Recientemente, han entrado en el mercado dispositivos compatibles con la tecnología Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax), de la que se habla mucho. Pero pocas personas saben que ya está en marcha el desarrollo de una nueva generación de tecnología Wi-Fi: Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Descubre cómo será Wi-Fi 7 en este artículo.
Prehistoria
En septiembre de 2020 celebraremos el 30 aniversario del proyecto IEEE 802.11, que ha impactado significativamente nuestras vidas. Actualmente, la tecnología Wi-Fi, definida por la familia de estándares IEEE 802.11, es la tecnología inalámbrica más popular utilizada para conectarse a Internet, y Wi-Fi transporta más de la mitad del tráfico de usuarios. Si bien la tecnología celular cambia de nombre cada década, como reemplazar el nombre 4G por 5G, para los usuarios de Wi-Fi, las mejoras en las velocidades de datos, así como la introducción de nuevos servicios y nuevas funciones, pasan casi desapercibidas. A pocos clientes les importan las letras "n", "ac" o "ax" que siguen a "802.11" en las cajas de los equipos. Pero eso no significa que el Wi-Fi no esté evolucionando.
Una prueba de la evolución del Wi-Fi es el espectacular aumento de las velocidades nominales de datos: de 2 Mbps en la versión de 1997 a casi 10 Gbps en el último estándar 802.11ax, también conocido como Wi-Fi 6. El Wi-Fi moderno alcanza tales Ganancias de rendimiento debido a diseños de señales y códigos más rápidos, canales más amplios y el uso de tecnología. .
Además de la corriente principal de redes de área local inalámbricas de alta velocidad, la evolución de Wi-Fi incluye varios proyectos de nicho. Por ejemplo, Wi-Fi HaLow (802.11ah) fue un intento de llevar Wi-Fi al mercado inalámbrico de Internet de las cosas. El Wi-Fi de onda milimétrica (802.11ad/ay) admite velocidades de datos nominales de hasta 275 Gbps, aunque en distancias muy cortas.
Las nuevas aplicaciones y servicios relacionados con la transmisión de vídeo de alta definición, la realidad virtual y aumentada, los juegos, la oficina remota y la computación en la nube, así como la necesidad de soportar un gran número de usuarios con un tráfico intenso en redes inalámbricas, requieren un alto rendimiento.
Wifi 7 goles
En mayo de 2019, el subgrupo BE (TGbe) del Grupo de Trabajo 802.11 del Comité de Estándares de Redes de Área Local y Metropolitana comenzó a trabajar en una nueva incorporación al estándar Wi-Fi que aumentará Rendimiento nominal de hasta más de 40 Gbit/s en un canal de frecuencia del rango Wi-Fi “típico” <= 7 GHz. Aunque muchos documentos enumeran un "rendimiento máximo de al menos 30 Gbps", el nuevo protocolo de capa física proporcionará velocidades nominales superiores a 40 Gbps.
Otra dirección de desarrollo importante para Wi-Fi 7 es soporte para aplicaciones en tiempo real (juegos, realidad virtual y aumentada, control de robots). Es de destacar que, si bien Wi-Fi maneja el tráfico de audio y video de una manera especial, durante mucho tiempo se ha creído que proporcionar baja latencia (milisegundos) garantizada de nivel estándar, también conocida como red sensible al tiempo, en redes Wi-Fi es fundamentalmente imposible. En noviembre de 2017, nuestro equipo del IITP RAS y la Escuela Superior de Economía de la Universidad Nacional de Investigación (no lo tome por PR) hizo una propuesta correspondiente en el grupo IEEE 802.11. La propuesta generó mucho interés y en julio de 2018 se creó un subgrupo especial para estudiar el tema en mayor profundidad. Debido a que soportar aplicaciones en tiempo real requiere altas velocidades de datos nominales y una funcionalidad mejorada de la capa de enlace, el Grupo de Trabajo 802.11 decidió desarrollar métodos para soportar aplicaciones en tiempo real dentro de Wi-Fi 7.
Un problema importante con Wi-Fi 7 es su coexistencia con tecnologías de redes celulares (4G/5G) desarrolladas por 3GPP y que operan en las mismas bandas de frecuencia sin licencia. Estamos hablando de LTE-LAA/NR-U. Para estudiar los problemas asociados con la coexistencia de redes Wi-Fi y celulares, IEEE 802.11 lanzó el Comité Permanente Coexistente (Coex SC). A pesar de numerosas reuniones e incluso un taller conjunto de participantes de 3GPP e IEEE 802.11 en julio de 2019 en Viena, aún no se han aprobado soluciones técnicas. Una posible explicación de esta inutilidad es que tanto IEEE 802 como 3GPP se muestran reacios a cambiar sus propias tecnologías para adaptarse a la otra. De este modo, Actualmente no está claro si las discusiones de Coex SC afectarán el estándar Wi-Fi 7.
Proceso de desarrollo
Aunque el proceso de desarrollo de Wi-Fi 7 se encuentra en sus primeras etapas, hasta la fecha ha habido casi 500 propuestas de nuevas funciones para el próximo Wi-Fi 7, también conocido como IEEE 802.11be. La mayoría de las ideas recién se están discutiendo en el subgrupo be y aún no se ha tomado una decisión al respecto. Recientemente se han aprobado otras ideas. A continuación se indicará claramente qué propuestas están aprobadas y cuáles sólo están en discusión.
Inicialmente estaba previsto que el desarrollo de los principales nuevos mecanismos estuviera terminado en marzo de 2021. Se espera que la versión final del estándar esté disponible para principios de 2024. En enero de 2020, 11be expresó su preocupación sobre si el desarrollo se mantendría según lo previsto al ritmo de trabajo actual. Para acelerar el proceso de desarrollo estándar, el subgrupo acordó seleccionar un pequeño conjunto de funciones de alta prioridad que podrían publicarse en 2021 (versión 1) y dejar el resto en la versión 2. Las funciones de alta prioridad deberían proporcionar las principales mejoras de rendimiento. e incluye soporte para 320 MHz, 4K-QAM, mejoras obvias a OFDMA desde Wi-Fi 6, MU-MIMO con 16 transmisiones.
Debido al coronavirus, el grupo actualmente no se reúne en persona, pero realiza teleconferencias periódicamente. Así, el desarrollo se desaceleró un poco, pero no se detuvo.
Detalles tecnológicos
Veamos las principales innovaciones de Wi-Fi 7.
- El nuevo protocolo de capa física es un desarrollo del protocolo Wi-Fi 6 con un aumento doble ancho de banda de hasta 320 MHz, el doble de transmisiones espaciales MU-MIMO, lo que aumenta el rendimiento nominal en 2×2 = 4 veces. Wi-Fi 7 también comienza a usar modulación QAM 4K, lo que añade otro 20% al rendimiento nominal. Por lo tanto, Wi-Fi 7 proporcionará 2x2x1,2 = 4,8 veces la velocidad de datos nominal de Wi-Fi 6: el rendimiento nominal máximo de Wi-Fi 7 es 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Además, habrá un cambio revolucionario en el protocolo de la capa física para garantizar la compatibilidad con futuras versiones de Wi-Fi, pero seguirá siendo invisible para los usuarios.
- Cambiar el método de acceso al canal para soporte de aplicaciones en tiempo real Se realizará teniendo en cuenta la experiencia del IEEE 802 TSN para redes cableadas. Las discusiones en curso en el comité de estándares se relacionan con el procedimiento de interrupción aleatoria para el acceso al canal, las categorías de servicios de tráfico y, por lo tanto, las colas separadas para el tráfico en tiempo real, y las políticas de servicios de paquetes.
- Introducido en Wi-Fi 6 (802.11ax) OFDMA – método de acceso al canal por división de tiempo y frecuencia (similar al utilizado en las redes 4G y 5G): ofrece nuevas oportunidades para una asignación óptima de recursos. Sin embargo, en 11ax, OFDMA no es lo suficientemente flexible. En primer lugar, permite que el punto de acceso asigne sólo un bloque de recursos de un tamaño predeterminado al dispositivo cliente. En segundo lugar, no admite la transmisión directa entre estaciones cliente. Ambas desventajas reducen la eficiencia espectral. Además, la falta de flexibilidad del Wi-Fi 6 OFDMA heredado degrada el rendimiento en redes densas y aumenta la latencia, lo cual es fundamental para las aplicaciones en tiempo real. 11be resolverá estos problemas de OFDMA.
- Uno de los cambios revolucionarios confirmados de Wi-Fi 7 es el soporte nativo uso simultáneo de varias conexiones paralelas a diferentes frecuencias, que es muy útil tanto para velocidades de datos enormes como para una latencia extremadamente baja. Aunque los chipsets modernos ya pueden utilizar varias conexiones simultáneamente, por ejemplo en las bandas de 2.4 y 5 GHz, estas conexiones son independientes, lo que limita la eficacia de dicha operación. En 11be se encontrará un nivel de sincronización entre canales que permita un uso eficiente de los recursos del canal y supondrá cambios significativos en las reglas del protocolo de acceso al canal.
- El uso de canales muy anchos y un gran número de flujos espaciales conduce al problema de una alta sobrecarga asociada con el procedimiento de estimación del estado del canal requerido para MIMO y OFDMA. Esta sobrecarga anula cualquier ganancia derivada del aumento de las velocidades de datos nominales. Se esperaba que Se revisará el procedimiento de evaluación del estado del canal..
- En el contexto de Wi-Fi 7, el comité de estándares está discutiendo el uso de algunos métodos de transferencia de datos "avanzados". En teoría, estos métodos mejoran la eficiencia espectral en el caso de intentos de transmisión repetidos, así como transmisiones simultáneas en la misma dirección o en direcciones opuestas. Hablamos de solicitud de repetición automática híbrida (HARQ), utilizada actualmente en redes celulares, modo full-duplex y acceso múltiple no ortogonal (NOMA). Estas técnicas han sido bien estudiadas en la literatura en teoría, pero aún no está claro si las ganancias de productividad que proporcionan justificarán el esfuerzo de implementarlas.
- el uso de HARQ complicado por el siguiente problema. En Wi-Fi, los paquetes se pegan entre sí para reducir los gastos generales. En las versiones actuales de Wi-Fi, se confirma la entrega de cada paquete dentro del pegado y, si no llega la confirmación, se repite la transmisión del paquete utilizando métodos de protocolo de acceso al canal. HARQ mueve los reintentos desde el enlace a la capa física, donde no hay más paquetes, pero hay palabras de código y los límites de las palabras de código no coinciden con los límites de los paquetes. Esta desincronización complica la implementación de HARQ en Wi-Fi.
- con respecto a Full-Duplex, actualmente ni en las redes celulares ni en las redes Wi-Fi es posible transmitir datos simultáneamente en el mismo canal de frecuencia hacia y desde el punto de acceso (estación base). Desde un punto de vista técnico, esto se debe a la gran diferencia en la potencia de la señal transmitida y recibida. Aunque existen prototipos que combinan la sustracción digital y analógica de la señal transmitida de la señal recibida, capaces de recibir una señal Wi-Fi durante su transmisión, la ganancia que pueden proporcionar en la práctica puede ser insignificante debido a que en un momento dado el descendente no es igual al ascendente (en promedio “en el hospital” el descendente es significativamente mayor). Además, dicha transmisión bidireccional complicará significativamente el protocolo.
- Si bien la transmisión de múltiples flujos usando MIMO requiere múltiples antenas para el remitente y el destinatario, con un acceso no ortogonal el punto de acceso puede transmitir datos simultáneamente a dos destinatarios desde una sola antena. En las últimas especificaciones 5G se incluyen varias opciones de acceso no ortogonales. Prototipo NOMA Wi-Fi se creó por primera vez en 2018 en el IITP RAS (nuevamente, no lo considere PR). Demostró un aumento de rendimiento del 30-40%. La ventaja de la tecnología desarrollada es su compatibilidad con versiones anteriores: uno de los dos destinatarios puede ser un dispositivo obsoleto que no es compatible con Wi-Fi 7. En general, el problema de la compatibilidad con versiones anteriores es muy importante, ya que pueden funcionar simultáneamente dispositivos de diferentes generaciones. en una red Wi-Fi. Actualmente, varios equipos de todo el mundo están analizando la eficacia del uso combinado de NOMA y MU-MIMO, cuyos resultados determinarán el futuro del enfoque. También seguimos trabajando en el prototipo: su próxima versión se presentará en la conferencia IEEE INFOCOM en julio de 2020.
- Finalmente, otra innovación importante, pero con un destino incierto, es operación coordinada de puntos de acceso. Aunque muchos proveedores tienen sus propios controladores centralizados para redes Wi-Fi empresariales, las capacidades de dichos controladores generalmente se han limitado a la configuración de parámetros a largo plazo y la selección de canales. El comité de estándares está discutiendo una cooperación más estrecha entre puntos de acceso vecinos, que incluye programación de transmisión coordinada, formación de haces e incluso sistemas MIMO distribuidos. Algunos de los enfoques considerados utilizan la cancelación secuencial de interferencias (aproximadamente lo mismo que en NOMA). Aunque aún no se han desarrollado enfoques para la coordinación 11be, no hay duda de que el estándar permitirá que los puntos de acceso de diferentes fabricantes coordinen horarios de transmisión entre sí para reducir la interferencia mutua. Otros enfoques más complejos (como MU-MIMO distribuido) serán más difíciles de implementar en el estándar, aunque algunos miembros del grupo están decididos a hacerlo en la Versión 2. Independientemente del resultado, el destino de los métodos de coordinación de puntos de acceso no esta claro. Incluso si se incluyen en la norma, es posible que no lleguen al mercado. Algo similar ha sucedido antes al intentar poner orden en las transmisiones Wi-Fi utilizando soluciones como HCCA (11e) y HCCA TXOP Negotiation (11be).
En resumen, parece que la mayoría de las propuestas asociadas a los cinco primeros grupos pasarán a formar parte de Wi-Fi 7, mientras que las propuestas asociadas a los dos últimos grupos requieren una importante investigación adicional para demostrar su eficacia.
Más detalles técnicos
Se pueden leer detalles técnicos sobre Wi-Fi 7 (en inglés)
Fuente: habr.com