Нядаўна на рынак выйшлі прылады, якія падтрымліваюць тэхналогію Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax), пра якую шмат гавораць. Але мала хто ведае, што ўжо зараз вядзецца распрацоўка новага пакалення тэхналогіі Wi-Fi – Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Аб тым, што будзе ўяўляць сабой Wi-Fi 7, у гэтым артыкуле.
перадгісторыя
У верасні 2020 года мы будзем адзначаць 30-годдзе праекту IEEE 802.11, які істотна паўплываў на наша жыццё. У цяперашні час тэхналогія Wi-Fi, вызначаная сямействам стандартаў IEEE 802.11, з'яўляецца самай папулярнай бесправадной тэхналогіяй, якая выкарыстоўваецца для падлучэння да інтэрнэту: Wi-Fi перадае больш за палову карыстацкага трафіку. У той час як сотавыя тэхналогіі робяць рэбрэндынг кожнае дзесяцігоддзе, напрыклад, замяняючы назву 4G на 5G, для карыстальнікаў Wi-Fi павышэнне хуткасці перадачы даных, а таксама ўкараненне новых паслуг і новых функцый адбываюцца практычна незаўважна. Толькі нешматлікія кліенты клапоцяцца аб літарах "n", "ac" ці "ax", якія ідуць за "802.11" на скрынках абсталявання. Але гэта не азначае, што Wi-Fi не развіваецца.
Адным з доказаў развіцця Wi-Fi з'яўляецца рэзкае павелічэнне намінальных хуткасцяў перадачы дадзеных: ад 2 Мбіт/з у версіі 1997 г. да амаль 10 Гбіт/з у найноўшым стандарце 802.11ax, таксама вядомым як Wi-Fi 6. Сучасны Wi-Fi дасягае такога прыросту прадукцыйнасці дзякуючы хутчэйшым сігнальна-кодавым канструкцыям, шырэйшым каналам і выкарыстанню тэхналогій .
Апроч асноўнага кірунку высакахуткасных бесправадных лакальных сетак, эвалюцыя Wi-Fi уключае ў сябе некалькі нішавых праектаў. Напрыклад, Wi-Fi HaLow (802.11ah) стаў спробай вывесці Wi-Fi на рынак бесправаднога Інтэрнэту рэчаў. Wi-Fi міліметровага дыяпазону (802.11ad/ay) падтрымлівае намінальныя хуткасці перадачы дадзеных да 275 Гбіт/з, праўда на вельмі невялікія адлегласці.
Новыя прыкладанні і паслугі, звязаныя з відэаструменямі высокага дазволу, віртуальнай і дапоўненай рэальнасцю, гульнямі, выдаленым офісам і хмарнымі вылічэннямі, а таксама неабходнасцю падтрымкі вялікай колькасці карыстальнікаў з інтэнсіўным трафікам у бесправадных сетках патрабуюць высокай прадукцыйнасці.
Мэты Wi-Fi 7
У маі 2019 года падгрупа BE (TGbe) рабочай групы 802.11 камітэта па стандартызацыі лакальных і гарадскіх сетак пачала работу над новым дадаткам да стандарту Wi-Fi, якое павялічыць намінальную прапускную здольнасць больш, чым да 40 Гбіт/з у адным частотным канале "тыповага" для Wi-Fi дыяпазону <= 7 Ггц. Хоць у шматлікіх дакументах фігуруе "максімальная прапускная здольнасць не меней 30 Гбіт/з", новы пратакол фізічнага ўзроўня будзе забяспечваць намінальную хуткасць звыш 40 Гбіт/з.
Яшчэ адным важным напрамкам распрацоўкі Wi-Fi 7 з'яўляецца падтрымка прыкладанняў рэальнага часу (гульні, віртуальная і дапоўненая рэальнасць, кіраванне робатамі). Характэрна, што хоць Wi-Fi па-асабліваму абслугоўвае аўдыё-і відэатрафік, доўгі час лічылася, што забеспячэнне на ўзроўні стандарту гарантавана малых затрымак (адзінак мілісекунд), таксама вядомае як Time-Sensitive Networking, у сетках Wi-Fi прынцыпова немагчыма. У лістападзе 2017 г. наш калектыў з ІППД РАН і НІУ ВШЭ (не палічыце за піяр) выступіў з адпаведнай прапановай у групе IEEE 802.11. Прапанова выклікала вялікую цікавасць, і ў ліпені 2018 года была запушчана спецыяльная падгрупа для далейшага вывучэння гэтага пытання. Паколькі для падтрымкі прыкладанняў рэальнага часу патрабуюцца як высокія намінальныя хуткасці перадачы даных, так і пашырэнне функцыяналу канальнага ўзроўню, рабочая група 802.11 вырашыла распрацоўваць метады падтрымкі прыкладанняў рэальнага часу ў рамках Wi-Fi 7.
Важным пытаннем, звязаным з Wi-Fi 7, з'яўляецца яго суіснаванне з тэхналогіямі сотавых сетак (4G/5G), якія распрацоўваюцца 3GPP і якія працуюць у тых жа неліцэнзуемых палосах частот. Гаворка ідзе аб LTE-LAA/NR-U. Для вывучэння праблем, злучаных з суіснаваннем Wi-Fi і сотавых сетак, IEEE 802.11 запусціў Coexisting Standing Committee (Coex SC). Нягледзячы на шматлікія сустрэчы і нават сумесны семінар удзельнікаў 3GPP і IEEE 802.11 у ліпені 2019 года ў Вене, тэхнічныя рашэнні яшчэ не былі зацверджаны. Магчымае тлумачэнне такой бясплоднай дзейнасці складаецца ў тым, што як IEEE 802, так і 3GPP не жадаюць змяняць свае ўласныя тэхналогіі, каб прывесці іх у адпаведнасць з іншай. Такім чынам, на дадзены момант не зразумела, ці паўплываюць абмеркаванні ў рамках Coex SC на стандарт Wi-Fi 7.
Працэс распрацоўкі
Хоць працэс распрацоўкі Wi-Fi 7 знаходзіцца на самай пачатковай стадыі, да цяперашняга часу было занесена каля 500 прапаноў новага функцыяналу для будучыні Wi-Fi 7, таксама вядомага як IEEE 802.11be. Большасць ідэй толькі абмяркоўваюцца ў падгрупе be і рашэнне па іх яшчэ не было прынятае. Іншыя ідэі былі нядаўна адобраны. Ніжэй будзе відавочна пазначана, якія прапановы з'яўляюцца зацверджанымі, а якія толькі абмяркоўваюцца.
Першапачаткова планавалася, што распрацоўка асноўных новых механізмаў завершыцца да сакавіка 2021 года. Канчатковы варыянт стандарта чакаецца да пачатку 2024 года. У студзені 2020 года ў падгрупе 11be была выказана занепакоенасць тым, ці будзе распрацоўка адпавядаць графіку пры цяперашнім тэмпе працы. Каб паскорыць працэс распрацоўкі стандарту, падгрупа пагадзілася выбраць невялікі набор высокапрыярытэтных функцый, якія могуць быць выпушчаны да 2021 (Release 1), а астатнія пакінуць на Release 2. Высокапрыярытэтныя функцыі павінны забяспечваць асноўны прырост прадукцыйнасці і ўключаюць у сябе падтрымку 320 Мгц, 4K QAM, відавочныя паляпшэнні OFDMA ад Wi-Fi 6, MU-MIMO c 16 патокамі.
З-за каранавіруса гурт зараз вочна не збіраецца, але рэгулярна праводзіць тэлеканферэнцыі. Такім чынам, распрацоўка крыху запаволілася, але не спынілася.
Дэталі тэхналогіі
Разгледзім асноўныя навіны Wi-Fi 7.
- Новы пратакол фізічнага ўзроўню з'яўляецца развіццём пратакола Wi-Fi 6 з двухразовым павелічэннем. шырыні паласы да 320 Мгц, двухразовым павелічэннем колькасці прасторавых патокаў MU-MIMO, Што павялічвае намінальную прапускную здольнасць у 2×2 = 4 разы. Wi-Fi 7 таксама пачынае выкарыстоўваць мадуляцыю 4K-QAM, Што дадае яшчэ 20% да намінальнай прапускной здольнасці. Такім чынам, Wi-Fi 7 будзе забяспечваць намінальную хуткасць перадачы дадзеных у 2x2x1,2 = 4,8 разоў вышэй у параўнанні з Wi-Fi 6: максімальная намінальная прапускная здольнасць Wi-Fi 7 складае 9,6 Гбіт/з х 4,8 = 46 Гбіт / с. Акрамя таго, будзе зроблена рэвалюцыйнае змяненне ў пратаколе фізічнага ўзроўню, звязанае з забеспячэннем сумяшчальнасці з будучымі версіямі Wi-Fi, але яно застанецца незаўважным для карыстальнікаў.
- Змяненне метаду доступу да канала для падтрымкі прыкладанняў рэальнага часу будзе праведзена з улікам досведу IEEE 802 TSN для правадных сетак. Якія працягваюцца абмеркаванні ў камітэце па стандартызацыі звязаныя з працэдурай выпадковай адтэрміноўкі пры доступе да канала, катэгорыямі абслугоўвання трафіку і, адпаведна, асобнымі чэргамі для трафіку рэальнага часу, а таксама палітыкамі абслугоўвання пакетаў.
- Уведзены ў Wi-Fi 6 (802.11ax) OFDMA - метад доступу да канала з падзелам па часе і частаце (аналагічны таму, што выкарыстоўваецца ў сетках 4G і 5G) - дае новыя магчымасці для аптымальнага размеркавання рэсурсаў. Аднак у 11ax OFDMA недастаткова гнуткі. Па-першае, ён дазваляе кропцы доступу вылучаць для кліенцкай прылады толькі адзін рэсурсны блок загадзя вызначанага памеру. Па-другое, ён не падтрымлівае прамую перадачу паміж кліенцкімі станцыямі. Абодва недахопу змяншаюць спектральную эфектыўнасць. Акрамя таго, адсутнасць гнуткасці ўспадкаванага ад Wi-Fi 6 OFDMA пагаршае прадукцыйнасць у шчыльных сетках і павялічвае затрымку, што крытычна для прыкладанняў рэальнага часу. 11be вырашыць гэтыя праблемы OFDMA.
- Адным з зацверджаных рэвалюцыйных змен Wi-Fi 7 з'яўляецца ўбудаваная падтрымка адначасовага выкарыстання некалькіх паралельных злучэнняў на розных частотах, якая вельмі карысная як для вялізных хуткасцяў перадачы дадзеных, так і для надзвычай нізкай затрымкі. Хоць сучасныя чыпсэты ўжо могуць выкарыстоўваць некалькі злучэнняў адначасова, напрыклад, у дыяпазоне 2.4 і 5 Ггц, гэтыя злучэнні незалежныя, што абмяжоўвае эфектыўнасць такой аперацыі. У 11be будзе знойдзены такі ўзровень сінхранізацыі паміж каналамі, які дазваляе эфектыўна выкарыстоўваць рэсурсы канала і пацягне істотныя змены ў правілах пратаколу доступу да канала.
- Выкарыстаннем вельмі шырокіх каналаў і вялікай колькасці прасторавых патокаў прыводзіць да праблемы высокіх накладных выдаткаў, звязаных з працэдурай ацэньвання стану канала, неабходнай для MIMO і OFDMA. Гэтыя накладныя выдаткі зводзяць на нішто ўвесь выйгрыш ад падвышэння намінальных хуткасцяў перадачы дадзеных. Чакаецца, што працэдура ацэнкі стану канала будзе перагледжана.
- У кантэксце Wi-Fi 7 у камітэце па стандартызацыі абмяркоўваецца выкарыстанне некаторых "прасунутых" метадаў перадачы дадзеных. У тэорыі гэтыя метады павялічваюць спектральную эфектыўнасць у выпадку паўторных спроб перадачы, а таксама пры адначасовых перадачах у адным і тым жа ці процілеглых кірунках. Гаворка ідзе аб гібрыдным аўтаматычным запыце паўтарэння (HARQ), які выкарыстоўваецца цяпер у сотавых сетках, аб рэжыме full-duplex і аб неартаганальным множным доступе (NOMA). Гэтыя метады добра вывучаны ў літаратуры ў тэорыі, аднак пакуль не ясна, акупіць ці прырост прадукцыйнасці, які яны забяспечваюць, намаганні, накіраваныя на іх рэалізацыю.
- Выкарыстанне HARQ ускладнена наступнай праблемай. У Wi-Fi для зніжэння накладных выдаткаў пакеты склейваюцца. У бягучых версіях Wi-Fi дастаўка кожнага пакета ўсярэдзіне склеенага пацвярджаецца і, калі пацверджанне не прыходзіць, перадача пакета паўтараецца метадамі пратаколу доступу да канала. HARQ пераносіць паўторныя спробы з канальнага на фізічны ўзровень, дзе пакетаў больш няма, а ёсць кодавыя словы, прычым межы кодавых слоў не супадаюць з мяжой пакетаў. Такая рассінхранізацыя ўскладняе рэалізацыю HARQ у Wi-Fi.
- Што тычыцца Поўны дуплекс, то ў цяперашні час ні ў сотавых сетках, ні ў сетках Wi-Fi нельга адначасова ў адным і тым жа частотным канале перадаваць дадзеныя і да кропкі доступу (базавай станцыі), і ад яе. З тэхнічнага пункта гледжання гэта звязана з вялікай розніцай у магутнасці перадаецца і прыманага сігналу. Хоць існуюць прататыпы, якія спалучаюць лічбавае і аналагавае адніманне перадаецца сігналу з прынятага, здольныя атрымаць сігнал Wi-Fi падчас сваёй перадачы, выйгрыш, які яны могуць даць на практыцы, можа быць нязначны з-за таго, што ў кожны момант часу сыходны струмень не роўны ўзыходзячаму (у сярэднім "па бальніцы" сыходны істотна больш). Пры гэтым такая двухбаковая перадача істотна ўскладніць пратакол.
- Калі для перадачы некалькіх струменяў з выкарыстаннем MIMO трэба мець некалькі антэн для адпраўніка і атрымальніка, то ў выпадку неартаганальных доступу кропка доступу можа адначасова перадаваць дадзеныя двум атрымальнікам з адной антэны. Розныя варыянты неартаганальных доступу ўключаны ў апошнія спецыфікацыі 5G. Прататып НОМА Wi-Fi быў упершыню створаны ў 2018 г. у ІППД РАН (зноў не палічыце за піяр). Ён прадэманстраваў прырост прадукцыйнасці 30-40 працэнтаў. Добрымі якасцямі распрацаванай тэхналогіі з'яўляецца яе зваротная сумяшчальнасць: адзін з двух атрымальнікаў можа быць састарэлай прыладай, якая не падтрымлівае Wi-Fi 7. Наогул праблема зваротнай сумяшчальнасці вельмі важная, бо ў сетцы Wi-Fi могуць адначасова працаваць прылады розных пакаленняў. Цяпер некалькі каманд у свеце аналізуюць эфектыўнасць ад сумеснага выкарыстання NOMA і MU-MIMO, вынікі якіх вызначаць далейшы лёс падыходу. Мы таксама працягваем працу над прататыпам: яго чарговая версія будзе прадстаўлена на канферэнцыі IEEE INFOCOM у ліпені 2020 г.
- Нарэшце, яшчэ адным важным новаўвядзеннем, але з невыразным лёсам, з'яўляецца скаардынаваная праца кропак доступу. Хаця многія пастаўшчыкі маюць свае ўласныя цэнтралізаваныя кантролеры для карпаратыўных сетак Wi-Fi, магчымасці такіх кантролераў былі, як правіла, абмежаваныя наладай доўгатэрміновых параметраў і выбарам канала. Камітэт па стандартызацыі абмяркоўвае больш цеснае супрацоўніцтва паміж суседнімі кропкамі доступу, якое ўключае ў сябе скаардынаваныя планаванне перадач, beamforming (накіраваную перадачу сігналу) і нават размеркаваныя сістэмы MIMO. Некаторыя з разгляданых падыходаў выкарыстоўваюць паслядоўнае прыгнечанне перашкод (прыкладна тое ж, што і ў NOMA). Хоць падыходы для каардынацыі 11be яшчэ не прапрацаваны, няма сумневу, што стандарт дазволіць кропкам доступу розных вытворцаў каардынаваць паміж сабой расклад перадач, каб зменшыць узаемную інтэрферэнцыю. Што да іншых, больш складаных, падыходаў (напрыклад, размеркаванае MU-MIMO), то іх укараніць у стандарт будзе складаней, хоць асобныя чальцы групы поўныя рашучасці зрабіць гэта ў рамках Release 2. Незалежна ад зыходу лёс метадаў каардынацыі кропак доступу імглістыя. Нават будучы ўключанымі ў стандарт, яны могуць не дайсці да рынку. Падобнае здаралася і раней пры спробе навесці парадак у перадачах Wi-Fi з дапамогай такіх рашэнняў, як HCCA (11e) і HCCA TXOP Negotiation (11be).
Рэзюмуючы, здаецца, што большасць прапаноў, звязаных з першымі пяццю групамі, стануць часткай Wi-Fi 7, у той час як прапановы, звязаныя з двума апошнімі групамі, патрабуюць значных дадатковых даследаванняў, каб даказаць сваю эфектыўнасць.
Больш тэхнічных дэталяў
Тэхнічныя падрабязнасці пра Wi-Fi 7 можна пачытаць (На англійскай мове)
Крыніца: habr.com