互联网产业发展白皮书06使用 5G LAN 之后，不同 UE 终端可以直接进行二层数据交换，无需部署企业 CE（Customer Edge 用户边缘设备）。优势：无需额外建立隧道设备，建网成本降低 支持二层组网，可以使用工业协议报文 降低延迟，降低网络负荷使用5G LAN之后压铸机床机械臂扫描仪单元岛1-N：100.75.1.x5G MES终端UPF会话1会话N会话1：MAC1-MAC4会话N：MAC5-MAC8企业CEMES服务器5G MES终端：触摸屏/Linux操作系统/集成5G模组LNS机加机床机械臂扫描仪5G MES终端MAC4MAC8MAC1MAC2MAC3MAC5MAC6MAC75G LAN 的部署还少不了 5G 通信终端的支持。移远通信与中微普业、深圳宏电等伙伴携手并进，支持 5G LAN 技术的网关产品实现商用。在搭载移远 5G 模组的 5G LAN 网关的加持下，5G LAN 技术在多个场景加速落地，包括智能制造、医院楼宇、智慧矿山无人驾驶等。045G LAN商用案例1423移远通信5G LAN赋能工业互联网产业发展白皮书07浙江宁波某企业作为全国 5G LAN 工业互联网商用试点，在移远模组的赋能下，已经对其精密压铸件制造工厂进行升级，打造了柔性编排工业现场网，让 5G LAN 深入工业生产现场，通过极简工业互联网，实现下挂设备即插即用、动态产线调整等，解决了企业过去面临的网络部署繁琐、网络调配难度大等痛点，展现了 5G LAN 在赋能柔性生产方面的强大能力。4.1 浙江宁波某企业4.2 某汽车制造厂在某汽车制造工厂，通过搭载移远 5G LAN 模组 RM500U 的中微普业 R511 工业网关的应用，5G LAN 融入了汽车生产内网，设备间实现了二层互通，为该汽车制造厂冲压车间和焊接车间的工业相机场景“剪辫子”，同时还解决了柔性生产的问题，减少了因产线调整而停线的时间，大大提升了生产效率。与此同时，原 PLC、服务器组网规划和 IP 配置可继续延用，实现网络即插即用，节约了建网成本，降低了网络改造的难度及端到端时延，让联网维护更敏捷。在实际应用中，R511 工业网关赋能某医院楼宇的 5G（三层连接）、5G LAN（二层连接）、NB-IoT（5G 窄带连接）全连接网络，一张网便可满足 toB+toC各类业务需求，实现了新风闭环智能化控制以及环境的实时监控和及时预警，不仅节约了楼宇智能化改造的通信成本，与传统 5G 专网相比，每个设备端配置命令减少，还节省了大量的人力投入，从而实现了节能减排的能耗效益。4.3 某医院楼宇在RM500U的支持下，中微普业R511工业网关参与到了智慧楼宇项目中，从楼控自动化系统切入，实现了终端设备的互通联动。4G、5G R15 网络配置复杂，在旧楼中进行线缆部署难度大，这时，5G R16 网络即插即用的二层组网优势得以显现，而支持 5G LAN 功能的 R511 工业网关成了一个无处不在的“无线交换机”，成为了使能智慧楼宇网络部署的关键。移远通信5G LAN赋能工业互联网产业发展白皮书084.4 青岛某滚筒洗衣机工厂在山东青岛，移远通信联合深圳宏电等合作伙伴，利用搭载移远模组的深圳宏电 5G LAN 工业网关，创新设计双端无线方案实现拖链控制系统的 5G 化改造，即在主控柜中内置 5G LAN 网关模组，在夹具 I/O 旁挂 5G LAN 网关模组，通过 5G 网络进行无线直连通信，实现了拖链控制系统“剪辫子”，成功帮助青岛某滚筒洗衣机工厂解决了“拖链易损导致产线频繁停机检修”的痛点问题。4.5 智慧矿山无人驾驶除了在工业互联网领域的应用，5G LAN 技术还可赋能智慧矿山无人驾驶场景。据有关机构测算，国内矿山自动驾驶市场规模超千亿。矿车无人驾驶在网络确定性、网络延迟大等方面有着重大挑战。深圳宏电基于移远 5G R16 模组 RG200U 及 RM500U，开发了 H3380、H3960 5G 车载网关，将 5G LAN 技术应用到了智慧矿山无人驾驶场景中。得益于 5G LAN 技术在 uRLLC、网络确定性等方面的优势，深圳宏电 5G 车载网关帮助解决了矿山无人驾驶行业的痛点和难点。像 5G LAN 这样的 5G 专网技术创新，对工业领域全面走向数字化、网络化、智能化，具有重要的意义。除了以上案例，5G LAN 在客户网络细分子网构建、快速开通移动专线、组建移动局域网、构建移动工业互联网等领域应用广泛。未来，5G LAN 将会越来越多地出现在我们的视野中，赋能更多场景的数智化升级，推动工业互联网产业蓬勃发展。移远通信5G LAN赋能工业互联网产业发展白皮书09