Беспроводные и мобильные сети
Беспроводные и мобильные сети охватывают связь по общим радиоканалам и поддержку, необходимую, когда конечные системы меняют свою точку подключения, включая Wi-Fi, сотовые сети и протоколы, которые обеспечивают подключение движущегося устройства.
Definition
Беспроводные и мобильные сети — это подобласть компьютерных сетей, занимающаяся передачей данных по беспроводным (радио) каналам и сетевыми механизмами, которые поддерживают связность, адресацию и сеансы для мобильных, меняющих местоположение конечных систем.
Scope
Эта область охватывает специфические проблемы беспроводных каналов — затухание, помехи, многолучевое распространение и проблему скрытого узла, отсутствующую в проводных средах — а также технологии, которые их решают: беспроводные локальные сети IEEE 802.11 с их доступом к среде CSMA/CA, сотовые сети от ранних поколений до архитектуры 4G/5G и управление мобильностью, которое позволяет устройству сохранять подключение и адресацию при перемещении между сетями. Она рассматривает беспроводную связь как технологию канального и доступа с последствиями для вышележащих уровней стека и исключает детальную инженерию физического уровня радиочастот.
Sub-topics
Core questions
- Чем беспроводные каналы отличаются от проводных, и как эти различия влияют на протоколы?
- Как возникает проблема скрытого узла и как CSMA/CA уменьшает коллизии в Wi-Fi?
- Как сотовая сеть организована в ячейки, базовые станции и ядро, и как она эволюционировала на протяжении поколений?
- Как поддерживается адрес и маршрутизация хоста при его перемещении между сетями (управление мобильностью)?
- В чем разница между обработкой мобильности и просто обработкой беспроводных каналов?
Key concepts
- искажения беспроводного канала (затухание, помехи, многолучевое распространение)
- проблема скрытого узла
- CSMA/CA
- IEEE 802.11 (Wi-Fi)
- точки доступа и ассоциация
- сотовые ячейки и базовые станции
- повторное использование частот
- передача обслуживания (handoff)
- Mobile IP и временные адреса (care-of addresses)
- ядерные сети 4G/5G
Key theories
- Искажения беспроводного канала и CSMA/CA
- Радиоканалы страдают от затухания сигнала, помех и многолучевого распространения, а обнаружение коллизий непрактично, поэтому Wi-Fi использует множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий, а также опциональные рукопожатия RTS/CTS для решения проблемы скрытого узла.
- Архитектура сотовой связи и повторное использование частот
- Сотовые сети делят регион на ячейки, обслуживаемые базовыми станциями, и повторно используют частоты в несмежных ячейках для максимизации спектральной эффективности, при этом основная сеть обрабатывает аутентификацию, управление сеансами и подключение к более широкому Интернету.
- Управление мобильностью и косвенная адресация
- Для обеспечения доступности движущегося устройства требуется отслеживание его местоположения и маршрутизация трафика к его текущей сети, классически через домашний агент и временный адрес (Mobile IP) или, в сотовых системах, через сущности управления мобильностью основной сети.
Clinical relevance
Беспроводные и мобильные сети — это то, как большинство людей сейчас выходят в Интернет: Wi-Fi соединяет дома, офисы и общественные места, в то время как сотовые сети обеспечивают мобильный широкополосный доступ миллиардам устройств. Управление мобильностью делает возможной бесшовную передачу при перемещении пользователей, а архитектура 5G нацелена на сценарии использования с низкой задержкой и большим количеством устройств, такие как промышленная автоматизация и Интернет вещей. Планирование пропускной способности, использование спектра и роуминг — все это зависит от этих концепций.
History
Исследования пакетной радиосвязи в 1970-х годах, включая систему ALOHA, установили случайный доступ по беспроводным каналам. Стандарт IEEE 802.11 (с 1997 года) сделал беспроводные локальные сети повсеместными, в то время как сотовые сети эволюционировали от аналогового 1G через цифровой GSM и далее до пакетных 4G LTE и 5G. Поддержка мобильности для IP-хостов была стандартизирована как Mobile IP, а современные ядра сотовых сетей интегрируют мобильность, безопасность и IP-связь.
Key figures
- Charles Perkins
- Norman Abramson
- Andrew S. Tanenbaum
Related topics
Seminal works
- kurose2021
- ieee80211-2020
- tanenbaum2010
Frequently asked questions
- Почему Wi-Fi использует предотвращение коллизий вместо обнаружения коллизий, как проводной Ethernet?
- Беспроводной передатчик, как правило, не может слушать коллизии во время передачи, потому что его собственный сигнал заглушает любой входящий, и станция может даже не слышать другую, которая сталкивается на приемнике (проблема скрытого узла). Поэтому Wi-Fi предотвращает коллизии заранее, используя контроль несущей, случайную задержку и подтверждения, а не обнаруживает их в середине передачи.
- В чем разница между беспроводной сетью и мобильной сетью?
- Беспроводная связь относится к использованию радиоканала вместо провода для одного перехода, в то время как мобильность относится к изменению устройством своей точки подключения к сети с течением времени. Устройство может быть беспроводным, но стационарным, или мобильным между проводными точками подключения; мобильные сети конкретно занимаются сохранением связности и адресации при изменении точки подключения.