Наскоро на пазара навлязоха устройства, поддържащи технологията Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax), за която се говори много. Но малко хора знаят, че вече е в ход разработката на ново поколение Wi-Fi технология – Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Разберете какъв ще бъде Wi-Fi 7 в тази статия.
праистория
През септември 2020 г. ще отбележим 30-ата годишнина на проекта IEEE 802.11, който значително повлия на живота ни. В момента Wi-Fi технологията, дефинирана от фамилията стандарти IEEE 802.11, е най-популярната безжична технология, използвана за свързване към интернет, като Wi-Fi носи повече от половината потребителски трафик. Докато клетъчната технология се ребрандира на всяко десетилетие, като например замяната на името 4G с 5G, за потребителите на Wi-Fi, подобренията в скоростите на данни, както и въвеждането на нови услуги и нови функции, се случват почти незабелязани. Малко клиенти се интересуват от буквите "n", "ac" или "ax", които следват "802.11" върху кутиите на оборудването. Но това не означава, че Wi-Fi не се развива.
Едно доказателство за еволюцията на Wi-Fi е драматичното увеличение на номиналните скорости на данни: от 2 Mbps във версията от 1997 г. до почти 10 Gbps в най-новия стандарт 802.11ax, известен също като Wi-Fi 6. Модерният Wi-Fi достига такива повишаване на производителността поради по-бърз дизайн на сигнал и код, по-широки канали и използване на технология .
В допълнение към основния поток от високоскоростни безжични локални мрежи, еволюцията на Wi-Fi включва няколко нишови проекта. Например Wi-Fi HaLow (802.11ah) беше опит да се въведе Wi-Fi на пазара на безжичния интернет на нещата. Wi-Fi с милиметрови вълни (802.11ad/ay) поддържа номинални скорости на данни до 275 Gbps, макар и на много къси разстояния.
Новите приложения и услуги, свързани с видео стрийминг с висока разделителна способност, виртуална и разширена реалност, игри, отдалечен офис и облачни изчисления, както и необходимостта от поддръжка на голям брой потребители с интензивен трафик в безжичните мрежи, изискват висока производителност.
Wi-Fi 7 гола
През май 2019 г. подгрупата BE (TGbe) на работната група 802.11 на Комитета по стандартите за локални и столични мрежи започна работа по ново допълнение към Wi-Fi стандарта, което ще увеличи номинална пропускателна способност до повече от 40 Gbit/s в един честотен канал от „типичния“ Wi-Fi диапазон <= 7 GHz. Въпреки че много документи изброяват "максимална пропускателна способност от поне 30 Gbps", новият протокол на физическия слой ще осигури номинални скорости над 40 Gbps.
Друга важна посока на развитие на Wi-Fi 7 е поддръжка за приложения в реално време (игри, виртуална и разширена реалност, управление на роботи). Трябва да се отбележи, че въпреки че Wi-Fi обработва аудио и видео трафика по специален начин, отдавна се смята, че осигуряването на стандартно ниво на гарантирано ниска латентност (милисекунди), известно още като Time-Sensitive Networking, в Wi-Fi мрежите е фундаментално невъзможен. През ноември 2017 г. нашият екип от IITP RAS и Националния изследователски университет Висше училище по икономика (не го приемайте за PR) направи съответното предложение в групата IEEE 802.11. Предложението предизвика голям интерес и през юли 2018 г. беше създадена специална подгрупа за допълнително проучване на въпроса. Тъй като поддържането на приложения в реално време изисква както високи номинални скорости на данни, така и подобрена функционалност на слоя на връзката, работната група 802.11 реши да разработи методи за поддръжка на приложения в реално време в рамките на Wi-Fi 7.
Важен проблем с Wi-Fi 7 е съвместното му съществуване с клетъчни мрежови технологии (4G/5G), разработени от 3GPP и работещи в същите нелицензирани честотни ленти. Говорим за LTE-LAA/NR-U. За да проучи проблемите, свързани със съвместното съществуване на Wi-Fi и клетъчни мрежи, IEEE 802.11 стартира съвместно съществуващия постоянен комитет (Coex SC). Въпреки многобройните срещи и дори съвместния семинар на участниците в 3GPP и IEEE 802.11 през юли 2019 г. във Виена, техническите решения все още не са одобрени. Възможно обяснение за тази безполезност е, че както IEEE 802, така и 3GPP не са склонни да променят собствените си технологии, за да се съобразят с другите. По този начин, В момента не е ясно дали дискусиите на Coex SC ще повлияят на стандарта Wi-Fi 7.
Процес на развитие
Въпреки че процесът на разработка на Wi-Fi 7 е в много ранен етап, до момента има близо 500 предложения за нова функционалност за предстоящия Wi-Fi 7, известен също като IEEE 802.11be. Повечето от идеите тепърва се обсъждат в подгрупата be и все още не е взето решение по тях. Наскоро бяха одобрени и други идеи. По-долу ще бъде ясно посочено кои предложения са одобрени и кои тепърва се обсъждат.
Първоначално беше планирано разработването на основните нови механизми да приключи до март 2021 г. Окончателната версия на стандарта се очаква до началото на 2024 г. През януари 2020 г. 11be изрази опасения относно това дали разработката ще остане по график при сегашното темпо на работа. За да се ускори стандартният процес на разработка, подгрупата се съгласи да избере малък набор от функции с висок приоритет, които могат да бъдат пуснати до 2021 г. (Издание 1), а останалите да оставят на издание 2. Функциите с висок приоритет трябва да осигурят основните печалби в производителността и включват поддръжка за 320 MHz, 4K-QAM, очевидни подобрения на OFDMA от Wi-Fi 6, MU-MIMO с 16 потока.
Поради коронавируса групата в момента не се среща лично, но редовно провежда телеконференции. Така развитието се забави донякъде, но не спря.
Технологични подробности
Нека да разгледаме основните иновации на Wi-Fi 7.
- Новият протокол на физическия слой е развитие на протокола Wi-Fi 6 с двойно увеличение честотна лента до 320 MHz, удвоете броя на пространствените MU-MIMO потоци, което увеличава номиналната производителност с 2×2 = 4 пъти. Wi-Fi 7 също започва да използва модулация 4K-QAM, което добавя още 20% към номиналната производителност. Следователно Wi-Fi 7 ще осигури 2x2x1,2 = 4,8 пъти по-висока от номиналната скорост на данни на Wi-Fi 6: максималната номинална пропускателна способност на Wi-Fi 7 е 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Освен това ще има революционна промяна в протокола на физическия слой, за да се осигури съвместимост с бъдещи версии на Wi-Fi, но тя ще остане невидима за потребителите.
- Промяна на метода за достъп до канала за поддръжка на приложения в реално време ще се извърши, като се вземе предвид опитът на IEEE 802 TSN за кабелни мрежи. Текущите дискусии в комитета по стандартите се отнасят до процедурата за произволно оттегляне за достъп до канали, категории услуги за трафик и следователно отделни опашки за трафик в реално време и политики за пакетни услуги.
- Представено в Wi-Fi 6 (802.11ax) Ofdma. – метод за достъп до канала с разделяне по време и честота (подобен на този, използван в 4G и 5G мрежите) – предоставя нови възможности за оптимално разпределение на ресурсите. В 11ax обаче OFDMA не е достатъчно гъвкав. Първо, позволява на точката за достъп да разпредели само един ресурсен блок с предварително определен размер към клиентското устройство. Второ, не поддържа директно предаване между клиентски станции. И двата недостатъка намаляват спектралната ефективност. Освен това, липсата на гъвкавост на наследения Wi-Fi 6 OFDMA влошава производителността в плътни мрежи и увеличава латентността, което е критично за приложения в реално време. 11be ще реши тези OFDMA проблеми.
- Една от потвърдените революционни промени на Wi-Fi 7 е вградената поддръжка едновременно използване на няколко паралелни връзки на различни честоти, което е много полезно както за огромни скорости на данни, така и за изключително ниска латентност. Въпреки че съвременните чипсети вече могат да използват няколко връзки едновременно, например в честотните ленти 2.4 и 5 GHz, тези връзки са независими, което ограничава ефективността на такава операция. В 11be ще бъде намерено ниво на синхронизация между каналите, което позволява ефективно използване на ресурсите на канала и ще доведе до значителни промени в правилата на протокола за достъп до канала.
- Използването на много широки канали и голям брой пространствени потоци води до проблема с високите разходи, свързани с процедурата за оценка на състоянието на канала, необходима за MIMO и OFDMA. Тези режийни разходи анулират всички печалби от увеличаване на номиналните скорости на данни. Очаквах това процедурата за оценка на състоянието на канала ще бъде преразгледана.
- В контекста на Wi-Fi 7 комитетът по стандартите обсъжда използването на някои „усъвършенствани“ методи за пренос на данни. На теория тези методи подобряват спектралната ефективност в случай на повтарящи се опити за предаване, както и едновременни предавания в една и съща или противоположни посоки. Говорим за хибридна заявка за автоматично повторение (HARQ), използвана в момента в клетъчни мрежи, пълен дуплексен режим и неортогонален множествен достъп (NOMA). Тези техники са добре проучени в литературата на теория, но все още не е ясно дали повишаването на производителността, което осигуряват, ще си струва усилията за прилагането им.
- Употреба HARQ усложнява се от следния проблем. В Wi-Fi пакетите са залепени заедно, за да се намалят режийните разходи. В текущите версии на Wi-Fi доставката на всеки пакет вътре в залепения се потвърждава и ако потвърждението не дойде, предаването на пакета се повтаря с помощта на методите на протокола за достъп до канала. HARQ премества повторните опити от връзката за данни към физическия слой, където няма повече пакети, а само кодови думи, а границите на кодовите думи не съвпадат с границите на пакетите. Тази десинхронизация усложнява внедряването на HARQ в Wi-Fi.
- по отношение на Пълен дуплекс, тогава в момента нито в клетъчните мрежи, нито в Wi-Fi мрежите е възможно едновременното предаване на данни в същия честотен канал към и от точката за достъп (базовата станция). От техническа гледна точка това се дължи на голямата разлика в мощността на предавания и приемания сигнал. Въпреки че има прототипи, които комбинират цифрово и аналогово изваждане на предавания сигнал от получения сигнал, способни да приемат Wi-Fi сигнал по време на предаването му, печалбата, която те могат да осигурят на практика, може да бъде незначителна поради факта, че във всеки един момент низходящата не е равна на възходящата (средно “в болницата” низходящата е значително по-голяма). Освен това такова двупосочно предаване значително ще усложни протокола.
- Докато предаването на множество потоци с помощта на MIMO изисква множество антени за подателя и получателя, с неортогонален достъп точката за достъп може едновременно да предава данни на двама получатели от една антена. Различни опции за неортогонален достъп са включени в най-новите 5G спецификации. Прототип НЕ НО Wi-Fi беше създаден за първи път през 2018 г. в IITP RAS (отново, не го смятайте за PR). Той демонстрира 30-40% увеличение на производителността. Предимството на разработената технология е нейната обратна съвместимост: единият от двата получателя може да е остаряло устройство, което не поддържа Wi-Fi 7. Като цяло проблемът с обратната съвместимост е много важен, тъй като устройства от различни поколения могат да работят едновременно в Wi-Fi мрежа. В момента няколко екипа по света анализират ефективността на комбинираното използване на NOMA и MU-MIMO, резултатите от които ще определят бъдещата съдба на подхода. Ние също така продължаваме да работим върху прототипа: следващата му версия ще бъде представена на конференцията IEEE INFOCOM през юли 2020 г.
- И накрая, друга важна иновация, но с неясна съдба, е координирана работа на точките за достъп. Въпреки че много доставчици имат свои собствени централизирани контролери за корпоративни Wi-Fi мрежи, възможностите на такива контролери обикновено са ограничени до дългосрочна конфигурация на параметри и избор на канал. Комитетът по стандартите обсъжда по-тясно сътрудничество между съседни точки за достъп, което включва координирано планиране на предаване, формиране на лъч и дори разпределени MIMO системи. Някои от разглежданите подходи използват последователно премахване на смущения (приблизително същото като в NOMA). Въпреки че все още не са разработени подходи за координация на 11be, няма съмнение, че стандартът ще позволи на точките за достъп от различни производители да координират графици за предаване помежду си, за да намалят взаимните смущения. Други, по-сложни подходи (като разпределен MU-MIMO) ще бъдат по-трудни за внедряване в стандарта, въпреки че някои членове на групата са решени да направят това в рамките на издание 2. Независимо от резултата, съдбата на методите за координация на точките за достъп е неясно. Дори да са включени в стандарта, те може да не достигнат до пазара. Подобно нещо се е случвало и преди, когато се опитвате да въведете ред в Wi-Fi предаванията, използвайки решения като HCCA (11e) и HCCA TXOP Negotiation (11be).
В обобщение, изглежда, че повечето от предложенията, свързани с първите пет групи, ще станат част от Wi-Fi 7, докато предложенията, свързани с последните две групи, изискват значителни допълнителни изследвания, за да докажат тяхната ефективност.
Още технически подробности
Можете да прочетете технически подробности за Wi-Fi 7 (на английски)
Източник: www.habr.com