Viimasel ajal on turule tulnud Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) tehnoloogiat toetavad seadmed, millest palju räägitakse. Kuid vähesed teavad, et uue põlvkonna Wi-Fi tehnoloogia arendamine on juba käimas - Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Sellest artiklist saate teada, milline saab olema Wi-Fi 7.
eelajalugu
2020. aasta septembris tähistame meie elu oluliselt mõjutanud IEEE 30 projekti 802.11. aastapäeva. Praegu on IEEE 802.11 standardiperekonnaga määratletud Wi-Fi-tehnoloogia kõige populaarsem Interneti-ühenduse loomiseks kasutatav traadita tehnoloogia, kusjuures Wi-Fi kannab üle poole kasutajaliiklusest. Kui mobiilsidetehnoloogia muudab end iga kümnendi jooksul ümber, näiteks asendab nime 4G 5G-ga, siis Wi-Fi kasutajate jaoks toimub andmesidekiiruse paranemine, samuti uute teenuste ja funktsioonide kasutuselevõtt peaaegu märkamatult. Vähesed kliendid hoolivad tähtedest "n", "ac" või "ax", mis järgnevad varustuskastidel "802.11". Kuid see ei tähenda, et Wi-Fi ei areneks.
Üheks tõestuseks Wi-Fi arengust on nimiandmesidekiiruste dramaatiline kasv: 2. aasta versiooni 1997 Mbps-lt peaaegu 10 Gbps-ni uusimas 802.11ax standardis, mida tuntakse ka kui Wi-Fi 6. Kaasaegne Wi-Fi jõuab selliseni. jõudluse kasv tänu kiiremale signaali- ja koodikujundusele, laiematele kanalitele ja tehnoloogia kasutamisele .
Lisaks kiirete traadita kohtvõrkude peavoolule hõlmab Wi-Fi areng mitmeid nišiprojekte. Näiteks Wi-Fi HaLow (802.11ah) oli katse tuua Wi-Fi traadita asjade interneti turule. Millimeeterlaine Wi-Fi (802.11ad/ay) toetab nominaalset andmeedastuskiirust kuni 275 Gbps, kuigi väga lühikestel vahemaadel.
Kõrglahutusega video voogesituse, virtuaalse ja liitreaalsuse, mängude, kaugkontori ja pilvandmetöötlusega seotud uued rakendused ja teenused, samuti vajadus toetada suurt hulka kasutajaid intensiivse liiklusega traadita võrkudes, nõuavad suurt jõudlust.
Wi-Fi 7 eesmärki
2019. aasta mais alustas kohalike ja suurlinnade võrgustandardite komitee 802.11 töörühma BE (TGbe) alarühm tööd Wi-Fi standardi uue täienduse kallal, mis suurendab nominaalne läbilaskevõime kuni üle 40 Gbit/s ühes sageduskanalis "tüüpilises" Wi-Fi vahemikus <= 7 GHz. Kuigi paljudes dokumentides on "maksimaalne läbilaskevõime vähemalt 30 Gbps", pakub uus füüsilise kihi protokoll nimikiirust üle 40 Gbps.
Teine oluline Wi-Fi 7 arengusuund on reaalajas rakenduste tugi (mängud, virtuaalne ja liitreaalsus, roboti juhtimine). Tähelepanuväärne on see, et kuigi Wi-Fi käsitleb heli- ja videoliiklust erilisel viisil, on pikka aega arvatud, et standardtasemel garanteeritud madala latentsusaja (millisekundite) pakkumine, mida tuntakse ka ajatundliku võrgundusena, on WiFi-võrkudes põhimõtteliselt oluline. võimatu. Novembris 2017 tegi meie meeskond IITP RAS-ist ja National Research University Higher School of Economicsist (ärge võtke seda PR-ks) IEEE 802.11 rühmas vastava ettepaneku. Ettepanek tekitas palju huvi ja 2018. aasta juulis asutati selle teema edasiseks uurimiseks spetsiaalne alarühm. Kuna reaalajas rakenduste toetamine nõuab nii suurt nominaalset andmeedastuskiirust kui ka täiustatud lingikihi funktsionaalsust, otsustas 802.11 töörühm välja töötada meetodid reaalajas rakenduste toetamiseks Wi-Fi 7-s.
Wi-Fi 7 oluline probleem on selle kooseksisteerimine mobiilsidevõrgu tehnoloogiatega (4G/5G), mida arendab 3GPP ja mis töötavad samadel litsentseerimata sagedusaladel. Me räägime LTE-LAA/NR-U-st. Wi-Fi ja mobiilsidevõrkude kooseksisteerimisega seotud probleemide uurimiseks käivitas IEEE 802.11 kooseksisteerimise alalise komitee (Coexisting Standing Committee – Coex SC). Vaatamata arvukatele kohtumistele ja isegi 3GPP ja IEEE 802.11 osalejate ühisele seminarile 2019. aasta juulis Viinis, pole tehnilisi lahendusi veel heaks kiidetud. Selle mõttetuse võimalik seletus on see, et nii IEEE 802 kui ka 3GPP ei soovi oma tehnoloogiaid teisele vastavaks muuta. Seega Praegu on ebaselge, kas Coex SC arutelud mõjutavad Wi-Fi 7 standardit.
Arendusprotsess
Kuigi Wi-Fi 7 arendusprotsess on väga varajases staadiumis, on tulevase Wi-Fi 500 (tuntud ka kui IEEE 7be) uute funktsioonide kohta praeguseks tehtud ligi 802.11 ettepanekut. Enamik ideid on be alagrupis alles arutlusel ja otsust nende kohta pole veel langetatud. Hiljuti kiideti heaks ka teised ideed. Allpool on selgelt märgitud, millised ettepanekud on heaks kiidetud ja millised on alles arutlusel.
Algselt oli plaanis, et peamiste uute mehhanismide väljatöötamine lõpetatakse 2021. aasta märtsiks. Standardi lõplik versioon on oodata 2024. aasta alguses. 2020. aasta jaanuaris väljendas 11be muret, kas areng püsib praeguse töötempo juures graafikus. Standardse arendusprotsessi kiirendamiseks leppis alamrühm kokku, et valib väikese komplekti kõrge prioriteediga funktsioone, mis võidakse välja anda 2021. aastaks (1. väljalase) ja jätavad ülejäänud versiooni 2. Kõrge prioriteediga funktsioonid peaksid tagama peamise jõudluse kasvu. ja sisaldab tuge 320 MHz-le, 4K-QAM-ile, OFDMA ilmseid täiustusi Wi-Fi 6-lt, MU-MIMO-d 16 vooga.
Seoses koroonaviirusega grupp praegu isiklikult ei kohtu, kuid korraldab regulaarselt telekonverentse. Seega areng mõnevõrra pidurdus, kuid ei peatunud.
Tehnoloogia üksikasjad
Vaatame Wi-Fi 7 peamisi uuendusi.
- Uus füüsilise kihi protokoll on Wi-Fi 6 protokolli edasiarendus kahekordse kasvuga ribalaius kuni 320 MHz, kahekordne ruumiliste MU-MIMO voogude arv, mis suurendab nominaalset läbilaskevõimet 2 × 2 = 4 korda. Wi-Fi 7 hakkab samuti kasutama modulatsiooni 4K-QAM, mis lisab nominaalsele läbilaskevõimele veel 20%. Seega pakub Wi-Fi 7 2x2x1,2 = 4,8 korda suuremat andmeedastuskiirust kui Wi-Fi 6: Wi-Fi 7 maksimaalne nominaalne läbilaskevõime on 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Lisaks toimub füüsilise kihi protokollis revolutsiooniline muudatus, et tagada ühilduvus Wi-Fi tulevaste versioonidega, kuid see jääb kasutajatele nähtamatuks.
- Kanalile juurdepääsu meetodi muutmine reaalajas rakenduste tugi viiakse läbi, võttes arvesse IEEE 802 TSN-i kogemusi juhtmega võrkude jaoks. Standardikomitees käimasolevad arutelud on seotud kanali juurdepääsu juhusliku tagandamise protseduuriga, liiklusteenuste kategooriatega ja seetõttu eraldi järjekordadega reaalajas liikluse jaoks ja pakettteenuse poliitikaga.
- Tutvustatakse Wi-Fi 6-s (802.11ax) OFDMA – aja- ja sagedusjaotusega kanali juurdepääsumeetod (sarnane 4G ja 5G võrkudes kasutatavale) – annab uusi võimalusi ressursside optimaalseks jaotamiseks. Kuid 11ax puhul pole OFDMA piisavalt paindlik. Esiteks võimaldab see pääsupunktil eraldada klientseadmele ainult ühe ettemääratud suurusega ressursiploki. Teiseks ei toeta see otseedastust kliendijaamade vahel. Mõlemad puudused vähendavad spektraalset efektiivsust. Lisaks halvendab pärandi Wi-Fi 6 OFDMA paindlikkuse puudumine jõudlust tihedates võrkudes ja suurendab latentsust, mis on reaalajas rakenduste jaoks kriitilise tähtsusega. 11be lahendab need OFDMA probleemid.
- Üks Wi-Fi 7 kinnitatud revolutsioonilisi muudatusi on natiivne tugi mitme paralleelse ühenduse samaaegne kasutamine erinevatel sagedustel, mis on väga kasulik nii tohutu andmeedastuskiiruse kui ka äärmiselt madala latentsusaja jaoks. Kuigi tänapäevased kiibistikud suudavad juba praegu kasutada mitut ühendust üheaegselt, näiteks sagedusalades 2.4 ja 5 GHz, on need ühendused sõltumatud, mis piirab sellise toimingu efektiivsust. 11be-s leitakse kanalite vahelise sünkroniseerimise tase, mis võimaldab kanaliressursse tõhusalt kasutada ja toob kaasa olulisi muudatusi kanali juurdepääsuprotokolli reeglites.
- Väga laiade kanalite ja suure hulga ruumiliste voogude kasutamine toob kaasa MIMO ja OFDMA jaoks vajaliku kanali oleku hindamise protseduuriga seotud suure üldkulude probleemi. See üldkulu tühistab nominaalse andmeedastuskiiruse suurendamisest tuleneva kasu. Seda oodati kanali seisundi hindamise kord vaadatakse üle.
- Wi-Fi 7 kontekstis arutab standardikomitee mõningate "täiustatud" andmeedastusmeetodite kasutamist. Teoreetiliselt parandavad need meetodid spektraalset efektiivsust korduvate edastuskatsete, aga ka samaaegsete ülekannete korral samas või vastassuunas. Me räägime hübriidsest automaatsest korduspäringust (HARQ), mida praegu kasutatakse mobiilsidevõrkudes, täisdupleksrežiimis ja mitteortogonaalsest mitmekordsest juurdepääsust (NOMA). Neid tehnikaid on kirjanduses teoreetiliselt hästi uuritud, kuid pole veel selge, kas nende pakutav tootlikkuse kasv on nende rakendamiseks pingutamist väärt.
- Kasutama HARQ keeruline järgmise probleemi tõttu. Wi-Fi-s liimitakse paketid üldkulude vähendamiseks kokku. Wi-Fi praegustes versioonides kinnitatakse iga liimitud paketi kohaletoimetamine ja kui kinnitust ei tule, korratakse paketi edastamist kanalile juurdepääsu protokolli meetoditega. HARQ viib andmelingilt korduskatsed füüsilisse kihti, kus pole enam pakette, vaid on ainult koodsõnad ning koodisõnade piirid ei ühti pakettide piiridega. See desünkroniseerimine raskendab HARQ rakendamist Wi-Fi-s.
- suhtes Täisdupleks, siis hetkel ei ole ei mobiilsidevõrkudes ega ka Wi-Fi võrkudes võimalik samaaegselt samal sageduskanalil andmeid pääsupunkti (tugijaama) ja sealt tagasi edastada. Tehnilisest küljest on see tingitud edastatava ja vastuvõetud signaali võimsuse suurest erinevusest. Kuigi on olemas prototüüpe, mis ühendavad edastatava signaali digitaalse ja analoogi lahutamise vastuvõetud signaalist, mis on võimelised selle edastamise ajal Wi-Fi-signaali vastu võtma, võib nende tegelik võimendus olla tühine, kuna igal ajahetkel allavoolu ei võrdu tõusvaga (keskmiselt “haiglas” on laskuv oluliselt suurem). Lisaks muudab selline kahesuunaline edastamine protokolli märkimisväärselt keerulisemaks.
- Kui mitme voo edastamine MIMO abil nõuab saatja ja vastuvõtja jaoks mitut antenni, siis mitteortogonaalse juurdepääsu korral saab pääsupunkt edastada andmeid üheaegselt kahele adressaadile ühelt antennilt. Viimased 5G spetsifikatsioonid sisaldavad mitmesuguseid mitteortogonaalseid juurdepääsuvõimalusi. Prototüüp EI, AGA Wi-Fi loodi esmakordselt 2018. aastal IITP RAS-is (jällegi, ärge pidage seda PR-ks). See näitas jõudluse kasvu 30–40%. Arendatud tehnoloogia eeliseks on selle tagasiühilduvus: üks kahest adressaadist võib olla vananenud seade, mis ei toeta Wi-Fi 7. Üldiselt on tagasiühilduvuse probleem väga oluline, kuna samaaegselt saavad töötada erinevate põlvkondade seadmed. Wi-Fi võrgus. Praegu analüüsivad mitmed meeskonnad üle maailma NOMA ja MU-MIMO kombineeritud kasutamise efektiivsust, mille tulemused määravad lähenemise edasise saatuse. Samuti jätkame tööd prototüübi kallal: selle järgmist versiooni esitletakse IEEE INFOCOMi konverentsil 2020. aasta juulis.
- Lõpuks on veel üks oluline, kuid ebaselge saatusega uuendus juurdepääsupunktide koordineeritud toimimine. Kuigi paljudel müüjatel on ettevõtte Wi-Fi võrkude jaoks oma tsentraliseeritud kontrollerid, on selliste kontrollerite võimalused üldjuhul piirdunud parameetrite pikaajalise konfigureerimise ja kanalite valikuga. Standardikomitee arutab tihedamat koostööd naabruses asuvate pöörduspunktide vahel, mis hõlmab koordineeritud edastuse ajastamist, kiirte kujundamist ja isegi hajutatud MIMO süsteeme. Mõned vaadeldavad lähenemisviisid kasutavad järjestikust häirete tühistamist (umbes sama, mis NOMA puhul). Kuigi 11be koordineerimise lähenemisviise pole veel välja töötatud, pole kahtlust, et standard võimaldab erinevate tootjate juurdepääsupunktidel omavahel edastusgraafikuid kooskõlastada, et vähendada vastastikust häiret. Teisi keerukamaid lähenemisviise (nt hajutatud MU-MIMO) on standardisse keerulisem juurutada, kuigi mõned rühma liikmed on otsustanud seda teha versioonis 2. Olenemata tulemusest, on pöörduspunktide koordineerimismeetodite saatus on ebaselge. Isegi kui need sisalduvad standardis, ei pruugi need turule jõuda. Sarnane asi on juhtunud varemgi, kui üritati Wi-Fi ülekannetes korda teha, kasutades selliseid lahendusi nagu HCCA (11e) ja HCCA TXOP Negotiation (11be).
Kokkuvõttes näib, et enamik esimese viie rühmaga seotud ettepanekutest saavad Wi-Fi 7 osaks, samas kui kahe viimase rühmaga seotud ettepanekud nõuavad nende tõhususe tõestamiseks märkimisväärset lisauuringut.
Rohkem tehnilisi üksikasju
Wi-Fi 7 tehnilisi üksikasju saab lugeda (inglise keeles)
Allikas: www.habr.com