第9章 无线网络和移动网络

管制机制

IEEE 802.11

9.1 无线局域网WLAN

WLAN（Wireless Local Area Network）：无线局域网的简写，提供无线网络连接。

便携站（Portable Station）与移动站（Mobile Station）的区别：

• 便携站：便于移动，但工作时位置固定。例子：笔记本电脑
• 移动站：不仅可移动，还能在移动过程中进行通信，应用程序不受位置变化影响。例子：智能手机
• 移动站特点：
  • 使用电池供电。
  • 支持无缝切换，通信不中断。

9.1.1 无线局域网的组成

无线局域网可分为两大类。第一类是有基础设施的，第二类是无基础设施的

1、IEEE 802.11 - 有基础设施的

802.11 是无线以太网的标准，使用星形拓扑结构。

核心设备：

• 接入点（AP）- 又称为无线接入点（WAP）：无线局域网的基础设施，连接无线站点和有线网络【无线设备连接到有线网络】。
• 在企业环境中，AP 通常与路由器分开，而在家庭环境中，AP 常嵌入路由器功能，称为无线路由器。

802.11 标准规定：

• 无线局域网的MAC层使用 CSMA/CA（冲突避免载波监听多路访问）协议。
• 无线局域网常称为Wi-Fi。
• 无线局域网的最小构件是基本服务集BSS(Basic Service Set)

基本服务集BSS(Basic Service Set)与相关概念

• 基本服务集（BSS）：
  • 无线局域网的最小构件，包括一个接入点（AP）和若干个移动站（包括主板装有装有 Wi-Fi适配器的台式电脑）。
  • 各站点在本 BSS 内的通信或与外部站点的通信，都必须通过 AP。
  • BSS的服务范围是由移动站所发射的电磁波的辐射范围确定的。
• 服务集标识符（SSID）(Service Set IDentifier)：
  • 每个 AP 分配一个不超过 32 字节的 SSID，代表无线局域网的名字。
  • SSID 使用字符串形式，便于记忆。
• 基本服务区（BSA）(Basic Service Area)：
  • 一个基本服务集BSS所覆盖的地理范围，直径一般不超过 100 米。
  • 类似于无线移动通信中的蜂窝小区。
• 基本服务集标识符（BSSID）:
  • 接入点 AP 出厂时分配一个唯一的 48 位二进制数字的 MAC 地址
  • BSSID 与 SSID 的区别：
    • BSSID：链路层设备的唯一标识，用于帧传输。
    • SSID：用户可见的无线局域网名称，便于记忆。
• 扩展服务集（ESS）（ Extended Service Set）：
  • 通过分配系统（DS）连接多个基本服务集（BSS）形成的更大网络。
  • 在一个扩展服务集（ESS）内，几个不同的基本服务集（BSS）可能存在相交的部分。
  • 分配系统使得扩展服务集对上层的表现就像一个基本服务集（BSS）一样，简化了网络管理和通信。
• 扩展服务集标识符（ESSID）:
  • 是一个字符串名字，长度不超过 32 个字符，用于标识整个扩展服务集。

无线局域网所用的信道(channel)

• 频段

  • 无线局域网通常使用 2.4 GHz 和 5 GHz 频段。

  • 每个频段划分为若干个信道（channel），供不同的无线局域网使用。

• 2.4 GHz 频段的信道划分

  • 信道数量：

    • 根据 802.11b 标准，2.4 GHz 频段定义了 11 个部分重叠的信道。

    • 信道间隔：相邻信道的中心频率 相差 5 MHz 。

    • 信道带宽：每个信道的带宽约为 22 MHz。

  • 信道重叠：

    • 仅当两个信道由 四个或更多信道 隔开时，它们彼此才无重叠。—— 信道 1、6 和 11 是唯一的三个非重叠信道的集合。

• 信道的选择与干扰

  • 信道选择：无线路由器（接入点设备）出厂时预设了 SSID 和 信道，用户可以自行更改。

  • 干扰处理：当发现附近的接入点使用的信道对自己有干扰时，可以通过重新设置本服务集接入点的信道来避免干扰。

移动站与接入点 AP建立关联

• 建立关联(association)：表示这个移动站加入了选定的 AP所属的子网，并和这个接入点 AP 创建了一个虚拟线路。

• 建立关联方法：一个移动站可以同时进行主动扫描和被动扫描

  • 被动扫描
    • 接入点 AP周期性发出信标帧(beacon fame),
    • 移动站A扫描11个信道，选择愿意加入接入点AP₂所在的基本服务集BSS₂，
    • 移动站A向 AP₂发出关联请求帧(Association Request frame),
    • 接入点AP₂同意移动站 A 发来的关联请求，向移动站A发送关联响应帧(Association Response frame)。
  • 主动扫描
    • 移动站 A主动发出广播的探测请求帧(Probe Request fame)，让所有能够收到此帧的接入点都能够知道有移动站要求建立关联
    • 现在两个接入点都回答探测响应帧(Probe Response frame)。
    • 移动站 A 向 AP₂发出关联请求帧。
    • 接入点 AP₂向移动站 A 发送关联响应帧，与移动站 A建立了关联。

  

• 若移动站使用重建关联(reassociation)服务，就可把这种关联转移到另一个接入点。

• 若移动站使用分离(dissociation)服务时，就可终止这种关联。

热点（Hot Spot）

• 定义：是指公共场所（如办公室、机场、咖啡馆、酒店、购物中心等）向公众提供 Wi-Fi 接入的区域。——公众无线入网点
• 特点：
  • 设备来源：通常由公共场所的网络运营商或管理方提供，使用有线互联网连接作为后端。
  • 服务方式：免费或有偿，取决于提供方
  • 覆盖范围：热点通常覆盖一个固定的区域，如整个办公室、一个咖啡馆或机场的一部分。
  • 用户群体：面向公众开放，任何人都可以连接（前提是有合法的访问权限）。
• 热区(hot zone)：由许多热点和接入点 AP 连接起来的区域。

手机热点（Mobile Hotspot）

• 定义：
  • 手机热点是指通过智能手机或其他移动设备（如平板电脑）创建的便携式 Wi-Fi 网络。
  • 用户可以将手机的移动数据连接共享给附近的其他设备（如笔记本电脑、平板电脑或另一部手机）。
• 特点：
  • 设备来源：由用户的个人移动设备（主要是智能手机）创建。
  • 服务方式：手机热点通常使用移动数据网络（如 4G/5G）作为互联网后端。用户需要为移动数据流量付费。
  • 覆盖范围：范围较小，通常在几米到几十米之间，取决于设备的信号强度和环境干扰。
  • 用户群体：仅供个人或授权用户使用，例如家庭成员或团队成员。

加密

• 无线局域网普遍采用了WPA(Wi-Fi Protected Access，“无线局域网受保护的接入”)第二代——WPA2，替代早期的 WEP（Wired Equivalent Privacy，有线等效加密）

• 无线局域网用户在和附近的接入点 AP建立关联时，一般还要键入用户口令。键入正确后，才能和在该网络中的AP建立关联。

2、移动自组网络 - 无基础设施

• 移动自组网络（Mobile Ad Hoc Network, MANET）又称 自组网络(ad hoc network)
• 自组网络没有基本服务集中的接入点 AP，而是由一些处于平等状态的移动站相互通信组成的临时网络。
• 自组网络的服务范围是受限的，且自组网络一般不和外界的其他网络相连接(也不能接入到互联网)。移动自组网络也就是移动分组无线网络。
• 自组网络中每一个移动设备都具有路由器转发分组的功能

短距离通信和小规模网络中：Wi-Fi Direct 协议——属于移动自组网络（MANET）的一种实现方式

常见例子：投屏，文件共享等

无线传感器网络WSN (Wireless Sensor Network)

• 移动自组网络的一个子集
• 无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线通信技术构成的自组网络。
• 无线传感器网络的应用就是进行各种数据的采集、处理和传输，一般并不需要很高的带宽，但是在大部分时间必须保持低功耗，以节省电池的消耗。
• 典型的传感器节点的组成，它的主要构件包括CPU、存储器、传感器硬件、无线收发器和电池。
• 无线传感器网络中的节点基本上是固定不变的
• 主要的应用领域就是组成各种物联网IoT(Internet of Things)

物联网IoT(Internet of Things)

• 定义

  • 物联网：通过互联网将各种设备（如传感器、执行器、智能设备等）连接起来，实现数据的采集、传输、处理和应用。

  • 核心目标：实现物理世界与数字世界的互联互通，提升生活和生产的智能化水平。

• 物联网的体系结构

  物联网通常可以分为四个层次：

  (1) 感知层

  • 功能：负责采集物理世界的数据。
  • 技术：
    • 传感器：如温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、压力传感器等。
    • RFID：射频识别技术，用于物品的自动识别和数据传输。
    • 摄像头：用于图像和视频数据的采集。
    • 二维码/条码：用于物品信息的快速识别。

  (2) 网络层

  • 功能：负责将感知层采集的数据传输到平台层。
  • 技术：
    • 有线网络：如以太网、光纤。
    • 无线网络：
      • Wi-Fi：广泛应用于家庭和办公环境。
      • 蓝牙：用于短距离数据传输，如智能穿戴设备。
      • ZigBee：适用于低功耗、低速率的场景，如智能家居。
      • 蜂窝网络（4G/5G）：适用于广域覆盖的场景，如智慧城市。
      • LPWAN：如LoRa、NB-IoT，适合远距离、低功耗的设备。

  (3) 平台层

  • 功能：负责数据的存储、处理和分析。
  • 技术：
    • 云计算：提供弹性扩展的计算和存储能力。
    • 大数据分析：从海量数据中提取有用信息。
    • 人工智能（AI）：实现智能决策和自动化控制。
    • 边缘计算：在设备端进行数据处理，减少延迟。

  (4) 应用层

  • 功能：将物联网技术与具体应用场景结合，提供用户服务。
  • 应用场景：
    • 智慧城市：智能交通、智慧路灯、智能安防。
    • 智能家居：智能灯光、智能音响、智能安防。
    • 工业物联网（IIoT）：设备监控、预测性维护。
    • 智能医疗：远程健康监测、智能诊断。
    • 智能农业：环境监测、自动灌溉。

移动自组网络和移动IP区别：

特性	移动 IP	移动自组网络
基础设施依赖性	依赖固定的互联网基础设施（如路由器、基站）。	不依赖固定基础设施，完全自治。
路由选择协议	使用传统的互联网路由协议（如 IP 路由协议）。	使用专为移动自组网络设计的路由协议（如 AODV、DSDV）。
应用场景	适合主机在不同网络之间漫游（如笔记本电脑）。	适合无固定网络支持的环境（如战场、车载网络）。
网络结构	主机通过固定网络连接到互联网。	网络完全由移动节点构成，动态自组织。
通信模式	允许穿越网络的通信流量。	作为末梢网络，通信量不能穿越网络内部。

9.1.2 802.11局域网的物理层

标准	别名	频段	最高数据率
802.11 n	Wi-Fi 4	2.4 /5 GHz	600 Mbit/s
802.11 ac	Wi-Fi 5	5 GHz	7 Gbit/s
802.11 ax	Wi-Fi 6	2.4 /5 GHz	9.6 Gbit/s
802.11 be	Wi-Fi 7	2.4 /5 /6 GHz	30 Gbit/s

9.1.3 802.11局域网的MAC层协议

无线局域网不采用 CSMA/CD 协议 而是采用 CSMA/CA 协议

CSMA 协议

载波监听多点接入(Carrier Sense Multiple Access )

CSMA协议在ALOHA协议基础上提出改进:在发送数据之前，先监听信道是否空闲，只有信道空闲时，才会尝试发送

CSMA/CD 协议 - 总线型 - 半双工

用于早期有线以太网（总线型）

最早的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。

以太网为了通信简便采取了两种措施：

• 不必先建立连接就可以直接发送数据

  • 适配器对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。

  • 以太网提供的服务是尽最大努力的交付，即不可靠的交付【信道质量产生差错的概率是很小】。

  • 在同一时间只能允许一台计算机发送数据，否则各计算机之间就会互相干扰，使得所发送数据被破坏。CSMA/CD协议【载波监听多点接入/碰撞检测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)】用来减少冲突发生的概率。

• 发送的数据都使用曼彻斯特编码

  • 缺点：频带宽度比原始的基带信号增加了一倍

CSMA/CD协议定义：

载波监听多点接入/碰撞检测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

• 载波监听(CS): 是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞;

• 多点接入(MA): 表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上;

• 碰撞检测(CD): 边发送边监听【检测信道上的信号电压大小】，判断发送的数据是否与其他站发送的数据产生了冲突。

  当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加);
  当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞:

​ 不管在想要发送数据之前，还是在发送数据之中，每个站都必须不停地检测信道。先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发

电磁波在1km 电缆的传播时延约为5μs

争用期 / 碰撞窗口：

在发送数据帧后至多经过时间 2τ就可知道发送的数据帧是否最先发送数据帧的茫遭受了碰撞:
以太网的端到端往返时延 2τ称为争用期，或碰撞窗口:
经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞

最短帧长计算：
$$\begin{gathered} \frac{F_l}{D_s}\ge 2\tau =>F_{lmin}=2\tau \times D_s \\ {F}_l:帧长D_s:数据传输速率 \end{gathered}$$
以太网争用期为2τ=51.2μs —— 10 Mbit/s 以太网取 51.2μs为争用期的长度。对于10 Mbit/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节。以太网最小有效帧长为64字节。长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。

截断二进制指数退避(truncated binary exponential back off)算法来确定碰撞后重传的时机：

发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟(退避)一个随机时间【r倍的基本退避时间：2τ * r】才能再发送数据
2τ：争用期
r：从整数集合[0,1… (2^k-1)]中随机地取出一个数;
k = Min[重传次数, 10]

• 当k≤10 时，参数k等于重传次数，在[0,(2^k-1)]区间随机取一个整数r;
• 当 10<k<16时，在[0,(2¹⁰-1)]区间随机取一个整数r；
• 当k=16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告

CSMA/CD协议步骤总结：

• (1) 准备发送。从网络层获得一个分组，组成以太网帧，放入适配器的缓存中

• (2) 检测信道。若检测到信道忙，则应不停地检测，一直等待信道转为空闲。若检测到信道空闲，并在 96 比特时间【即发送 96 比特所需的时间）内信道保持空闲(保证了以太网帧间最小间隔96 比特时间)，就发送这个帧。

  【10 Mbps以太网：9.6 μs；100 Mbps以太网：0.96 μs】

• (3) 检查碰撞。网络适配器要边发送边监听。
  这里只有两种可能性:

  • ① 发送成功: 在争用期内一直未检测到碰撞，发送成功。发送完毕后，其他什么也不做。然后回到(1)
  • ② 发送失败: 在争用期内检测到碰撞。立即停止发送数据，并发送人为干扰信号，执行指数退避算法，等待 r 倍 512 比特时间【以太网争用期时间：512 比特时间】后，返回到步骤(2)。

  重传达 16 次仍不能成功，则停止重传而向上报错。

强化碰撞 - 人为干扰信号：

• 立即停止发送数据，再继续发送若干比特的人为干扰信号，让所有用户都知道现在已经发生了碰撞;
• B 也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号，

CSMA/CA 协议

用于IEEE 802.11 无线局域网(WiFi)

载波监听多点接入/冲突避免(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)

接入点（Access Point，AP）： 是无线网络中的关键设备，用于将无线设备（如智能手机、笔记本电脑、平板电脑）连接到有线网络。【手机热点（Mobile Hotspot） 本质上也是一个 无线接入点（AP），允许用户将手机的移动数据连接共享给其他无线设备，使这些设备能够通过 Wi-Fi 接入互联网】

家用路由器 = 路由器 + 交换机 + 接入点(AP)

为什么无线局域网不采用 CSMA/CD 协议?

CSMA/CA 协议两种模式：

帧间间隔IFS

• DIFS，最长的IFS： 每次“帧事务”开始之前需要等待的时间
• SIFS，最短的IFS： 收到一个帧后需要预留的一段处理时间
• PIFS，中等长度的IFS： 考研可不关注PIFS

DIFS（Distributed Interframe Space）

• 定义：DIFS 是分布式帧间隔时间，用于普通设备的通信竞争。
• 用途：适用于所有设备（如笔记本电脑、手机等）在无线网络中的正常数据传输。
• 优先级：较低，适用于大多数应用场景。

PIFS（PCF Interframe Space）

• 定义：PIFS 是点协调功能帧间隔时间，用于优先级较高的设备或数据传输。
• 用途：主要用于支持时间敏感的应用（如视频流、语音通信等），确保这些应用能够抢占信道。
• 优先级：较高，优先于 DIFS。

• 第一种【不考虑"隐蔽站"问题】

  • 发送方，先听后发，忙则退避

    • 若信道空闲，间隔DIFS后，再发送帧(一口气发完，发送过程中不用检测冲突)

    • 若信道不空闲，则进行“随机退避”

      “随机退避”原理:
      ①用二进制指数退避算法确定一段随机退避时间(倒计时)
      ②发送方会保持监听信道，只有信道空闲时才"扣除倒计时"倒计时结束后立即发送帧(此时信道“听起来”一定空闲)

  • 接收方:停止等待协议 – 每收到一个正确数据帧都返回ACK; 若发送方超时未收到ACK，则进行“随机退避”

    

• 第二种【解决"隐蔽站"问题】- 信道预约机制(可启用可不启用功能-先预约，再发送)

  RTS控制帧(Request To Send，请求发送) – 它包括源地址、目的地址和这次通信所需的持续时间。
  CTS控制帧(Clear To Send，允许发送) – 它也包括源地址、目的地址和这次通信所需的持续时间。

  • 发送方广播RTS控制帧（先听后发，忙则退避）【需在RTS中指明预约时长】

  • AP广播CTS控制帧【需在CTS中指明预约时长】

  • 其他无关节点收到CTS后自觉“禁言"一段时间(即:虚拟载波监听机制)；发送方收到 CTS后，就可以发送数据帧

  • AP收到数据帧后，进行CRC校验，若无差错就返回ACK帧

  • 如果超时未收到CTS,说明预约失败，则“随机退避”后再次RTS预约

  

9.1.4 802.11局域网的MAC帧

802.11 帧共有三种类型，即控制帧、数据和管理帧

802.11数据帧

• MAC header - MAC首部，共 30字节。

  • Frame Control（帧控制字段）

    • 长度：2 字节
    • 内容：包含多个子字段，用于描述帧的类型、子类型、协议版本、控制信息等。
    • 关键子字段 - 11 个：
      • Protocol Version（协议版本）：指示使用的 802.11 协议版本（通常为 0）。
      • Type（类型）：指示帧的类型（管理帧、控制帧、数据帧）。
      • Subtype（子类型）：进一步定义帧的子类型（如 Beacon、ACK、Data 等）。
      • To DS（目标分布系统） 和 From DS（源分布系统）：指示帧是否发往或来自分布系统（如 AP）。
      • More Fragments（更多分片）：指示是否还有更多分片。置为1时表明这个帧属于一个帧的多个分片之一。
      • Retry（重传）：指示这是否是重传帧。
      • Power Management（功率管理）：指示设备的电源状态。
        • 功率管理字段置为0，就表示这个移动站是处于活跃状态。
        • 功率管理字段置为1，则表示在成功发送完这一帧后，即进入待机状态。
        • 由于接入点AP总是处在活跃状态，因此AP发送的MAC帧的功率管理字段总是置为0。
      • More Data（更多数据）：指示是否有更多数据要发送。
      • Protected Frame（被保护帧）：指示帧是否经过加密。(WEP -> WPA )
        • 若WEP=1，就表明对 MAC 帧的帧主体字段采用了加密算法。
      • Order（顺序）：指示是否需要按顺序接收帧。

  • Duration（持续期字段）

  • 长度：2 字节

  • 内容：指示帧的持续时间，用于避免冲突 -【CSMA/CA 协议】。只有最高位为0时才表示持续期。持续期不能超过2¹⁵-1=32767，单位是微秒。

  • 作用：用于指示设备在发送此帧后需要占用信道的时间，以便其他设备知道何时可以访问信道。

  • Address 1（地址 1）

    • 长度：6 字节

    • 内容：接收方的 MAC 地址。

    • 作用：通常是目标设备的地址。

  • Address 2（地址 2）

    • 长度：6 字节

    • 内容：发送方的 MAC 地址。

    • 作用：通常是发送设备的地址。

  • Address 3（地址 3）

    • 长度：6 字节

    • 内容：用于网络拓扑中的其他地址（如 AP 的MAC地址）。

    • 作用：根据帧的类型和子类型，这可以是分布系统（DS）的地址或其他相关地址。

  • Sequence Control（序列控制字段 SC）

    • 长度：2 字节 - 16位

    • 内容：包含分片号和序列号。

    • 作用：序号控制的作用是使接收方能够区分开是新传送的帧还是因出现差错而重传的帧。

      • Sequence Number（序列号）：用于标识帧的顺序，防止帧的丢失或重复。序号子字段占12位(从0开始，每发送一个新帧就加1，到4095后再回到0)
      • Fragment Number（分片号）：如果帧被分片，分片号用于标识分片的顺序。分片子字段占4位(不分片则保持为0。如分片，则的序号子字段保持不变，而分片子字段从0开始，每个分片加1，最多到15)
      • 重传的帧的序号和分片子字段的值都不变。

  • Address 4（地址 4）

    • 长度：可选，6 字节

    • 内容：仅在某些特定帧类型中使用，用于指示其他相关MAC地址。

    • 作用：通常在点对点通信或中继场景中使用。

• Payload/Data（负载）- 帧主体: 帧的数据部分，不超过2312字节。通常都小于 1500 字节。
• FCS（帧校验序列）: ，共4字节。用于错误检测的循环冗余校验（CRC）值。

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地址3和地址4取决于数据帧中的“来自AP”和“去往 AP”这两个字段的数值。

去往 AP	来自 AP	地址 1	地址 2	地址 3	地址4
0	1	接收地址=目的地址	发送地址 =AP 地址	源地址	–
1	0	接收地址=AP地址	发送地址=源地址	目的地址	–

假定在一个基本服务集中的站点A向站点B发送数据。

• 在站点A发往接入点AP的数据帧的帧控制字段中,“去往AP=1”而“来自 AP=0”。
  • A→AP的数据帧首部:
    • 地址1:接收地址(不是目的地址)是AP的地址BSSID
    • 地址2:发送地址，即源地址，也就是站点A的地址MAC_A。
    • 地址3:目的地址(不是接收地址)是站点B的地址MAC_B。
• 接入点 AP收到数据帧后，转发给站点B，但在数据的控制字段中，“去往 AP =0”而“来自 AP=1”。
  • AP→B的数据帧首部:
    • 地址1:接收地址就是目的地址 MAC_B。
    • 地址2:发送地址(不是源地址)是接入点AP的地址BSSID。
    • 地址3:源地址(不是发送地址)是站点A的地址MAC_A。

9.2 无线个人区域网WPAN

无线个人区域网WPAN(Wireless Personal Area Network)：在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备(如便携式电脑、平板电脑、便携式打印机以及蜂窝电话等)用无线技术连接起来自组网络，不需要使用接入点AP，整个网络的范围约为10m。

• WPAN可以是一个人使用，也可以是若干人共同使用
• 无线个人区域网WPAN和个人区域网PAN(Personal Area Network)并不完全等同，PAN不一定都是使用无线连接的。
• WPAN是以个人为中心来使用的无线个人区域网，它实际上就是一个低功率、小范围、低速率和低价格的电缆替代技术。
• WPAN 都工作在2.4GHz的ISM频段。
• 欧洲的ETSI标准则把无线个人区域网取名为 HiperPAN。

1、蓝牙系统

• 蓝牙版本的理论数据：

  • 第一代蓝牙【1.0】的数据率仅为720kbit/s，通信范围在10m左右

  • 第四代蓝牙【4.0】。这个版本增加了低耗能蓝牙BLE(Bluetooth Low Energy)。数据率已提高到3 Mbit/s, 传输距离可达100m。

  • 第五代蓝牙【5.0】的数据率上限达 24 Mbit/s，有效传输距离最高可达300m。

• 蓝牙使用 TDM【时分复用】方式和FHSS【跳频扩频】技术 - 【数据传输会在多个频率之间快速切换，跳频模式由伪随机序列控制。】，组成不使用接入点AP的皮可网(piconet)【piconet 是“微微网”，前缀 pico-是微微(10^-12)】

• 每一个皮可网有一个主设备(Master)和最多7个工作的从设备(Slave)。

• 通过共享主设备或从设备，可以把多个皮可网链接起来，形成一个范围更大的扩散网(scatternet)。

• 蓝牙技术应用场景：

  • 计算机与外设(鼠标、键盘、耳机、打印机等)的连接，
  • 家居自动化(如室内照明、温度、家用电器的控制等)，
  • 医疗和保健(如血糖、血氧、心率的监测)，
  • 汽车上的各种蓝牙设备的连接等等。

2、低速 WVPAN

低速 WPAN 主要用于工业监控组网、办公自动化与控制等领域，其速率是2~250 kbit/s。

ZigBee + ZigBee / 802.15.4

ZigBee 技术主要用于各种电子设备(固定的、便携的或移动的)之间的无线通信。

特点：

• 通信距离短(10~80m)，传输数据速率低，并且成本低廉。
• 功耗非常低。在工作时，信号的收发时间很短; 而在非工作时，ZigBee节点处于休眠状态(处于这种状态的时间一般都远远大于工作时间)。
• 网络容量大。一个ZigBee的网络最多包括有255个节点，其中一个是主设备(Master)，其余则是从设备(Slave)。若是通过网络协调器(Network Coordinator)，整个网络最多可以支持超过64000个节点。

MAC层：主要沿用802.11无线局域网标准的CSMACA协议。这就是在传输之前会先检查信道是否空闲，若信道空闲，则开始进行数据传输:若没有收到确认，则执行退避算法重传。

网络层：ZigBee可采用星形和网状拓扑，或两者的组合。

ZigBee 网络最多可以有255个节点。ZigBee的节点按功能的强弱可划分为两大类，即全功能设备FFD (Full-Function Device)和精简功能设备RFD(Reduced-Function Device)。

• RFD节点是 ZigBee 网络中数量最多的端设备，它的电路简单，存储容量较小，因而成本较低。
• FFD节点具备控制器(Controller)的功能，能够提供数据交换，是ZigBee 网络中的路由器。
• RFD节点只能与处在该星形网中心的FFD节点交换数据。
• 在一个ZigBee网络中有一个FFD充当该网络的协调器(coordinator)——负责维护整个ZigBee 网络的节点信息，同时还可以与其他 ZigBee 网络的协调器交换数据。通过各网络协调器的相互通信，可以得到覆盖更大范围、超过65000个节点的 ZigBee 网络。

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NFC（Near Field Communication，近场通信）

• 工作在 13.56 MHz 频率，通信距离通常在几厘米，安全性要求高。

• 主要用于低速数据传输，例如移动支付、身份验证、设备配对等

3、高速 WVPAN

支持11~55 Mbit/s的数据率

超高速 WPAN——使用超宽带 UWB(Ultra-Wide Band)技术。UWB 规定为:超宽带技术使用了瞬间高速脉冲，因此信号的频带就很宽，就是指可支持100~400Mbit/s的数据率，优势是实现高精度的定位和追踪功能。例子：AirTag

Wi-Fi Direct

是一种基于 Wi-Fi 技术的点对点连接方式，允许设备之间直接通信，而无需通过接入点（AP）或路由器。

技术	工作频率	传输速率	通信距离	功耗	典型应用
Wi-Fi Direct	2.4 GHz 或 5 GHz	最高可达 867 Mbps（802.11ac 标准）	≤200 米（中短距离）	中等（设备需开启 Wi-Fi）	文件共享、打印、

AirDrop 的技术实现

1. 蓝牙

• 角色：
  • 在 AirDrop 的初始阶段，设备之间通过 蓝牙 进行快速配对和发现。
  • 蓝牙用于建立初始连接，并交换 Wi-Fi 的连接信息。
• 功能：
  • 蓝牙用于检测附近支持 AirDrop 的设备，并帮助用户选择接收方。
  • 一旦配对完成，文件传输会切换到 Wi-Fi Direct 来实现高速传输。

2. Wi-Fi Direct

• 角色：
  • 核心通信技术是基于 Wi-Fi Direct，它允许设备之间直接建立连接，而无需通过路由器或接入点。
  • Wi-Fi Direct 提供了高速的数据传输能力，适合传输大文件。
• 功能：在 AirDrop 中，Wi-Fi Direct 用于传输文件、照片和视频。

3. U1 芯片（UWB 技术）

• 角色：从 iPhone 11 开始，苹果设备配备了 U1 芯片，这使得设备可以利用 UWB（超宽带） 技术。
• 功能：UWB 不是 AirDrop 的核心传输技术，但它在以下方面起到了辅助作用：
  • 定位和方向感知：
    • UWB 可以精确定位设备的方向和距离（精度可达厘米级），帮助用户更直观地选择接收方的设备。
    • 例如，如果多个设备在附近，UWB 可以帮助用户更快速地找到目标设备。
  • 提高安全性：
    • UWB 的精确性可以防止未经授权的设备访问 AirDrop 功能，提高了隐私保护。

技术	功能	备注
蓝牙	设备发现和初始连接	辅助技术
Wi-Fi Direct	高速数据传输	核心传输技术
UWB（U1 芯片）	精确定位和方向感知	提升用户体验，增强安全性

9.3 蜂窝移动通信网

9.3.1 蜂窝无线通信技术的发展简介

移动通信 的种类很多，如蜂窝移动通信、卫星移动通信、集群移动通信、无绳电话通信等，但目前使用最多的是蜂窝移动通信，它又称为小区制移动通信。

第一代蜂窝移动通信系统（1G - Generation 代）：大哥大

使用模拟技术和传统的电路交换及频分多址 FDMA提供电话服务。

第二代蜂窝移动通信系统（2G - Generation 代）：GSM系统

基于数字技术，提供电话和短信服务。

蜂窝移动通信的特点：

• 把整个网络服务区划分成许多小区(cell，也就是“蜂窝”)，每个小区设置一个基站，负责与本小区各个移动站的联络和控制。小区也就是基站的覆盖区。

• 移动站的发送或接收都必须经过基站完成，因此基站又称为收发基站。

• 每个基站的发射功率既要能够覆盖本小区，又不能太大以致干扰了邻近小区的通信。

• 采用小区的好处是可以在相隔一定距离的小区中重复使用相同的频率——频率复用。

GSM 系统技术

• 数字技术

• 传统的电路交换

• 移动用户到基站之间的空口(即无线空中接口)采用的多址方式是FDMA/TDMA的混合系统。【125 x 8个频道】

  • 先按频分复用方式，把可用频带(上行和下行各占用25MHz)划分为125个带宽为 200kHz的子频带。

    “上行”是指从移动站到基站，而“下行”是指从基站到移动站。

  • 再把每个子频带进行时分复用，每个TDM 帧划分为8个时隙，使每个通话的用户占用一个TDM 帧中的一个特定时隙。

数据通信被引入移动通信系统

• 2.5G：通用分组无线服务 GPRS(General Packet Radio Service)
• 2.75G：增强型数据速率 GSM 演进 EDGE(Enhanced Data rate for GSM Evolution) - 2.5G增强版本

第三代蜂窝移动通信系统（3G - Generation 代 - IMT-2000）：UMTS系统 / UTRAN系统

以传输多媒体数据业务为主的通信系统，而且必须兼容 2G 的功能，即能够通电话和发送短信

工作在2000MHz频段，支持的数据率可达2000kbit/s(固定站)和384kbit/s(移动站)

通用移动通信系统UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) + 无线接入网 => 通用移动通信系统陆地无线接入网 UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network)

UTRAN系统

由多个无线网络系统组成。每个无线网络系统有一个无线网络控制器RNC(Radio Network Controller)和许多基站

基站的正式名称是节点B(Node-B)，简写为NB

移动站称为用户设备UE(User Equipment)。

在用户设备UE和基站NB间是无线链路，这点和 2G的情况是相似的。

我国现使用三种 3G 国际标准

• 由欧洲提出的宽带码分多址WCDMA(Wideband CDMA)(UMTS的标准，中国联通使用)
• 由美国提出的CDMA2000(中国电信使用)
• 由中国提出的时分同步码分多址TD-SCDMA (Time Division-Synchronous CDMA)(UMTS 标准，中国移动使用)

第四代蜂窝移动通信系统（4G - Generation 代 - IMT-Advanced）

高级国际移动通信 IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications-Advanced) : 取消了电路交换，全部使用分组交换技术，或称为全网IP 化。

长期演进 LTE(Long-Term Evolution)标准 - 3.9G/ 3.95G

LTE 的体系结构由三大部分组成：

基站称为演进的节点B，简写为eNB(evolved Node-B)

• 用户设备UE

  • 下行信道(eNB→UE)与上行信道(UE→eNB)采用了不同的复用方式
    • 下行信道采用了频分复用与时分复用相结合的方式，称为正交频分多址OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
    • 上行信道采用了频分复用与单载波调制相结合的，称为单载波频分多址SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access)
  • 每个用户同时采用多个子信道并行传输:
    每个用户设备可以被分配到一个或多个信道频率中的一个或多个时隙。【分配到的时隙数越多(不管是否在不同频率)，就可以获得越高的数据率。】
  • LTE采用了高阶调制 64QAM，也就是让1码元携带6bit 的信息量。
  • LTE 还采用了多天线的多入多出MIMO技术。

• 演进的无线接入网E-UTRAN(Evolved-UTRAN)

  • E-UTRAN 取消网络控制器 RNC
  • 基站: eNB兼有3G中的基站NB和无线网络控制器RC的功能
    • 基站eNB有三个主要构件:
      • 天线。
      • 无线模块:对发往空口的信号，或从空口接收的信号，进行调制或解调。
      • 数字模块:作为空口与核心网的接口，对经过此模块的所有信号进行处理。
  • 控制层面: 基站eNB负责无线资源的管理，执行由MME发起的寻呼信息的调度和传输，并为UE发往服务网关S-GW的数据选择路由。
  • 数据层面: 基站eNB在用户设备UE与核心网之间传送IP数据报

• 演进的分组核心网EPC(Evolved Packet Core)

  • 分组数据网络网关(简称为分组网关)P-GW(Packet Data Network GateWay)

    • 核心网通向互联网的网关路由器或边界路由器
    • 由GGSN平滑演进升级而来
    • 是核心网对外的锚点(Anchor point)
    • 负责给所有用户设备UE分配IP地址和确保服务质量 QoS的实施。

  • 服务网关 S-GW(Serving GateWay)

    • 是无线接入网与核心网之间的网关路由器，由SGSN演进而来。
    • 负责用户层面的数据分组的转发和路由选择，起到路由器的作用。
    • 负责eNB到S-GW以及S-GW到 P-GW 的隧道管理。
    • 是数据层面中移动性的锚点。

    SGW和PGW可以在同一个物理节点或不同物理节点实现。

  • 归属用户服务器 HSS (Home Subscriber Server)是一个中心数据库，里面有网络运营商所保存的用户基本数据。

  • 移动性管理实体 MME(Mobility Management Entity)是一个信令实体，负责基站与核心网之间以及用户与核心网之间的所有信令交换。当一个用户初次接入到LTE网络时，基站eNB就要与MME通信，以便 MME和用户能够交换鉴别信息。

    MME必须从HSS获得用户的有关信息。

电路交换回落CSFB(Circuit Switched Fall Back)：再退回到3G/2G的电路交换的网络来处理电话通信业务。

基于IP的 VoLTE(Vice over LTE)，也叫作高清电话业务，能够提供高质量的电话通信和视频电话，VoLTE的运行要靠与P-GW相连的IP多媒体子系统IMS (IP Multimedia Subsystem)。IMS 不属于 LTE，而是属于 IP 服务的范围，是 LTE 之外的另一个分组交换的网络系统。

LTE-Advanced，简称为 LTE-A， 达到 4G标准 。

LTE-A Pro，俗称 4.5G。

第五代蜂窝移动通信系统（5G - Generation 代）

• 频谱资源：毫米波通信与低频段结合

  • 毫米波通信：
    • 提供 极高带宽，支持 高速数据传输。
    • 适用于 密集城区 和 热点区域（如体育场馆、商场）。
  • 低频段：
    • 提供 广域覆盖 和 更强穿透能力。
    • 适用于 乡村地区 和 广域覆盖场景。
  • 动态频谱共享（DSS）：
    • 实现 4G LTE 与 5G NR 的共存，优化频谱利用率，提供灵活的频谱分配能力。

• 多址技术（OFDMA 和 DFT-s-OFDM）

  • OFDMA：在 下行信道 中支持 多用户并行传输，提高频谱效率。

  • DFT-s-OFDM（离散傅里叶变换扩展正交频分多址）：在 上行信道 中继承 SC-FDMA 的低峰均比（PAPR）特性，降低终端功耗。

• 大规模 MIMO（Massive MIMO）

  • 使用 64 个或更多天线，提供 更高的空间复用和分集增益。
  • 提升 频谱效率 和 网络容量。
  • 适用于 高密度用户场景（如体育场馆、机场）。

• 新空口（NR）

  • 基于 OFDM 的全新无线接口，支持 灵活的频谱分配。

  • 适用于 多种频段（低频、中频、毫米波）。

• 网络切片

  • 将物理网络划分为多个 虚拟网络，每个虚拟网络为特定应用提供 定制化的服务质量（QoS）。

  • 适用于 智能家居、工业互联网、车联网 等场景。

• 边缘计算

  • 将 数据处理和存储功能 下沉到网络边缘，减少数据传输的延迟。

  • 适用于 实时应用（如自动驾驶、云游戏）。

• 新型编码技术：LDPC（低密度奇偶校验码）和Polar 编码

• 前传（Fronthaul）和 回传（Backhaul）技术：负责将无线接入网与核心网之间传输数
  • 无线接入网被分解为 CU（集中式单元）、DU（分布式单元） 和 射频单元（RU）
    • 前传主要负责 CU 与 DU 之间的通信传输 无线信号处理 和 控制信令
    • 回传主要负责无线接入网 -( DU 或 基站) 连接到 核心网 的传输链路。传输 用户数据 和 网络控制信息。

9.3.2 LTE 网络与互联网的连接

LTE 网络与互联网的连接 —— 手机怎样在移动时能够保持其IP地址不变的工作原理

在LTE网络内的数据路径由两大部分组成:

• 空口无线链路(UE→eNB)
• 核心网中的隧道(eNB→S-GW→P-GW)。

数据在隧道中的通信使用GPRS隧道协议GTP(GPRS Tunneling Protocol)

• 用户层面(User plane)的隧道协议GTP-U来传输有关的数据。
• 控制层面的隧道协议GTP-C来传输有关的信令。

只要用户设备UE移动时不超过P-GW的覆盖范围，P-GW分配给UE的IP地址就不改变

当 UE处于空口空闲状态时，有两种不同情况: UE有IP分组发往互联网，或互联网有IP分组发往 UE。

用户层面：

• UE要访问互联网中的百度网站 BD

• 百度服务器向用户设备 UE 发送数据。

  • 百度服务器并不知道 UE的空口状态，而只知道UE的IP地址。百度服务器以 UE的IP地址为目的地址，构成IP分组发送出去。互联网中的路由器根据IP分组的目的地址，能够找到 UE 所驻留的 P-GW(UE的IP地址是 P-GW 分配的)。
  • P-GW 通过 UE 的IP 地址就能通过对应的 GTP-U 隧道，把IP 分组封装为 GTP-U 分组，在隧道中转发给S-GW。
  • S-GW 和 eNB 之间:
    • S-GW 和 eNB 之间的 GTP-U 隧道存在。
      • S-GW 把 GTP-U 分组通过隧道发送给eNB。
      • eNB 把 GTP-U分组解封，在空口链路上采用 PDCP/RLC/MAC/PHY 层封装，把数据发送给UE。
    • SGW 和 eNB 之间的 GTP-U 隧道不存在。
      • 现在UE处于空口空闲状态。S-GW 只好先把收到的IP分组暂时缓存，并触发移动性管理实体 MME 进行寻呼(唤醒) UE。
      • 当某个基站 eNB 寻呼到 UE后，UE 就在小区响应寻呼，触发 eNB 建立与 S-GW 之间的 GTP-U 隧道。
      • S-GW 把刚才缓存的IP分组转发给eNB，再转发给UE。

  MME寻呼UE

  • 网络运营商在建造 LTE 网络时，就把整个覆盖范围划分为很多的跟踪区TA(Tracking Area)
  • 每个 TA 一个跟踪区标识 TAI(Tracking Area Identity)，作为TA 在全球的唯一标识(包括国家代码、网络运营商代码以及TA代码)。
  • 跟踪区TA是 LTE 系统中位置更新和寻呼的基本单位。
  • 一个跟踪区TA可以覆盖多个小区。
  • UE 必须周期性向核心网的 MME 报告自己的跟踪区标识 TAI，以便 MME 能够寻呼到自己。
  • 为了避免 UE 在 TA 区域间频繁切换时造成核心网信令负荷过重，MME就把一组(1~16个)TA写入一个跟踪区列表TAL(Tracking Area List)，发送给 UE。
    • 当 UE 在这个 TAL 范围内跨 TA 漫游时，就不必向 MME 发送 TA更新报文。
    • 当 MME 需要寻呼 UE，只需在一个 TAL 的小范围内进行寻呼。

  ​

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控制层面：

在 eNB 和 MME 之间，在 MME 和 HSS 之间，以及在两个 eNB 之间的信令传送，还要用到运输层的第三个协议，即流控制传输协议 SCTP(Stream Control Transmission Protocol)。协议 SCTP 结合了 UDP 和TCP的优点，是面向报文的可靠传输协议。

9.4 移动 IP (Mobile IP)

计算机在移动中仍然可以使用它在移动前所使用的IP地址的工作原理

9.4.1 移动 IP的基本概念

移动站A必须有一个原始地址，即永久地址，或归属地址(home address)。

移动站原始连接到的网络N₁叫作归属网络(home network)。

永久地址和归属网络的关联是不变的。

归属代理(home agent): 通常是连接在归属网络上的路由器，作为代理的特定功能则是在应用层完成的。归属代理既是路由器，也是主机。

当移动站 A 移动到另一个地点，所接入的网络N₂ 称为被访网络(visited network)或外地网络(foreign network)。

被访网络中使用的代理叫作外地代理(foreign agent)a，它通常就是连接在被访网络上的路由器(当然也充当主机)。

• 外地代理的一个任务是要为移动站 A 创建一个临时地址，叫作转交地址(care-of address)，转交地址的网络号显然必须和被访网络一致。
• 外地代理的另一个就是及时把移动站A的转交地址通知A的归属代理。

当外地代理要向连接在被访网络上的移动站A 发送数据报时，直接使用这个移动站A的MAC地址(当移动站A首次和外地代理通信时，外地代理就记录下这个移动站A的MAC地址)。

转交地址(care-of address):

• 转交地址是供移动站、归属代理以及外地代理使用的，各种应用程序都不使用
• 转交地址在互联网中并不具有唯一性。

同址转交地址(co-located care-of address):

• 移动站本身也可以充当外地代理，即移动站和外地代理是同一个设备。
• 移动站必须能够接收发送到转交地址的数据报。
• 使用同址转交地址的好处是移动站可以移动到任何网络，而不必担心外地代理的可用性。
• 缺点是移动站需要有额外的软件，使之能够充当自己的外地代理。

为了支持移动性，在网络层应当增加以下的一些新功能：

• 移动站到外地代理的协议。
  • 当移动站接入到被访网络时，必须向外地代理进行登记以获得一个临时的转交地址。
  • 当移动站离开该被访网络时，它要向这个被访网络注销其原来的登记。
• 外地代理到归属代理的登记协议。外地代理要向移动站的归属代理 登记移动站的转交地址。
  • 当移动站离开被访网络时，外地代理并不需要注销其在归属代理登记的转交地址。
    当移动站接入到另一个网络时，这个新的被访网络的外地代理到移动站的归属代理登记的转交地址取代了原来旧的转交地址。
• 归属代理数据报封装协议。
  归属代理收到发送给移动站的数据报后，将其再封装为一个新的数据报，其目的地址为移动站的转交地址，然后转发。
• 外地代理拆封协议。外地代理收到归属代理封装好的数据报后，取出原始数据报，并将此数据报发送给移动站。

三角形路由选择问题 (triangle routing problem)
B→A：先要把数据报从B发送到A的归属代理，然后再转发给漫游到被访网络的A。

如果B所在的网络就是A到达的被访网络,B发送数据报给A就是在同一个网络上非常简便的直接交付，不需要使用路由器。

但由于B并不知道A的位置，发送给A的数据报两次穿越广域网既浪费了时间，也增加了网上不必要的通信量。

直接路由选择

9.4.2 移动网络对高层协议的影响

1. 问题背景

• 无线网络的漫游特性：
  • 移动设备（如手机）在漫游时，会频繁更换基站。
  • 这种切换会导致短暂的网络连接中断，可能引发数据包丢失。
• TCP 协议的特性：
  • TCP 是一种面向连接的协议，对数据包丢失和错误非常敏感。
  • 当 TCP 检测到数据包丢失时，会默认认为是网络拥塞，并采取“拥塞控制”措施，如减小拥塞窗口（congestion window）。
• 问题本质：
  • 无线网络中的数据包丢失可能由以下原因引起：
    • 切换导致的网络中断。
    • 无线信道中的比特错误。
    • 网络拥塞。
  • 由于 TCP 无法区分丢失的具体原因，它会默认所有丢失都是拥塞引起的，从而采取不必要的拥塞控制措施，影响性能。

2. TCP 在无线网络中的性能问题

• TCP 的默认行为：

  • 当 TCP 检测到数据包丢失时：启动重传机制。减小拥塞窗口（降低发送速率）。

  • 这种行为在有线网络中有效，但在无线网络中可能导致性能下降。

• 无线网络的影响：

  • 由于切换和无线信道的高比特错误率，TCP 可能会频繁触发拥塞控制机制。
  • 这种机制默认网络拥塞，但实际上可能是由于切换或信道错误引起的。

3. 解决问题的三种方法

(1) 本地恢复（Local Recovery）

• 定义：在无线网络中，差错和丢失在本地（如无线信道）发生，就在本地进行恢复。
• 实现方式：使用自动请求重传协议（ARQ）：
  • 无线局域网（如 Wi-Fi）中常用的机制。
  • 当无线链路检测到数据包丢失或错误时，直接在本地重传数据包。
• 优点：
  • 避免了将错误和丢失传递到高层（如 TCP）。
  • 减少了不必要的拥塞控制机制的触发。
• 局限性：
  • 适用于无线链路到无线接入点的连接。
  • 对于端到端的 TCP 连接，仍需其他机制协同工作。

(2) 告知 TCP 使用无线链路

• 定义：让 TCP 发送方能够区分数据包丢失是由于有线网络的拥塞，还是无线链路的错误或切换。
• 实现方式：引入链路状态通知机制：
  • 无线接入点或基站向 TCP 发送方提供链路状态信息（如无线信号强度、切换状态等）。
  • 发送方根据这些信息判断数据包丢失的原因。
• 优点：
  • 只有当有线网络发生拥塞时，TCP 才采取拥塞控制措施。
  • 避免了对无线链路错误的过度反应。
• 局限性：
  • 需要特殊技术，实现复杂。

(3) 拆分 TCP连接

• 定义：
  • 将移动用户的端到端 TCP 连接拆分为两个独立的 TCP 连接：
    • 一个用于移动用户到无线接入点的无线链路连接。
    • 一个用于无线接入点到有线网络的连接。
• 实现方式：
  • 无线链路连接：
    • 可以使用标准的 TCP 协议。
    • 可以使用带选择确认（SACK）的 TCP 协议。
    • 可以使用专为差错恢复设计的 UDP 协议。
  • 有线网络连接：
    • 使用标准的 TCP 协议，针对网络拥塞进行优化。
• 优点：
  • 允许在无线链路部分使用更适合无线环境的协议。
  • 降低了无线链路错误对有线网络部分的影响。
  • 可以显著提升整体性能。
• 局限性：
  • 需要额外的协议和机制来管理两个独立的 TCP 连接。
  • 增加了实现的复杂性。

方法	描述	优点	局限性
本地恢复	在无线链路中直接处理差错和丢失（如 ARQ）。	减少对 TCP 的干扰，避免不必要的拥塞控制。	仅适用于无线链路部分，无法完全解决端到端问题。
告知 TCP	让 TCP 发送方了解无线链路状态，区分拥塞和切换/错误。	针对有线网络拥塞采取精确的拥塞控制。	需要特殊技术，实现复杂。
拆分 TCP 连接	将移动用户的端到端 TCP 连接拆分为无线链路和有线网络两个独立的 TCP 连接。	提升无线链路性能，减少对有线网络的影响。	实现复杂，需要额外的协议支持。

9.5 移动通信的展望

5G 的三大应用场景

• 增强型移动宽带 (eMBB)

  • 4G LTE 的升级版本，主要服务于人联网。

  • 典型应用：三维视频（如 VR 虚拟现实、AR 增强现实）。超高清视频。

  • 特点：高数据传输速率。适合大流量移动宽带业务。

• 大规模机器类型通信 (mMTC)

  • 面向物联网（IoT）的海量连接需求。

  • 典型应用：智慧城市、智能家居、智能电网。物流跟踪、环境监测。

  • 特点：低数据率，对时延不敏感。极大容量：需要支持超千亿设备的连接能力。终端成本低，电池寿命长（10 年以上）。

• 超高可靠超低时延通信 (uRLLC)

  • 面向工业控制、远程操作等需要高可靠性和超低时延的应用。

  • 典型应用：工业控制、交通安全与控制。远程制造、远程手术。无人驾驶。

  • 特点：端到端时延低至毫秒级。超高可靠性要求。

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参考教材：

计算机网络（第8版） (谢希仁) (Z-Library).pdf

博客：

IEEE 802.11 Mac 框架