5G LAN架构特性介绍

刘寿梅1  李慧敏2  贾霄1

摘要：5G LAN即LAN over 5G网络，3GPP中又名为5G VN，是3GPP的移动虚拟局域网，属于3GPP R16阶段中新引入的功能。主要基于5G网络和5G终端的连接能力来提供的私有移动LAN服务业务，允许已知限定的终端组可以在该交换环境内基于Ethernet或者IP完成P2P通信，从而满足工业互联网、企业办公、车联网、智能家居等细分化业务的需求。本文重点论述5G LAN产生背景、组网架构、实施原理及具体场景应用。

关键词：5G LAN；二层组网；场景应用

一、5G LAN产生背景

随着5G商用化推进，5G+工业互联网、5G+智慧校园、5G+智慧港口等业务蓬勃发展，基于5G+业务发展及“万物互联”的需求，原有的层三组网架构已无法满足客户需求；而5G LAN技术则实现了5G原生极简二层组网，在5G ToB领域存在广泛应用场景和需求。

5GLAN对行业用户的价值：

安全性： 2B私网隔离，数据和通信在私网内，数据不出园区；

跨区域广覆盖：5G覆盖&UPF互联，多分支机构跨区域互联，实现跨区域的专网；

极简：支持单播，广播，组播通信，支持直接、间接通信；无需物理布线组网，即时开通，简化运维部署；

移动性：私网业务移动连续性，移动用户可以随时随地接入；

可信&性能保障：基于运营商的5G网络，为企业私网提供可靠、可信和性能保障。

二、5G LAN概述

（一）术语解释

5G VN：支持5G LAN业务的虚拟专网；

5G VN组（Group）：参与5G LAN业务专网通信的一组UE；

5G LAN业务：基于5G提供的IP或以太类型专网通信服务；

点对点通信：5G VN组内两个UE之间的通信；

点对多点通信：5G VN组内单个UE和多个UE之间的通信；

专网通信：一组限定集合的UE之间的通信。

（二）5G LAN技术特性

不仅仅是对传统组网方式(有线/WLAN)的替代，5G LAN属于公网专用。利用5G网络在组网时具有的灵活性、可扩展性、覆盖范围/移动性、网络容量、服务质量、部署成本、可控/安全/认证等方面的绝对优势，为垂直行业提供使能技术，为企业用户提供私有定制的5G移动专网，从而进入企业园区、工业园区等5G 2B市场。5G LAN具备如下技术特性：

动态组管理：增强网络能力开放，支持AF（Application function，应用功能网元）通过NEF（Network Exposure Function，网络能力开放）服务/UDM（Unified Data Management，统一数据管理）服务动态创建5G LAN组和对应的虚拟网络、支持用户通过能力开放按需创建/更新虚拟网络的组和组成员。

用户面架构增强：除了UE—DN的用户面架构，还支持基于本地交换的用户面架构和基于N19交换的用户面架构。

无缝切换支持业务连续性：支持PDU（协议数据单元）会话锚点切换的移动场景下，UE（终端）地址不变，保障业务连续性，实现如影随行的私有专网。

本地交换和跨UPF（User Plane Function，用户面功能）通信：UPF模拟L2/L3数据本地交换，实现单播和广播转发；支持跨UPF路径管理和与存量LAN互通，实现跨UPF数据交换，实现广域组网。

三、5G LAN特性组网架构

（一）组网架构

5G系统提供本地服务的5GLAN交换网络，在5GLAN的用户之间提供IP类型或者以太类型的数据传输。

单SMF管理，负责确定用户数据传输路径和5GLAN中所有会话的报文处理规则；

增强SMF、UPF和N4接口支持local switch。

5G LAN组网支持两种架构：

分布式架构：多PSA-UPF，跨PSA-UPF交换（PSA-UPF之间的接口称为N19接口）；

集中式架构：单PSA-UPF，处理5GLAN上所有数据。

图一 5G LAN组网架构图

（二）5G LAN关键技术-组管理流程

图二 5G LAN组管理流程图

0、NF如AMF，SMF，PCF向UDM订阅信息更新通知。

1、AF需要发起组管理（新建、更新、删除），调用Nnef_ParameterProvision服务的对应操作，参数涉及：组标识包含外部组ID和内部组ID、组成员 (GPSI list)、组数据 (PDU会话类型，DNN ，S-NSSAI切片 ，应用描述符，AAA信息)。

2、NEF向UDM提供外部组ID，组成员和组数据，在UDM更新组成员的签约数据，或者在UDM中创建、更新或删除组的签约数据，调用Nudm_ParameterProvision服务对应操作，

3、UDM从UDR中读取对应的签约数据。

4、UDM更新对应的签约数据，存储到UDR。若有需要，则UDM在UDR中同时也会更新相应UE的签约数据内部组ID列表；UDM将使用内部组ID、外部组ID和组成员列表更新相关组签约数据中的组标识符业务。

四、5G LAN应用场景

应用场景1：工业制造

工业控制场景中，实现无线替代有线。使用5G网络构建5G LAN，为工业控制等领域提供以太局域网，终端就近接入，同时可以实现本地交换降低通信时延，实现工业以太网的接入。

图三 5G LAN工业制造组网图

部署模式：5GLAN工作于层二方式，终端间（含移动终端与存量网络终端）层二互通；UPF类似交换机执行层二本地交换，同时与存量网络互通。

应用场景2：移动办公

UPF全互连模式部署，某个UPF与固定LAN锚定。终端IP地址为企业私网，企业漫游终端设备通过移动专网（接入UPF到锚定UPF）返回到企业总部，达到让私网如影随行的效果。

图四 5G LAN移动办公组网图

应用场景例3：替换WiFi网络

一般适用于小型企业/校园网络/家庭网络组网中，3GPP移动网络替代WiFi，提供更高质量无处不在的网络。

图五 5G LAN小型企业/校园网络/家庭网络组网图

五、结语

5G LAN是5G网络在工业园区、智慧家居、港口/矿山/钢铁、电力能源等场景的应用延伸。不局限于时间、地点、接入类型、频谱类型、部署模式，可保证5G专网数据连接的传输体验相同；并支持单播、广播、组播通信，支持直接、间接通信等功能；可保障UE在移动过程中，5G LAN服务的连续性；支持L2组网模式，终端就近接入，并且实现本地交换降低通信时延。综上，5G LAN新技术的发展，必将成为5G+业务发展的重要里程碑。

参考文献：

[1]朱雪田.3GPP R16的5G演进技术研究[J].电子技术应用.2020,46(10):1-7，13.

[2]施南翔，宋月，刘景磊,等.5G核心网标准化进展及B5G演进初探[J].移动通信，2020，44(1):2-7.

作者简介：刘寿梅（1978－），女，山东烟台，汉族，工学学士，山东烟台联通公司高级通信工程师，研究方向：移动通信核心网。

李慧敏（1979－），女，山东济南，汉族，工程硕士，山东省联通公司高级通信工程师，研究方向：移动通信核心网。

贾霄（1977－），男，山东烟台，汉族，工程硕士，山东烟台联通公司高级通信工程师，研究方向：无线通信。