Lec 13 无线与移动网络（Wireless & Mobile Networks）
Topics：WiFi、LTE、5G、Mobility。本讲无指定论文，按主题 + 教材知识组织。核心：无线链路与有线链路有本质不同——共享介质、误码率高、容量随时间剧烈变化、节点会移动，这些都要求链路层/网络层做专门设计。
总览
- 无线链路为什么"难"
- WiFi（802.11）：CSMA/CA、隐藏终端、RTS/CTS
- 蜂窝网络：LTE / 5G 的架构（RAN + 核心网）
- 移动性管理：切换（handover）与寻址
- 对上层的影响：丢包 ≠ 拥塞
一、无线链路为什么"难"
无线 vs 有线的关键差异
- 共享广播介质：同一频段大家都听得到，需要协调谁发——冲突不可避免。
- 高且多变的误码率：信号随距离衰减、受多径/干扰影响，误码导致的丢包很常见（不是因为拥塞）。
- 容量随时间剧烈变化：信噪比变化使可用速率毫秒级波动（移动、遮挡、干扰）。
- 节点移动：连接点会变，地址/路由要跟着变。
- 隐藏/暴露终端：能否听到彼此不等价于会不会冲突。
二、WiFi（802.11）
有线以太网用 CSMA/CD（边发边听、冲突即停）；无线收发不能同时、且发送方听不到接收端的冲突，所以改用：
定义 · CSMA/CA（载波侦听多路访问 / 冲突避免）
发送前先侦听信道空闲，再等一个随机退避时间才发，以避免冲突（而非检测冲突）；收到正确帧后接收方回 ACK，发送方没收到 ACK 就认为丢失并重传 + 指数退避。
发送前先侦听信道空闲，再等一个随机退避时间才发，以避免冲突（而非检测冲突）；收到正确帧后接收方回 ACK，发送方没收到 ACK 就认为丢失并重传 + 指数退避。
定义 · 隐藏终端 / RTS-CTS
隐藏终端：A 和 C 都能听到 AP（B），但 A、C 彼此听不到 → 它们会同时发、在 B 处冲突，而载波侦听发现不了。
解法 RTS/CTS：发送方先发短的 RTS（请求发送），AP 回 CTS（允许发送）；CTS 被附近所有节点听到，于是它们知道接下来信道被占用、暂不发送——用一次小握手"清空"接收端周围的介质。
隐藏终端：A 和 C 都能听到 AP（B），但 A、C 彼此听不到 → 它们会同时发、在 B 处冲突，而载波侦听发现不了。
解法 RTS/CTS：发送方先发短的 RTS（请求发送），AP 回 CTS（允许发送）；CTS 被附近所有节点听到，于是它们知道接下来信道被占用、暂不发送——用一次小握手"清空"接收端周围的介质。
三、蜂窝网络：LTE / 5G
蜂窝把地理区域分成蜂窝小区 (cell)，每个小区一个基站；终端（UE）连最近/最优的基站，移动时在基站间切换。
定义 · LTE/5G 架构（两段）
无线接入网 RAN：基站（LTE 叫 eNodeB，5G 叫 gNodeB）负责无线调度——在频率/时间资源块上把容量分给各 UE，做功率控制、调制编码自适应。
核心网（LTE 的 EPC / 5G 的 5GC）：负责鉴权、计费、移动性管理、把 UE 流量接到互联网；控制面与用户面分离（5G 进一步把核心网做成服务化/可虚拟化的网元）。
无线接入网 RAN：基站（LTE 叫 eNodeB，5G 叫 gNodeB）负责无线调度——在频率/时间资源块上把容量分给各 UE，做功率控制、调制编码自适应。
核心网（LTE 的 EPC / 5G 的 5GC）：负责鉴权、计费、移动性管理、把 UE 流量接到互联网；控制面与用户面分离（5G 进一步把核心网做成服务化/可虚拟化的网元）。
5G 的要点：更高频段（毫米波，带宽大但覆盖小）、网络切片 (network slicing)（在同一物理网上切出多个有不同 QoS 保证的虚拟网）、把核心网功能软件化/云化（与 [[Software-Defined-Networking]]、[[Optical-and-Cloud-Networks]] 的网络虚拟化思路相通）。
四、移动性管理
定义 · 切换（handover）与寻址
UE 移动时从一个基站切到另一个基站（handover），要在不断连接的前提下转移上下文；核心网维护「UE 现在挂在哪」的映射，使发往该 UE 的流量能被路由到当前基站。本质上是「身份（谁）与位置（在哪）分离」——身份不变、位置可变，由网络维护两者的绑定。
UE 移动时从一个基站切到另一个基站（handover），要在不断连接的前提下转移上下文；核心网维护「UE 现在挂在哪」的映射，使发往该 UE 的流量能被路由到当前基站。本质上是「身份（谁）与位置（在哪）分离」——身份不变、位置可变，由网络维护两者的绑定。
五、对上层的影响：丢包 ≠ 拥塞
推论 · 为什么传统 TCP 在无线上吃亏
经典 TCP（[[End-to-End-Congestion-Control]]）把丢包当拥塞信号、立刻减半窗口。但无线丢包大多是误码而非拥塞，于是 TCP 误判、无谓降速，吞吐受损。再加上无线容量毫秒级剧烈变化，端到端方案反应不过来——这正是 [[Modern-Congestion-Control]] 里 ABC（路由器逐包打"加速/刹车"单比特标记）要解决的问题：让网络辅助端点快速"咬住"瞬时可用速率。
经典 TCP（[[End-to-End-Congestion-Control]]）把丢包当拥塞信号、立刻减半窗口。但无线丢包大多是误码而非拥塞，于是 TCP 误判、无谓降速，吞吐受损。再加上无线容量毫秒级剧烈变化，端到端方案反应不过来——这正是 [[Modern-Congestion-Control]] 里 ABC（路由器逐包打"加速/刹车"单比特标记）要解决的问题：让网络辅助端点快速"咬住"瞬时可用速率。
本讲小结
无线链路共享、易误码、容量多变、节点移动。WiFi 用 CSMA/CA + ACK 重传，用 RTS/CTS 对付隐藏终端；蜂窝（LTE/5G）分 RAN（基站做无线调度）+ 核心网（鉴权/移动性/接入互联网），5G 强调毫米波、网络切片与核心网云化；移动性靠"身份与位置分离 + 切换"。对上层最大的影响是「丢包未必是拥塞」，催生了 ABC 这类网络辅助、快速反应的拥塞控制。