For nylig er der kommet enheder, der understøtter Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) teknologi, som der er meget om, kommet på markedet. Men de færreste ved, at udviklingen af en ny generation af Wi-Fi-teknologi allerede er i gang - Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Find ud af, hvordan Wi-Fi 7 vil være i denne artikel.
forhistorie
I september 2020 vil vi fejre 30-års jubilæet for IEEE 802.11-projektet, som har påvirket vores liv markant. I øjeblikket er Wi-Fi-teknologi, defineret af IEEE 802.11-familien af standarder, den mest populære trådløse teknologi, der bruges til at oprette forbindelse til internettet, hvor Wi-Fi bærer mere end halvdelen af brugertrafikken. Mens mobilteknologi rebrander sig selv hvert årti, såsom at erstatte navnet 4G med 5G, for Wi-Fi-brugere, sker forbedringer i datahastigheder, såvel som introduktionen af nye tjenester og nye funktioner, næsten ubemærket. Få kunder bekymrer sig om bogstaverne "n", "ac" eller "ax", der følger "802.11" på udstyrskasser. Men det betyder ikke, at Wi-Fi ikke udvikler sig.
Et bevis på udviklingen af Wi-Fi er den dramatiske stigning i nominelle datahastigheder: fra 2 Mbps i 1997-versionen til næsten 10 Gbps i den seneste 802.11ax-standard, også kendt som Wi-Fi 6. Moderne Wi-Fi når f.eks. ydelsesforbedringer på grund af hurtigere signal- og kodedesign, bredere kanaler og brug af teknologi .
Ud over hovedstrømmen af højhastigheds trådløse lokalnetværk omfatter udviklingen af Wi-Fi adskillige nicheprojekter. For eksempel var Wi-Fi HaLow (802.11ah) et forsøg på at bringe Wi-Fi til det trådløse Internet of Things-marked. Millimeterbølge Wi-Fi (802.11ad/ay) understøtter nominelle datahastigheder på op til 275 Gbps, dog over meget korte afstande.
Nye applikationer og tjenester relateret til high-definition videostreaming, virtual og augmented reality, gaming, remote office og cloud computing, samt behovet for at understøtte et stort antal brugere med intens trafik på trådløse netværk, kræver høj ydeevne.
Wi-Fi 7 mål
I maj 2019 begyndte BE (TGbe)-undergruppen i 802.11-arbejdsgruppen i Local and Metropolitan Area Network Standards Committee arbejdet med en ny tilføjelse til Wi-Fi-standarden, der vil øges nominel gennemstrømning op til mere end 40 Gbit/s i én frekvenskanal i det "typiske" Wi-Fi-område <= 7 GHz. Selvom mange dokumenter angiver "maksimal gennemstrømning på mindst 30 Gbps", vil den nye fysiske lagprotokol give nominelle hastigheder på over 40 Gbps.
En anden vigtig udviklingsretning for Wi-Fi 7 er understøttelse af realtidsapplikationer (spil, virtuel og augmented reality, robotstyring). Det er bemærkelsesværdigt, at selvom Wi-Fi håndterer lyd- og videotrafik på en særlig måde, har det længe været antaget, at det grundlæggende er at give standardniveau garanteret lav latenstid (millisekunder), også kendt som tidsfølsomt netværk, i Wi-Fi-netværk. umulig. I november 2017 fremsatte vores team fra IITP RAS og National Research University Higher School of Economics (don't take it for PR) et tilsvarende forslag i IEEE 802.11-gruppen. Forslaget vakte stor interesse, og en særlig undergruppe blev lanceret i juli 2018 for at undersøge spørgsmålet nærmere. Fordi understøttelse af realtidsapplikationer kræver både høje nominelle datahastigheder og forbedret linklagsfunktionalitet, besluttede 802.11 Working Group at udvikle metoder til at understøtte realtidsapplikationer inden for Wi-Fi 7.
Et vigtigt problem med Wi-Fi 7 er dets sameksistens med mobilnetværksteknologier (4G/5G), der udvikles af 3GPP og opererer i de samme ulicenserede frekvensbånd. Vi taler om LTE-LAA/NR-U. For at studere problemerne forbundet med sameksistensen af Wi-Fi og mobilnetværk lancerede IEEE 802.11 Coexisting Standing Committee (Coex SC). På trods af adskillige møder og endda en fælles workshop med 3GPP- og IEEE 802.11-deltagere i juli 2019 i Wien, er tekniske løsninger endnu ikke blevet godkendt. En mulig forklaring på denne nytteløshed er, at både IEEE 802 og 3GPP er tilbageholdende med at ændre deres egne teknologier, så de passer til den anden. Dermed, Det er i øjeblikket uklart, om Coex SC-diskussionerne vil påvirke Wi-Fi 7-standarden.
Udviklingsproces
Selvom Wi-Fi 7-udviklingsprocessen er i sine meget tidlige stadier, har der til dato været næsten 500 forslag til ny funktionalitet til den kommende Wi-Fi 7, også kendt som IEEE 802.11be. De fleste af ideerne bliver netop diskuteret i be-undergruppen, og der er endnu ikke truffet en beslutning om dem. Andre ideer er for nylig blevet godkendt. Nedenfor vil det tydeligt fremgå, hvilke forslag der er godkendt, og hvilke der kun er til behandling.
Det var oprindeligt planlagt, at udviklingen af de vigtigste nye mekanismer skulle være afsluttet i marts 2021. Den endelige version af standarden forventes i begyndelsen af 2024. I januar 2020 rejste 11be sig bekymringer om, hvorvidt udviklingen ville forblive efter planen i det nuværende arbejdstempo. For at fremskynde standardudviklingsprocessen blev undergruppen enige om at vælge et lille sæt højprioriterede funktioner, der kunne frigives i 2021 (udgivelse 1), og lade resten blive ved udgivelse 2. Højprioriterede funktioner skulle give de vigtigste præstationsgevinster og inkluderer understøttelse af 320 MHz, 4K-QAM, åbenlyse forbedringer til OFDMA fra Wi-Fi 6, MU-MIMO med 16 streams.
På grund af coronavirus mødes gruppen i øjeblikket ikke personligt, men afholder jævnligt telekonferencer. Udviklingen bremsede således noget, men stoppede ikke.
Tekniske detaljer
Lad os se på de vigtigste nyskabelser i Wi-Fi 7.
- Den nye fysiske lag-protokol er en udvikling af Wi-Fi 6-protokollen med en fordobling båndbredde op til 320 MHz, det dobbelte af antallet af rumlige MU-MIMO-streams, hvilket øger den nominelle gennemløb med 2×2 = 4 gange. Wi-Fi 7 begynder også at bruge modulering 4K-QAM, hvilket tilføjer yderligere 20 % til den nominelle gennemstrømning. Derfor vil Wi-Fi 7 give 2x2x1,2 = 4,8 gange den nominelle datahastighed for Wi-Fi 6: Wi-Fi 7's maksimale nominelle gennemløb er 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Derudover vil der være en revolutionerende ændring i den fysiske lag-protokol for at sikre kompatibilitet med fremtidige versioner af Wi-Fi, men den vil forblive usynlig for brugerne.
- Ændring af kanaladgangsmetoden for applikationssupport i realtid vil blive udført under hensyntagen til erfaringerne med IEEE 802 TSN til kablede netværk. Igangværende diskussioner i standardkomitéen vedrører den tilfældige backoff-procedure for kanaladgang, trafiktjenestekategorier og derfor separate køer for realtidstrafik og pakketjenestepolitikker.
- Introduceret i Wi-Fi 6 (802.11ax) OFDMA udvidelse – tids- og frekvensopdelt kanaladgangsmetode (svarende til den, der bruges i 4G- og 5G-netværk) – giver nye muligheder for optimal ressourceallokering. I 11ax er OFDMA dog ikke fleksibel nok. For det første tillader det adgangspunktet kun at allokere én ressourceblok af en forudbestemt størrelse til klientenheden. For det andet understøtter den ikke direkte transmission mellem klientstationer. Begge ulemper reducerer spektral effektivitet. Derudover forringer manglen på fleksibilitet af ældre Wi-Fi 6 OFDMA ydeevnen i tætte netværk og øger latenstiden, hvilket er afgørende for realtidsapplikationer. 11be vil løse disse OFDMA-problemer.
- En af de bekræftede revolutionerende ændringer af Wi-Fi 7 er native support samtidig brug af flere parallelle forbindelser ved forskellige frekvenser, hvilket er meget nyttigt til både store datahastigheder og ekstremt lav latenstid. Selvom moderne chipsæt allerede kan bruge flere forbindelser samtidigt, for eksempel i 2.4- og 5 GHz-båndene, er disse forbindelser uafhængige, hvilket begrænser effektiviteten af en sådan operation. I 11be vil der blive fundet et niveau af synkronisering mellem kanaler, der tillader effektiv brug af kanalressourcer og vil medføre væsentlige ændringer i reglerne for kanaladgangsprotokollen.
- Brugen af meget brede kanaler og et stort antal rumlige strømme fører til problemet med høj overhead forbundet med kanaltilstandsestimateringsproceduren, der kræves for MIMO og OFDMA. Denne overhead udligner enhver gevinst ved at øge nominelle datahastigheder. Forventede det proceduren for vurdering af kanaltilstanden vil blive revideret.
- I forbindelse med Wi-Fi 7 diskuterer standardudvalget brugen af nogle "avancerede" dataoverførselsmetoder. I teorien forbedrer disse metoder spektral effektivitet i tilfælde af gentagne transmissionsforsøg, såvel som samtidige transmissioner i samme eller modsatte retninger. Vi taler om hybrid automatisk gentagelsesanmodning (HARQ), som i øjeblikket bruges i cellulære netværk, fuld-duplekstilstand og non-ortogonal multiple access (NOMA). Disse teknikker er blevet godt undersøgt i litteraturen i teorien, men det er endnu ikke klart, om de produktivitetsgevinster, de giver, vil være besværet værd for at implementere dem.
- Brug HARQ kompliceret af følgende problem. I Wi-Fi er pakker limet sammen for at reducere overhead. I nuværende versioner af Wi-Fi bekræftes leveringen af hver pakke inde i den limede, og hvis bekræftelsen ikke kommer, gentages transmissionen af pakken ved hjælp af kanaladgangsprotokolmetoder. HARQ flytter genforsøg fra datalinket til det fysiske lag, hvor der ikke er flere pakker, men kun kodeord, og kodeordenes grænser ikke falder sammen med pakkernes grænser. Denne desynkronisering komplicerer implementeringen af HARQ i Wi-Fi.
- med hensyn til Full-Duplex, så er det i øjeblikket hverken i mobilnetværk eller i Wi-Fi-netværk muligt at transmittere data samtidigt i samme frekvenskanal til og fra adgangspunktet (basestationen). Fra et teknisk synspunkt skyldes det den store forskel i effekten af det transmitterede og modtagne signal. Selvom der er prototyper, der kombinerer digital og analog subtraktion af det transmitterede signal fra det modtagne signal, og som er i stand til at modtage et Wi-Fi-signal under dets transmission, kan den forstærkning, de kan give i praksis, være ubetydelig på grund af det faktum, at der til enhver tid den nedstrøms er ikke lig med den stigende (i gennemsnit "på hospitalet" er den faldende væsentligt større). Desuden vil en sådan tovejstransmission betydeligt komplicere protokollen.
- Mens transmission af flere streams ved hjælp af MIMO kræver flere antenner til afsender og modtager, med ikke-ortogonal adgang kan adgangspunktet samtidig transmittere data til to modtagere fra en enkelt antenne. Forskellige ikke-ortogonale adgangsmuligheder er inkluderet i de seneste 5G-specifikationer. Prototype NOMA Wi-Fi blev først oprettet i 2018 på IITP RAS (igen, overvej det ikke som PR). Det viste en præstationsstigning på 30-40 %. Fordelen ved den udviklede teknologi er dens bagudkompatibilitet: en af de to modtagere kan være en forældet enhed, der ikke understøtter Wi-Fi 7. Generelt er problemet med bagudkompatibilitet meget vigtigt, da enheder af forskellige generationer kan fungere samtidigt på et Wi-Fi-netværk. I øjeblikket analyserer flere hold rundt om i verden effektiviteten af den kombinerede brug af NOMA og MU-MIMO, hvis resultater vil bestemme den fremtidige skæbne for tilgangen. Vi arbejder også videre på prototypen: dens næste version vil blive præsenteret på IEEE INFOCOM-konferencen i juli 2020.
- Endelig er en anden vigtig nyskabelse, men med en uklar skæbne koordineret drift af adgangspunkter. Mens mange leverandører har deres egne centraliserede controllere til virksomhedens Wi-Fi-netværk, har sådanne controlleres muligheder generelt været begrænset til langsigtet parameterkonfiguration og kanalvalg. Standardudvalget diskuterer tættere samarbejde mellem tilstødende adgangspunkter, som omfatter koordineret transmissionsplanlægning, beamforming og endda distribuerede MIMO-systemer. Nogle af de overvejede tilgange bruger sekventiel interferensannullering (omtrent det samme som i NOMA). Selvom tilgange til 11be-koordinering endnu ikke er udviklet, er der ingen tvivl om, at standarden vil give adgangspunkter fra forskellige producenter mulighed for at koordinere transmissionsplaner med hinanden for at reducere gensidig interferens. Andre, mere komplekse tilgange (såsom distribueret MU-MIMO) vil være sværere at implementere i standarden, selvom nogle medlemmer af gruppen er fast besluttet på at gøre det inden for Release 2. Uanset resultatet, skæbnen for adgangspunktkoordineringsmetoder er uklart. Selvom de er inkluderet i standarden, når de muligvis ikke markedet. En lignende ting er sket før, når man forsøgte at bringe orden i Wi-Fi-transmissioner ved hjælp af løsninger som HCCA (11e) og HCCA TXOP Negotiation (11be).
Sammenfattende ser det ud til, at de fleste af forslagene forbundet med de første fem grupper vil blive en del af Wi-Fi 7, mens forslagene forbundet med de to sidste grupper kræver betydelig yderligere forskning for at bevise deres effektivitet.
Flere tekniske detaljer
Tekniske detaljer om Wi-Fi 7 kan læses (på engelsk)
Kilde: www.habr.com