Nedavno su na tržište izašli uređaji koji podržavaju Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) tehnologiju, o kojoj se dosta priča. Ali malo ljudi zna da je razvoj nove generacije Wi-Fi tehnologije već u toku - Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). U ovom članku saznajte kakav će biti Wi-Fi 7.
prapovijest
U septembru 2020. slavimo 30. godišnjicu projekta IEEE 802.11, koji je značajno utjecao na naše živote. Trenutno, Wi-Fi tehnologija, definisana porodicom standarda IEEE 802.11, je najpopularnija bežična tehnologija koja se koristi za povezivanje na Internet, pri čemu Wi-Fi prenosi više od polovine korisničkog saobraćaja. Dok se mobilna tehnologija menja svake decenije, kao što je zamena naziva 4G sa 5G, za korisnike Wi-Fi mreže, poboljšanja u brzini podataka, kao i uvođenje novih usluga i novih funkcija, dešavaju se gotovo neprimećeno. Malo kupaca brine o slovima "n", "ac" ili "ax" koja slijede "802.11" na kutijama opreme. Ali to ne znači da se Wi-Fi ne razvija.
Jedan dokaz evolucije Wi-Fi-ja je dramatično povećanje nominalnih brzina podataka: od 2 Mbps u verziji iz 1997. do skoro 10 Gbps u najnovijem standardu 802.11ax, također poznatom kao Wi-Fi 6. Moderni Wi-Fi dostiže takve povećanje performansi zbog bržeg dizajna signala i koda, širih kanala i upotrebe tehnologije .
Pored glavne struje bežičnih lokalnih mreža velike brzine, evolucija Wi-Fi uključuje nekoliko nišnih projekata. Na primjer, Wi-Fi HaLow (802.11ah) je bio pokušaj da se Wi-Fi dovede na tržište bežičnog Interneta stvari. Wi-Fi milimetarskog talasa (802.11ad/ay) podržava nominalne brzine prenosa podataka do 275 Gbps, iako na veoma malim udaljenostima.
Nove aplikacije i usluge koje se odnose na video streaming visoke definicije, virtuelnu i proširenu stvarnost, igranje igara, udaljenu kancelariju i računarstvo u oblaku, kao i potrebu za podrškom velikom broju korisnika sa intenzivnim saobraćajem na bežičnim mrežama, zahtevaju visoke performanse.
Wi-Fi 7 golova
U svibnju 2019., BE (TGbe) podgrupa 802.11 Radne grupe Odbora za standarde lokalnih i gradskih mreža započela je rad na novom dodatku Wi-Fi standardu koji će povećati nominalni protok do više od 40 Gbit/s u jednom frekventnom kanalu „tipičnog“ Wi-Fi opsega <= 7 GHz. Iako mnogi dokumenti navode "maksimalni protok od najmanje 30 Gbps", novi protokol fizičkog sloja će omogućiti nominalne brzine veće od 40 Gbps.
Još jedan važan pravac razvoja Wi-Fi 7 je podrška za aplikacije u realnom vremenu (igre, virtuelna i proširena stvarnost, kontrola robota). Važno je napomenuti da iako Wi-Fi upravlja audio i video prometom na poseban način, dugo se vjerovalo da je obezbjeđivanje standardne zagarantovane niske latencije (milisekunde), također poznatog kao Time-Sensitive Networking, u Wi-Fi mrežama u osnovi nemoguće. U novembru 2017. naš tim sa IITP RAS i Visoke škole ekonomije Nacionalnog istraživačkog univerziteta (ne uzimajte to za PR) dao je odgovarajući predlog u grupi IEEE 802.11. Prijedlog je izazvao veliko interesovanje i u julu 2018. pokrenuta je posebna podgrupa koja je dalje proučavala ovo pitanje. Budući da podrška aplikacijama u realnom vremenu zahtijeva i visoke nominalne brzine podataka i poboljšanu funkcionalnost sloja veze, 802.11 radna grupa odlučila je razviti metode za podršku aplikacijama u realnom vremenu unutar Wi-Fi 7.
Važan problem s Wi-Fi 7 je njegova koegzistencija s tehnologijama mobilne mreže (4G/5G) koje razvija 3GPP i rade u istim nelicenciranim frekvencijskim opsezima. Govorimo o LTE-LAA/NR-U. Da bi proučavao probleme povezane sa koegzistencijom Wi-Fi i celularnih mreža, IEEE 802.11 je pokrenuo Koegzistirajući stalni komitet (Coex SC). Uprkos brojnim sastancima, pa čak i zajedničkoj radionici učesnika 3GPP i IEEE 802.11 u julu 2019. u Beču, tehnička rješenja još nisu odobrena. Moguće objašnjenje za ovu beskorisnost je da i IEEE 802 i 3GPP nerado mijenjaju svoje tehnologije kako bi se prilagodile drugima. dakle, Trenutno je nejasno da li će rasprave o Coex SC-u uticati na standard Wi-Fi 7.
Razvojni proces
Iako je proces razvoja Wi-Fi 7 u vrlo ranoj fazi, do danas je bilo skoro 500 prijedloga za novu funkcionalnost za nadolazeći Wi-Fi 7, također poznat kao IEEE 802.11be. O većini ideja se tek raspravlja u podgrupi, a odluka o njima još nije donesena. Druge ideje su nedavno odobrene. U nastavku će biti jasno naznačeno koji prijedlozi su odobreni, a o kojima se tek raspravlja.
Prvobitno je planirano da razvoj glavnih novih mehanizama bude završen do marta 2021. godine. Konačna verzija standarda se očekuje početkom 2024. U januaru 2020. godine 11be je izrazio zabrinutost da li će razvoj ostati po planu trenutnim tempom rada. Kako bi se ubrzao standardni razvojni proces, podgrupa se složila da odabere mali skup značajki visokog prioriteta koje bi mogle biti objavljene do 2021. godine (izdanje 1), a ostale ostaviti u izdanju 2. Karakteristike visokog prioriteta trebale bi osigurati glavne dobitke u performansama i uključuju podršku za 320 MHz, 4K-QAM, očigledna poboljšanja OFDMA od Wi-Fi 6, MU-MIMO sa 16 streamova.
Zbog korona virusa, grupa se trenutno ne sastaje lično, ali redovno održava telekonferencije. Dakle, razvoj je donekle usporen, ali nije stao.
Detalji o tehnologiji
Pogledajmo glavne inovacije Wi-Fi 7.
- Novi protokol fizičkog sloja je razvoj Wi-Fi 6 protokola sa dvostrukim povećanjem propusni opseg do 320 MHz, duplo veći broj prostornih MU-MIMO tokova, što povećava nominalni protok za 2×2 = 4 puta. Wi-Fi 7 također počinje koristiti modulaciju 4K-QAM, što dodaje još 20% nominalnoj propusnosti. Prema tome, Wi-Fi 7 će pružiti 2x2x1,2 = 4,8 puta veću brzinu prenosa podataka od Wi-Fi 6: maksimalni nazivni protok Wi-Fi 7 je 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Osim toga, doći će do revolucionarne promjene u protokolu fizičkog sloja kako bi se osigurala kompatibilnost sa budućim verzijama Wi-Fi-ja, ali će ostati nevidljiv za korisnike.
- Promjena načina pristupa kanalu za podrška aplikacijama u realnom vremenu će se provoditi uzimajući u obzir iskustvo IEEE 802 TSN za žičane mreže. Tekuće diskusije u odboru za standarde odnose se na nasumičnu proceduru povlačenja za pristup kanalu, kategorije saobraćajnih usluga i stoga odvojene redove za saobraćaj u realnom vremenu i politike paketnih usluga.
- Uvedeno u Wi-Fi 6 (802.11ax) OFDMA – metoda pristupa kanalu s vremenskim i frekvencijskim podjelom (slično onoj koja se koristi u 4G i 5G mrežama) – pruža nove mogućnosti za optimalnu alokaciju resursa. Međutim, u 11ax, OFDMA nije dovoljno fleksibilan. Prvo, dozvoljava pristupnoj tački da klijentskom uređaju dodijeli samo jedan blok resursa unaprijed određene veličine. Drugo, ne podržava direktan prijenos između klijentskih stanica. Oba nedostatka smanjuju spektralnu efikasnost. Pored toga, nedostatak fleksibilnosti zastarelog Wi-Fi 6 OFDMA degradira performanse u gustim mrežama i povećava kašnjenje, što je kritično za aplikacije u realnom vremenu. 11be će riješiti ove OFDMA probleme.
- Jedna od potvrđenih revolucionarnih promjena Wi-Fi 7 je izvorna podrška istovremena upotreba nekoliko paralelnih veza na različitim frekvencijama, što je vrlo korisno i za velike brzine prijenosa podataka i za ekstremno nisko kašnjenje. Iako moderni skupovi čipova već mogu koristiti više veza istovremeno, na primjer, u opsezima od 2.4 i 5 GHz, ove veze su nezavisne, što ograničava efikasnost takve operacije. U 11be će se naći nivo sinhronizacije između kanala koji omogućava efikasno korištenje resursa kanala i koji će podrazumijevati značajne promjene u pravilima protokola za pristup kanalu.
- Upotreba veoma širokih kanala i velikog broja prostornih tokova dovodi do problema visokog opterećenja povezanog sa procedurom procjene stanja kanala koja je potrebna za MIMO i OFDMA. Ovi troškovi poništavaju sve dobitke od povećanja nominalnih brzina podataka. Očekivao to postupak procjene stanja kanala će biti revidiran.
- U kontekstu Wi-Fi 7, odbor za standarde raspravlja o upotrebi nekih "naprednih" metoda prijenosa podataka. U teoriji, ove metode poboljšavaju spektralnu efikasnost u slučaju ponovljenih pokušaja prijenosa, kao i istovremenih prijenosa u istim ili suprotnim smjerovima. Riječ je o hibridnom automatskom zahtjevu za ponavljanje (HARQ), koji se trenutno koristi u mobilnim mrežama, full-duplex modu i neortogonalnom višestrukom pristupu (NOMA). Ove tehnike su dobro proučene u literaturi u teoriji, ali još nije jasno da li će dobici u produktivnosti koje pružaju biti vrijedni truda za njihovu primjenu.
- Koristite HARQ komplikovano sledećim problemom. U Wi-Fi-ju, paketi su zalijepljeni zajedno kako bi se smanjili troškovi. U trenutnim verzijama Wi-Fi, isporuka svakog paketa unutar zalijepljenog je potvrđena i, ako potvrda ne dođe, prijenos paketa se ponavlja korištenjem metoda protokola pristupa kanalu. HARQ premešta ponovne pokušaje sa veze podataka na fizički sloj, gde više nema paketa, već samo kodnih reči, a granice kodnih reči se ne poklapaju sa granicama paketa. Ova desinhronizacija komplikuje implementaciju HARQ-a u Wi-Fi.
- Što se tiče Puni dupleks, tada trenutno ni u ćelijskim mrežama ni u Wi-Fi mrežama nije moguće istovremeno prenositi podatke na istom frekvencijskom kanalu do i od pristupne tačke (bazne stanice). Sa tehničke tačke gledišta, to je zbog velike razlike u snazi odaslanog i primljenog signala. Iako postoje prototipovi koji kombinuju digitalno i analogno oduzimanje odaslanog signala od primljenog signala, sposobni da prime Wi-Fi signal tokom njegovog prenosa, dobitak koji mogu da pruže u praksi može biti zanemarljiv zbog činjenice da u bilo kom trenutku nizvodni nije jednak uzlaznom (u prosjeku „u bolnici“ je silazni znatno veći). Štaviše, takav dvosmjerni prijenos značajno će zakomplikovati protokol.
- Dok prijenos višestrukih tokova korištenjem MIMO zahtijeva više antena za pošiljaoca i primaoca, sa neortogonalnim pristupom pristupna tačka može istovremeno prenositi podatke do dva primaoca sa jedne antene. Različite opcije neortogonalnog pristupa uključene su u najnovije 5G specifikacije. Prototip NE ALI Wi-Fi je prvi put kreiran 2018. godine u IITP RAS (opet, nemojte to smatrati PR-om). Pokazao je povećanje performansi od 30-40%. Prednost razvijene tehnologije je njena kompatibilnost unatrag: jedan od dva primatelja može biti zastarjeli uređaj koji ne podržava Wi-Fi 7. Generalno, problem kompatibilnosti unatrag je vrlo važan, jer uređaji različitih generacija mogu istovremeno raditi na Wi-Fi mreži. Trenutno nekoliko timova širom svijeta analizira efikasnost kombinovane upotrebe NOMA i MU-MIMO, čiji će rezultati odrediti buduću sudbinu pristupa. Takođe nastavljamo da radimo na prototipu: njegova sledeća verzija biće predstavljena na IEEE INFOCOM konferenciji u julu 2020.
- Konačno, još jedna važna inovacija, ali sa nejasnom sudbinom, jeste koordiniran rad pristupnih tačaka. Iako mnogi dobavljači imaju svoje centralizirane kontrolere za poslovne Wi-Fi mreže, mogućnosti takvih kontrolera općenito su ograničene na dugoročnu konfiguraciju parametara i odabir kanala. Odbor za standarde raspravlja o bližoj saradnji između susjednih pristupnih tačaka, što uključuje koordinirano raspoređivanje prijenosa, formiranje zraka, pa čak i distribuirane MIMO sisteme. Neki od pristupa koji se razmatraju koriste sekvencijalno poništavanje smetnji (otprilike isto kao u NOMA). Iako pristupi za koordinaciju 11be još nisu razvijeni, nema sumnje da će standard omogućiti pristupnim tačkama različitih proizvođača da međusobno koordiniraju rasporede prijenosa kako bi se smanjile međusobne smetnje. Druge, složenije pristupe (kao što je distribuirani MU-MIMO) biće teže implementirati u standard, iako su neki članovi grupe odlučni da to učine u okviru Izdanja 2. Bez obzira na ishod, sudbina metoda koordinacije pristupne tačke je nejasno. Čak i ako su uključeni u standard, možda neće doći na tržište. Slična stvar se desila ranije kada smo pokušavali da uvedemo red u Wi-Fi prenose koristeći rešenja kao što su HCCA (11e) i HCCA TXOP Negotiation (11be).
Ukratko, čini se da će većina prijedloga povezanih s prvih pet grupa postati dio Wi-Fi 7, dok prijedlozi povezani s posljednje dvije grupe zahtijevaju značajna dodatna istraživanja kako bi se dokazala njihova efikasnost.
Više tehničkih detalja
Tehnički detalji o Wi-Fi 7 mogu se pročitati (na engleskom)
izvor: www.habr.com