Recentment han entrat al mercat dispositius que suporten la tecnologia Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax), de la qual s'està parlant molt. Però poca gent sap que el desenvolupament d'una nova generació de tecnologia Wi-Fi ja està en marxa: Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Descobriu com serà el Wi-Fi 7 en aquest article.
prehistòria
El setembre de 2020, celebrarem el 30è aniversari del projecte IEEE 802.11, que ha impactat significativament les nostres vides. Actualment, la tecnologia Wi-Fi, definida per la família d'estàndards IEEE 802.11, és la tecnologia sense fil més popular que s'utilitza per connectar-se a Internet, amb Wi-Fi transportant més de la meitat del trànsit d'usuaris. Tot i que la tecnologia cel·lular canvia cada dècada, com substituint el nom 4G per 5G, per als usuaris de Wi-Fi, les millores en la velocitat de dades, així com la introducció de nous serveis i noves funcions, passen gairebé desapercebudes. A pocs clients els preocupen les lletres "n", "ac" o "ax" que segueixen "802.11" a les caixes d'equips. Però això no vol dir que el Wi-Fi no estigui evolucionant.
Una prova de l'evolució del Wi-Fi és l'augment espectacular de la velocitat de dades nominal: de 2 Mbps a la versió de 1997 a gairebé 10 Gbps a l'últim estàndard 802.11ax, també conegut com a Wi-Fi 6. guanys de rendiment a causa de dissenys de senyal i codi més ràpids, canals més amplis i l'ús de tecnologia .
A més del corrent principal de les xarxes d'àrea local sense fil d'alta velocitat, l'evolució de la Wi-Fi inclou diversos projectes de nínxol. Per exemple, Wi-Fi HaLow (802.11ah) va ser un intent d'apropar el Wi-Fi al mercat sense fil de l'Internet de les coses. Wi-Fi d'ona mil·limètrica (802.11ad/ay) admet velocitats de dades nominals de fins a 275 Gbps, encara que a distàncies molt curtes.
Les noves aplicacions i serveis relacionats amb el streaming de vídeo d'alta definició, la realitat virtual i augmentada, els jocs, l'oficina remota i la computació en núvol, així com la necessitat de donar suport a un gran nombre d'usuaris amb un trànsit intens en xarxes sense fil, requereixen un alt rendiment.
Wi-Fi 7 objectius
El maig de 2019, el subgrup BE (TGbe) del grup de treball 802.11 del Comitè d'estàndards de la xarxa d'àrea local i metropolitana va començar a treballar en una nova incorporació a l'estàndard Wi-Fi que augmentarà Rendiment nominal de fins a més de 40 Gbit/s en un canal de freqüència del rang Wi-Fi "típic" <= 7 GHz. Tot i que molts documents indiquen "un rendiment màxim d'almenys 30 Gbps", el nou protocol de capa física proporcionarà velocitats nominals superiors a 40 Gbps.
Una altra direcció de desenvolupament important per a Wi-Fi 7 és suport per a aplicacions en temps real (jocs, realitat virtual i augmentada, control de robots). Cal destacar que, tot i que la Wi-Fi gestiona el trànsit d'àudio i vídeo d'una manera especial, fa temps que s'ha cregut que proporcionar una baixa latència garantida a nivell estàndard (mil·lisegons), també coneguda com a Xarxes Time-Sensitive, a les xarxes Wi-Fi és fonamentalment. impossible. El novembre de 2017, el nostre equip de l'IITP RAS i la National Research University Higher School of Economics (no ho prenguis per PR) va fer una proposta corresponent al grup IEEE 802.11. La proposta va generar molt d'interès i el juliol de 2018 es va posar en marxa un subgrup especial per aprofundir en el tema. Com que el suport d'aplicacions en temps real requereix altes taxes de dades nominals i una funcionalitat millorada de la capa d'enllaç, el grup de treball 802.11 va decidir desenvolupar mètodes per donar suport a aplicacions en temps real dins de Wi-Fi 7.
Un problema important amb Wi-Fi 7 és la seva coexistència amb tecnologies de xarxa cel·lular (4G/5G) desenvolupades per 3GPP i que operen en les mateixes bandes de freqüència sense llicència. Estem parlant de LTE-LAA/NR-U. Per estudiar els problemes associats a la coexistència de xarxes Wi-Fi i cel·lulars, IEEE 802.11 va posar en marxa el Coexisting Standing Committee (Coex SC). Malgrat les nombroses reunions i fins i tot un taller conjunt de participants de 3GPP i IEEE 802.11 el juliol de 2019 a Viena, les solucions tècniques encara no s'han aprovat. Una possible explicació d'aquesta inutilitat és que tant IEEE 802 com 3GPP són reticents a canviar les seves pròpies tecnologies per adaptar-se a les altres. Així, Actualment no està clar si les discussions de Coex SC afectaran l'estàndard Wi-Fi 7.
Procés de desenvolupament
Tot i que el procés de desenvolupament de Wi-Fi 7 està en les seves primeres etapes, fins ara hi ha hagut prop de 500 propostes de noves funcionalitats per al proper Wi-Fi 7, també conegut com IEEE 802.11be. La majoria de les idees s'acaben de discutir al subgrup be i encara no s'ha pres una decisió al respecte. Altres idees s'han aprovat recentment. A continuació s'indicarà clarament quines propostes estan aprovades i quines només s'estan discutint.
Originalment estava previst que el desenvolupament dels nous mecanismes principals s'hagués completat el març de 2021. La versió final de l'estàndard s'espera a principis de 2024. El gener de 2020, 11be va plantejar la seva preocupació sobre si el desenvolupament es mantindria en el calendari al ritme actual de treball. Per accelerar el procés de desenvolupament estàndard, el subgrup va acordar seleccionar un petit conjunt de funcions d'alta prioritat que es podrien llançar el 2021 (Versió 1) i deixar la resta a la Versió 2. Les funcions d'alta prioritat haurien de proporcionar els principals guanys de rendiment. i inclouen suport per a 320 MHz, 4K-QAM, millores evidents a OFDMA des de Wi-Fi 6, MU-MIMO amb 16 fluxos.
A causa del coronavirus, actualment el grup no es reuneix personalment, però fa regularment teleconferències. Així, el desenvolupament es va alentir una mica, però no es va aturar.
Detalls tecnològics
Vegem les principals innovacions de Wi-Fi 7.
- El nou protocol de capa física és un desenvolupament del protocol Wi-Fi 6 amb un doble augment ample de banda de fins a 320 MHz, el doble del nombre de fluxos espacials MU-MIMO, que augmenta el rendiment nominal en 2×2 = 4 vegades. Wi-Fi 7 també comença a utilitzar la modulació 4K-QAM, que afegeix un 20% més al rendiment nominal. Per tant, Wi-Fi 7 proporcionarà 2x2x1,2 = 4,8 vegades la velocitat de dades nominal de Wi-Fi 6: el rendiment màxim nominal de Wi-Fi 7 és de 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. A més, hi haurà un canvi revolucionari en el protocol de la capa física per garantir la compatibilitat amb futures versions de Wi-Fi, però romandrà invisible per als usuaris.
- Canviar el mètode d'accés al canal per suport d'aplicacions en temps real es realitzarà tenint en compte l'experiència de IEEE 802 TSN per a xarxes cablejades. Les discussions en curs al comitè d'estàndards es relacionen amb el procediment de retrocés aleatori per a l'accés al canal, les categories de serveis de trànsit i, per tant, les cues separades per al trànsit en temps real i les polítiques de servei de paquets.
- Introduït a Wi-Fi 6 (802.11ax) Extensió OFDMA - Mètode d'accés al canal de divisió de temps i freqüència (similar al que s'utilitza a les xarxes 4G i 5G) - ofereix noves oportunitats per a l'assignació òptima de recursos. Tanmateix, a 11ax, OFDMA no és prou flexible. En primer lloc, permet que el punt d'accés assigni només un bloc de recursos d'una mida predeterminada al dispositiu client. En segon lloc, no admet la transmissió directa entre estacions clients. Tots dos inconvenients redueixen l'eficiència espectral. A més, la manca de flexibilitat del Wi-Fi 6 OFDMA heretat degrada el rendiment en xarxes denses i augmenta la latència, que és fonamental per a les aplicacions en temps real. 11be solucionarà aquests problemes OFDMA.
- Un dels canvis revolucionaris confirmats de Wi-Fi 7 és el suport natiu ús simultani de diverses connexions paral·leles a diferents freqüències, que és molt útil tant per a grans velocitats de dades com per a una latència extremadament baixa. Tot i que els chipsets moderns ja poden utilitzar múltiples connexions simultàniament, per exemple, a les bandes de 2.4 i 5 GHz, aquestes connexions són independents, la qual cosa limita l'eficàcia d'aquesta operació. En 11be, es trobarà un nivell de sincronització entre canals que permeti un ús eficient dels recursos del canal i comportarà canvis significatius en les regles del protocol d'accés al canal.
- L'ús de canals molt amplis i un gran nombre de fluxos espacials condueix al problema de la sobrecàrrega elevada associada al procediment d'estimació de l'estat del canal necessari per a MIMO i OFDMA. Aquesta sobrecàrrega anul·la qualsevol guany de l'augment de les taxes de dades nominals. Ho esperava es revisarà el procediment d'avaluació de l'estat del canal.
- En el context de Wi-Fi 7, el comitè d'estàndards està discutint l'ús d'alguns mètodes de transferència de dades "avançats". En teoria, aquests mètodes milloren l'eficiència espectral en el cas d'intents de transmissió repetits, així com les transmissions simultànies en la mateixa direcció o en sentit contrari. Aquests inclouen la sol·licitud de repetició automàtica híbrida (HARQ), que s'utilitza actualment a les xarxes cel·lulars, el mode dúplex complet i l'accés múltiple no ortogonal (NOMA). Aquestes tècniques han estat ben estudiades a la literatura en teoria, però encara no està clar si els guanys de productivitat que proporcionen valdran la pena l'esforç d'implementar-les.
- Utilitzar HARQ complicada pel problema següent. A la Wi-Fi, els paquets s'enganxen per reduir la sobrecàrrega. En les versions actuals de Wi-Fi, es confirma el lliurament de cada paquet dins de l'enganxat i, si no arriba la confirmació, la transmissió del paquet es repeteix mitjançant mètodes de protocol d'accés al canal. HARQ mou els reintents des de l'enllaç de dades a la capa física, on no hi ha més paquets, sinó només paraules de codi, i els límits de les paraules de codi no coincideixen amb els límits dels paquets. Aquesta desincronització complica la implementació de HARQ en Wi-Fi.
- Quant a Dúplex complet, llavors actualment ni a les xarxes mòbils ni a les xarxes Wi-Fi és possible transmetre dades simultàniament en el mateix canal de freqüència cap i des del punt d'accés (estació base). Des del punt de vista tècnic, això es deu a la gran diferència de potència del senyal transmès i rebut. Encara que hi ha prototips que combinen la resta digital i analògica del senyal transmès del senyal rebut, capaços de rebre un senyal Wi-Fi durant la seva transmissió, el guany que poden proporcionar a la pràctica pot ser insignificant pel fet que en un moment donat el riu avall no és igual al ascendent (de mitjana "a l'hospital" el descendent és significativament més gran). A més, aquesta transmissió bidireccional complicarà significativament el protocol.
- Tot i que la transmissió de múltiples fluxos mitjançant MIMO requereix diverses antenes per a l'emissor i el destinatari, amb un accés no ortogonal, el punt d'accés pot transmetre dades simultàniament a dos destinataris des d'una sola antena. A les últimes especificacions 5G s'inclouen diverses opcions d'accés no ortogonals. Prototip NO PERÒ El Wi-Fi es va crear per primera vegada el 2018 a l'IITP RAS (de nou, no ho considereu PR). Va demostrar un augment del rendiment del 30-40%. L'avantatge de la tecnologia desenvolupada és la seva retrocompatibilitat: un dels dos destinataris pot ser un dispositiu obsolet que no suporta Wi-Fi 7. En general, el problema de la retrocompatibilitat és molt important, ja que els dispositius de diferents generacions poden funcionar simultàniament. en una xarxa Wi-Fi. Actualment, diversos equips d'arreu del món estan analitzant l'efectivitat de l'ús combinat de NOMA i MU-MIMO, els resultats dels quals determinaran el futur de l'enfocament. També seguim treballant en el prototip: la seva propera versió es presentarà a la conferència IEEE INFOCOM del juliol de 2020.
- Finalment, una altra innovació important, però amb un destí poc clar, és funcionament coordinat dels punts d'accés. Tot i que molts venedors tenen els seus propis controladors centralitzats per a xarxes Wi-Fi empresarials, les capacitats d'aquests controladors generalment s'han limitat a la configuració de paràmetres a llarg termini i la selecció de canals. El comitè d'estàndards està discutint una cooperació més estreta entre els punts d'accés veïns, que inclou la programació de transmissió coordinada, la formació de feixos i fins i tot els sistemes MIMO distribuïts. Alguns dels enfocaments considerats utilitzen la cancel·lació d'interferències seqüencials (aproximadament la mateixa que a NOMA). Tot i que encara no s'han desenvolupat enfocaments per a la coordinació 11be, no hi ha dubte que l'estàndard permetrà als punts d'accés de diferents fabricants coordinar els horaris de transmissió entre ells per reduir la interferència mútua. Altres enfocaments més complexos (com ara MU-MIMO distribuït) seran més difícils d'implementar a l'estàndard, encara que alguns membres del grup estan decidits a fer-ho dins de la versió 2. Independentment del resultat, el destí dels mètodes de coordinació de punts d'accés no està clar. Fins i tot si s'inclouen a l'estàndard, és possible que no arribin al mercat. Una cosa semblant ha passat abans quan es va intentar posar ordre a les transmissions Wi-Fi mitjançant solucions com ara HCCA (11e) i HCCA TXOP Negotiation (11be).
En resum, sembla que la majoria de les propostes associades als cinc primers grups passaran a formar part de Wi-Fi 7, mentre que les propostes associades als dos darrers grups requereixen una investigació addicional important per demostrar la seva eficàcia.
Més detalls tècnics
Es poden llegir els detalls tècnics sobre Wi-Fi 7 (en anglès)
Font: www.habr.com