Πρόσφατα, μπήκαν στην αγορά συσκευές που υποστηρίζουν τεχνολογία Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax), για την οποία γίνεται πολύς λόγος. Αλλά λίγοι άνθρωποι γνωρίζουν ότι η ανάπτυξη μιας νέας γενιάς τεχνολογίας Wi-Fi βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη - Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Μάθετε πώς θα είναι το Wi-Fi 7 σε αυτό το άρθρο.
Ιστορικό
Τον Σεπτέμβριο του 2020, θα γιορτάσουμε την 30ή επέτειο του έργου IEEE 802.11, το οποίο έχει επηρεάσει σημαντικά τη ζωή μας. Επί του παρόντος, η τεχνολογία Wi-Fi, που ορίζεται από την οικογένεια προτύπων IEEE 802.11, είναι η πιο δημοφιλής ασύρματη τεχνολογία που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση στο Διαδίκτυο, με το Wi-Fi να μεταφέρει περισσότερο από το ήμισυ της κίνησης των χρηστών. Ενώ η τεχνολογία κινητής τηλεφωνίας μετονομάζεται κάθε δεκαετία, όπως η αντικατάσταση του ονόματος 4G με 5G, για τους χρήστες Wi-Fi, οι βελτιώσεις στις ταχύτητες δεδομένων, καθώς και η εισαγωγή νέων υπηρεσιών και νέων λειτουργιών, συμβαίνουν σχεδόν απαρατήρητες. Λίγοι πελάτες ενδιαφέρονται για τα γράμματα "n", "ac" ή "ax" που ακολουθούν το "802.11" στα κουτιά εξοπλισμού. Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι το Wi-Fi δεν εξελίσσεται.
Μια απόδειξη της εξέλιξης του Wi-Fi είναι η δραματική αύξηση στις ονομαστικές ταχύτητες δεδομένων: από 2 Mbps στην έκδοση του 1997 σε σχεδόν 10 Gbps στο πιο πρόσφατο πρότυπο 802.11ax, γνωστό και ως Wi-Fi 6. Το σύγχρονο Wi-Fi φτάνει σε τέτοια κέρδη απόδοσης λόγω ταχύτερων σχεδίων σημάτων και κωδικών, ευρύτερων καναλιών και χρήσης τεχνολογίας .
Εκτός από την κύρια τάση των ασύρματων τοπικών δικτύων υψηλής ταχύτητας, η εξέλιξη του Wi-Fi περιλαμβάνει πολλά εξειδικευμένα έργα. Για παράδειγμα, το Wi-Fi HaLow (802.11ah) ήταν μια προσπάθεια να φέρει το Wi-Fi στην αγορά ασύρματου Internet of Things. Το Wi-Fi κυμάτων χιλιοστών (802.11ad/ay) υποστηρίζει ονομαστικούς ρυθμούς δεδομένων έως και 275 Gbps, αν και σε πολύ μικρές αποστάσεις.
Οι νέες εφαρμογές και υπηρεσίες που σχετίζονται με τη ροή βίντεο υψηλής ευκρίνειας, την εικονική και επαυξημένη πραγματικότητα, τα παιχνίδια, το απομακρυσμένο γραφείο και το cloud computing, καθώς και την ανάγκη υποστήριξης μεγάλου αριθμού χρηστών με έντονη κίνηση σε ασύρματα δίκτυα, απαιτούν υψηλή απόδοση.
Wi-Fi 7 γκολ
Τον Μάιο του 2019, η υποομάδα BE (TGbe) της Ομάδας Εργασίας 802.11 της Επιτροπής Προτύπων Δικτύων Τοπικής και Μητροπολιτικής Περιοχής ξεκίνησε τις εργασίες για μια νέα προσθήκη στο πρότυπο Wi-Fi που θα αυξηθεί ονομαστική απόδοση έως και άνω των 40 Gbit/s σε ένα κανάλι συχνοτήτων της «τυπικής» περιοχής Wi-Fi <= 7 GHz. Αν και πολλά έγγραφα αναφέρουν "μέγιστη απόδοση τουλάχιστον 30 Gbps", το νέο πρωτόκολλο φυσικού επιπέδου θα παρέχει ονομαστικές ταχύτητες άνω των 40 Gbps.
Μια άλλη σημαντική κατεύθυνση ανάπτυξης για το Wi-Fi 7 είναι υποστήριξη για εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο (παιχνίδια, εικονική και επαυξημένη πραγματικότητα, έλεγχος ρομπότ). Αξίζει να σημειωθεί ότι παρόλο που το Wi-Fi χειρίζεται την κυκλοφορία ήχου και εικόνας με ιδιαίτερο τρόπο, πιστεύεται εδώ και πολύ καιρό ότι η παροχή τυπικού επιπέδου εγγυημένης χαμηλής καθυστέρησης (χιλιοστά του δευτερολέπτου), γνωστή και ως Time-Sensitive Networking, στα δίκτυα Wi-Fi είναι θεμελιωδώς αδύνατο. Τον Νοέμβριο του 2017, η ομάδα μας από το IITP RAS και την Ανώτατη Οικονομική Σχολή του Εθνικού Ερευνητικού Πανεπιστημίου (μην το παίρνετε για PR) έκανε μια αντίστοιχη πρόταση στην ομάδα IEEE 802.11. Η πρόταση προκάλεσε μεγάλο ενδιαφέρον και μια ειδική υποομάδα ξεκίνησε τον Ιούλιο του 2018 για να μελετήσει περαιτέρω το θέμα. Επειδή η υποστήριξη εφαρμογών σε πραγματικό χρόνο απαιτεί τόσο υψηλούς ονομαστικούς ρυθμούς δεδομένων όσο και βελτιωμένη λειτουργικότητα επιπέδου σύνδεσης, η Ομάδα Εργασίας 802.11 αποφάσισε να αναπτύξει μεθόδους για την υποστήριξη εφαρμογών σε πραγματικό χρόνο στο Wi-Fi 7.
Ένα σημαντικό ζήτημα με το Wi-Fi 7 είναι η συνύπαρξή του με τεχνολογίες κυψελοειδούς δικτύου (4G/5G) που αναπτύσσονται από το 3GPP και λειτουργούν στις ίδιες ζώνες συχνοτήτων χωρίς άδεια. Μιλάμε για LTE-LAA/NR-U. Για να μελετήσει τα προβλήματα που σχετίζονται με τη συνύπαρξη Wi-Fi και δικτύων κινητής τηλεφωνίας, το IEEE 802.11 εγκαινίασε τη Συνυπάρχουσα Μόνιμη Επιτροπή (Coex SC). Παρά τις πολυάριθμες συναντήσεις και ακόμη και ένα κοινό εργαστήριο συμμετεχόντων στο 3GPP και το IEEE 802.11 τον Ιούλιο του 2019 στη Βιέννη, οι τεχνικές λύσεις δεν έχουν ακόμη εγκριθεί. Μια πιθανή εξήγηση για αυτή τη ματαιότητα είναι ότι τόσο το IEEE 802 όσο και το 3GPP διστάζουν να αλλάξουν τις δικές τους τεχνολογίες για να συμμορφωθούν με τις άλλες. Ετσι, Προς το παρόν δεν είναι σαφές εάν οι συζητήσεις του Coex SC θα επηρεάσουν το πρότυπο Wi-Fi 7.
Διαδικασία ανάπτυξης
Αν και η διαδικασία ανάπτυξης του Wi-Fi 7 βρίσκεται σε πολύ πρώιμα στάδια, μέχρι σήμερα έχουν γίνει σχεδόν 500 προτάσεις για νέες λειτουργίες για το επερχόμενο Wi-Fi 7, γνωστό και ως IEEE 802.11be. Οι περισσότερες από τις ιδέες απλώς συζητούνται στην υποομάδα be και δεν έχει ληφθεί ακόμη απόφαση για αυτές. Πρόσφατα εγκρίθηκαν και άλλες ιδέες. Παρακάτω θα αναγράφεται με σαφήνεια ποιες προτάσεις εγκρίνονται και ποιες είναι μόνο υπό συζήτηση.
Αρχικά είχε προγραμματιστεί ότι η ανάπτυξη των κύριων νέων μηχανισμών θα είχε ολοκληρωθεί έως τον Μάρτιο του 2021. Η τελική έκδοση του προτύπου αναμένεται στις αρχές του 2024. Τον Ιανουάριο του 2020, η 11be εξέφρασε ανησυχίες σχετικά με το εάν η ανάπτυξη θα παραμείνει εντός χρονοδιαγράμματος με τον τρέχοντα ρυθμό εργασίας. Για να επιταχυνθεί η τυπική διαδικασία ανάπτυξης, η υποομάδα συμφώνησε να επιλέξει ένα μικρό σύνολο χαρακτηριστικών υψηλής προτεραιότητας που θα μπορούσε να κυκλοφορήσει έως το 2021 (έκδοση 1) και να αφήσει τα υπόλοιπα στην Έκδοση 2. Τα χαρακτηριστικά υψηλής προτεραιότητας θα πρέπει να παρέχουν τα κύρια κέρδη απόδοσης και περιλαμβάνει υποστήριξη για 320 MHz, 4K-QAM, εμφανείς βελτιώσεις στο OFDMA από Wi-Fi 6, MU-MIMO με 16 ροές.
Λόγω του κορωνοϊού, η ομάδα αυτή τη στιγμή δεν συνεδριάζει αυτοπροσώπως, αλλά πραγματοποιεί τακτικά τηλεδιασκέψεις. Έτσι, η ανάπτυξη επιβραδύνθηκε κάπως, αλλά δεν σταμάτησε.
Λεπτομέρειες τεχνολογίας
Ας δούμε τις κύριες καινοτομίες του Wi-Fi 7.
- Το νέο πρωτόκολλο φυσικού επιπέδου είναι μια ανάπτυξη του πρωτοκόλλου Wi-Fi 6 με διπλάσια αύξηση εύρος ζώνης έως 320 MHz, διπλάσιος αριθμός χωρικών ροών MU-MIMO, που αυξάνει την ονομαστική απόδοση κατά 2×2 = 4 φορές. Το Wi-Fi 7 ξεκινά επίσης να χρησιμοποιεί διαμόρφωση 4K-QAM, το οποίο προσθέτει άλλο 20% στην ονομαστική απόδοση. Επομένως, το Wi-Fi 7 θα παρέχει 2x2x1,2 = 4,8 φορές την ονομαστική ταχύτητα δεδομένων του Wi-Fi 6: Η μέγιστη ονομαστική απόδοση του Wi-Fi 7 είναι 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Επιπλέον, θα υπάρξει μια επαναστατική αλλαγή στο πρωτόκολλο φυσικού επιπέδου για να διασφαλιστεί η συμβατότητα με μελλοντικές εκδόσεις του Wi-Fi, αλλά θα παραμείνει αόρατο στους χρήστες.
- Αλλαγή της μεθόδου πρόσβασης καναλιού για υποστήριξη εφαρμογών σε πραγματικό χρόνο θα πραγματοποιηθεί λαμβάνοντας υπόψη την εμπειρία του IEEE 802 TSN για ενσύρματα δίκτυα. Οι συνεχιζόμενες συζητήσεις στην επιτροπή προτύπων σχετίζονται με τη διαδικασία τυχαίας υποχώρησης για την πρόσβαση καναλιών, τις κατηγορίες υπηρεσιών κίνησης και συνεπώς τις ξεχωριστές ουρές για την κυκλοφορία σε πραγματικό χρόνο και τις πολιτικές υπηρεσίας πακέτων.
- Παρουσιάστηκε στο Wi-Fi 6 (802.11ax) ΟΦΜΑ – Μέθοδος πρόσβασης καναλιών διαίρεσης χρόνου και συχνότητας (παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιείται στα δίκτυα 4G και 5G) – παρέχει νέες ευκαιρίες για βέλτιστη κατανομή πόρων. Ωστόσο, στο 11ax, το OFDMA δεν είναι αρκετά ευέλικτο. Πρώτον, επιτρέπει στο σημείο πρόσβασης να εκχωρεί μόνο ένα μπλοκ πόρων προκαθορισμένου μεγέθους στη συσκευή-πελάτη. Δεύτερον, δεν υποστηρίζει απευθείας μετάδοση μεταξύ σταθμών πελατών. Και τα δύο μειονεκτήματα μειώνουν τη φασματική απόδοση. Επιπλέον, η έλλειψη ευελιξίας του παλαιού τύπου Wi-Fi 6 OFDMA υποβαθμίζει την απόδοση σε πυκνά δίκτυα και αυξάνει την καθυστέρηση, η οποία είναι κρίσιμη για εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο. Το 11be θα λύσει αυτά τα προβλήματα OFDMA.
- Μία από τις επιβεβαιωμένες επαναστατικές αλλαγές του Wi-Fi 7 είναι η εγγενής υποστήριξη ταυτόχρονη χρήση πολλών παράλληλων συνδέσεων σε διαφορετικές συχνότητες, το οποίο είναι πολύ χρήσιμο τόσο για τεράστιους ρυθμούς δεδομένων όσο και για εξαιρετικά χαμηλό λανθάνοντα χρόνο. Αν και τα σύγχρονα chipset μπορούν ήδη να χρησιμοποιούν πολλές συνδέσεις ταυτόχρονα, για παράδειγμα, στις ζώνες 2.4 και 5 GHz, αυτές οι συνδέσεις είναι ανεξάρτητες, γεγονός που περιορίζει την αποτελεσματικότητα μιας τέτοιας λειτουργίας. Στο 11be, θα βρεθεί ένα επίπεδο συγχρονισμού μεταξύ των καναλιών που επιτρέπει την αποτελεσματική χρήση των πόρων καναλιών και θα συνεπάγεται σημαντικές αλλαγές στους κανόνες του πρωτοκόλλου πρόσβασης καναλιού.
- Η χρήση πολύ ευρέων καναλιών και μεγάλου αριθμού χωρικών ροών οδηγεί στο πρόβλημα των υψηλών επιβαρύνσεων που σχετίζονται με τη διαδικασία εκτίμησης κατάστασης καναλιού που απαιτείται για το MIMO και το OFDMA. Αυτό το γενικό κόστος ακυρώνει τυχόν κέρδη από την αύξηση των ονομαστικών ρυθμών δεδομένων. Το αναμενόταν η διαδικασία αξιολόγησης της κατάστασης του καναλιού θα αναθεωρηθεί.
- Στο πλαίσιο του Wi-Fi 7, η επιτροπή προτύπων συζητά τη χρήση κάποιων «προηγμένων» μεθόδων μεταφοράς δεδομένων. Θεωρητικά, αυτές οι μέθοδοι βελτιώνουν τη φασματική απόδοση στην περίπτωση επαναλαμβανόμενων προσπαθειών μετάδοσης, καθώς και ταυτόχρονων μεταδόσεων προς τις ίδιες ή αντίθετες κατευθύνσεις. Μιλάμε για υβριδικό αυτόματο αίτημα επανάληψης (HARQ), που χρησιμοποιείται σήμερα σε δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, λειτουργία full-duplex και μη ορθογώνια πολλαπλή πρόσβαση (NOMA). Αυτές οι τεχνικές έχουν μελετηθεί καλά στη βιβλιογραφία στη θεωρία, αλλά δεν είναι ακόμη σαφές εάν τα κέρδη παραγωγικότητας που παρέχουν θα αξίζουν την προσπάθεια για την εφαρμογή τους.
- Χρήση HARQ περιπλέκεται από το ακόλουθο πρόβλημα. Στο Wi-Fi, τα πακέτα είναι κολλημένα μεταξύ τους για να μειώσουν τα έξοδα. Στις τρέχουσες εκδόσεις του Wi-Fi, επιβεβαιώνεται η παράδοση κάθε πακέτου μέσα στο κολλημένο και, εάν δεν έρθει επιβεβαίωση, η μετάδοση του πακέτου επαναλαμβάνεται χρησιμοποιώντας μεθόδους πρωτοκόλλου πρόσβασης καναλιού. Το HARQ μετακινεί επαναλήψεις από τη σύνδεση δεδομένων στο φυσικό επίπεδο, όπου δεν υπάρχουν άλλα πακέτα, αλλά μόνο κωδικές λέξεις και τα όρια των κωδικών λέξεων δεν συμπίπτουν με τα όρια των πακέτων. Αυτός ο αποσυγχρονισμός περιπλέκει την εφαρμογή του HARQ στο Wi-Fi.
- σε σχέση με το full duplex, τότε επί του παρόντος ούτε σε δίκτυα κινητής τηλεφωνίας ούτε σε δίκτυα Wi-Fi είναι δυνατή η ταυτόχρονη μετάδοση δεδομένων στο ίδιο κανάλι συχνότητας προς και από το σημείο πρόσβασης (σταθμός βάσης). Από τεχνική άποψη, αυτό οφείλεται στη μεγάλη διαφορά στην ισχύ του μεταδιδόμενου και του λαμβανόμενου σήματος. Αν και υπάρχουν πρωτότυπα που συνδυάζουν ψηφιακή και αναλογική αφαίρεση του μεταδιδόμενου σήματος από το λαμβανόμενο σήμα, ικανά να λαμβάνουν σήμα Wi-Fi κατά τη μετάδοσή του, το κέρδος που μπορούν να παρέχουν στην πράξη μπορεί να είναι αμελητέο λόγω του γεγονότος ότι ανά πάσα στιγμή η κατάντη δεν είναι ίση με την ανοδική (κατά μέσο όρο «στο νοσοκομείο» η φθίνουσα είναι σημαντικά μεγαλύτερη). Επιπλέον, μια τέτοια αμφίδρομη μετάδοση θα περιπλέξει σημαντικά το πρωτόκολλο.
- Ενώ η μετάδοση πολλαπλών ροών με χρήση MIMO απαιτεί πολλαπλές κεραίες για τον αποστολέα και τον παραλήπτη, με μη ορθογώνια πρόσβαση το σημείο πρόσβασης μπορεί ταυτόχρονα να μεταδώσει δεδομένα σε δύο παραλήπτες από μία μόνο κεραία. Διάφορες επιλογές μη ορθογώνιας πρόσβασης περιλαμβάνονται στις πιο πρόσφατες προδιαγραφές 5G. Πρωτότυπο ΝΟΜΑ Το Wi-Fi δημιουργήθηκε για πρώτη φορά το 2018 στο IITP RAS (και πάλι, μην το θεωρείτε PR). Έδειξε μια αύξηση απόδοσης 30-40%. Το πλεονέκτημα της ανεπτυγμένης τεχνολογίας είναι η συμβατότητά της προς τα πίσω: ένας από τους δύο παραλήπτες μπορεί να είναι μια παλιά συσκευή που δεν υποστηρίζει Wi-Fi 7. Γενικά, το πρόβλημα της συμβατότητας προς τα πίσω είναι πολύ σημαντικό, καθώς συσκευές διαφορετικών γενεών μπορούν να λειτουργούν ταυτόχρονα σε δίκτυο Wi-Fi. Επί του παρόντος, αρκετές ομάδες σε όλο τον κόσμο αναλύουν την αποτελεσματικότητα της συνδυασμένης χρήσης NOMA και MU-MIMO, τα αποτελέσματα της οποίας θα καθορίσουν τη μελλοντική τύχη της προσέγγισης. Συνεχίζουμε επίσης να εργαζόμαστε για το πρωτότυπο: η επόμενη έκδοσή του θα παρουσιαστεί στο συνέδριο IEEE INFOCOM τον Ιούλιο του 2020.
- Τέλος, μια άλλη σημαντική καινοτομία, αλλά με αδιευκρίνιστη μοίρα, είναι συντονισμένη λειτουργία των σημείων πρόσβασης. Αν και πολλοί προμηθευτές έχουν τους δικούς τους κεντρικούς ελεγκτές για εταιρικά δίκτυα Wi-Fi, οι δυνατότητες τέτοιων ελεγκτών έχουν γενικά περιοριστεί στη μακροπρόθεσμη διαμόρφωση παραμέτρων και στην επιλογή καναλιών. Η επιτροπή προτύπων συζητά στενότερη συνεργασία μεταξύ γειτονικών σημείων πρόσβασης, η οποία περιλαμβάνει συντονισμένο προγραμματισμό μετάδοσης, διαμόρφωση δέσμης και ακόμη και κατανεμημένα συστήματα MIMO. Ορισμένες από τις προσεγγίσεις που εξετάζονται χρησιμοποιούν διαδοχική ακύρωση παρεμβολών (περίπου το ίδιο όπως στο NOMA). Αν και δεν έχουν ακόμη αναπτυχθεί προσεγγίσεις για τον συντονισμό 11be, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι το πρότυπο θα επιτρέψει στα σημεία πρόσβασης από διαφορετικούς κατασκευαστές να συντονίζουν τα χρονοδιαγράμματα μετάδοσης μεταξύ τους για να μειώσουν τις αμοιβαίες παρεμβολές. Άλλες, πιο σύνθετες προσεγγίσεις (όπως το κατανεμημένο MU-MIMO) θα είναι πιο δύσκολο να εφαρμοστούν στο πρότυπο, αν και ορισμένα μέλη της ομάδας είναι αποφασισμένα να το κάνουν εντός της Έκδοσης 2. Ανεξάρτητα από το αποτέλεσμα, η τύχη των μεθόδων συντονισμού του σημείου πρόσβασης είναι ασαφές. Ακόμη και αν περιλαμβάνονται στο πρότυπο, ενδέχεται να μην φτάσουν στην αγορά. Κάτι παρόμοιο έχει συμβεί στο παρελθόν όταν προσπαθούσαμε να βάλουμε τάξη στις μεταδόσεις Wi-Fi χρησιμοποιώντας λύσεις όπως το HCCA (11e) και το HCCA TXOP Negotiation (11be).
Συνοπτικά, φαίνεται ότι οι περισσότερες από τις προτάσεις που σχετίζονται με τις πρώτες πέντε ομάδες θα γίνουν μέρος του Wi-Fi 7, ενώ οι προτάσεις που σχετίζονται με τις δύο τελευταίες ομάδες απαιτούν σημαντική πρόσθετη έρευνα για να αποδειχθεί η αποτελεσματικότητά τους.
Περισσότερες τεχνικές λεπτομέρειες
Μπορείτε να διαβάσετε τεχνικές λεπτομέρειες σχετικά με το Wi-Fi 7 (Στα Αγγλικά)
Πηγή: www.habr.com