اخیراً دستگاه های پشتیبانی کننده از فناوری Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) که صحبت های زیادی در مورد آن می شود، به تازگی وارد بازار شده اند. اما تعداد کمی از مردم می دانند که توسعه نسل جدیدی از فناوری Wi-Fi در حال انجام است - Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). در این مقاله بدانید که Wi-Fi 7 چگونه خواهد بود.
ماقبل تاریخ
در سپتامبر 2020، سی امین سالگرد پروژه IEEE 30 را جشن می گیریم که تأثیر قابل توجهی بر زندگی ما داشته است. در حال حاضر، فناوری Wi-Fi که توسط خانواده استانداردهای IEEE 802.11 تعریف شده است، محبوب ترین فناوری بی سیم است که برای اتصال به اینترنت استفاده می شود، و Wi-Fi بیش از نیمی از ترافیک کاربران را حمل می کند. در حالی که فناوری سلولی هر دهه خود را تغییر می‌دهد، مانند جایگزینی نام 802.11G با 4G، برای کاربران وای‌فای، بهبود در سرعت داده‌ها و همچنین ارائه خدمات جدید و ویژگی‌های جدید تقریباً بدون توجه اتفاق می‌افتد. تعداد کمی از مشتریان به حروف "n"، "ac" یا "ax" که پس از "5" روی جعبه تجهیزات اهمیت می دهند اهمیت می دهند. اما این بدان معنا نیست که وای فای در حال تکامل نیست.
یکی از دلایل تکامل Wi-Fi افزایش چشمگیر سرعت داده های رتبه بندی شده است: از 2 مگابیت بر ثانیه در نسخه 1997 به تقریبا 10 گیگابیت در ثانیه در آخرین استاندارد 802.11ax، که به عنوان Wi-Fi 6 نیز شناخته می شود. Wi-Fi مدرن به چنین سرعتی می رسد. افزایش عملکرد به دلیل طراحی سریعتر سیگنال و کد، کانال های گسترده تر و استفاده از فناوری .
علاوه بر جریان اصلی شبکه های محلی بی سیم پرسرعت، تکامل Wi-Fi شامل چندین پروژه خاص نیز می شود. به عنوان مثال، Wi-Fi HaLow (802.11ah) تلاشی برای آوردن Wi-Fi به بازار اینترنت بی سیم اشیا بود. Wi-Fi موج میلی متری (802.11ad/ay) از نرخ اسمی داده تا 275 گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی می کند، البته در فواصل بسیار کوتاه.
برنامه ها و خدمات جدید مرتبط با پخش ویدئو با کیفیت بالا، واقعیت مجازی و افزوده، بازی، دفتر از راه دور و رایانش ابری و همچنین نیاز به پشتیبانی از تعداد زیادی از کاربران با ترافیک شدید در شبکه های بی سیم، نیاز به کارایی بالایی دارد.
Wi-Fi 7 اهداف
در ماه مه 2019، زیرگروه BE (TGbe) از گروه کاری 802.11 کمیته استانداردهای شبکه محلی و شهری، کار بر روی افزودنی جدید به استاندارد Wi-Fi را آغاز کرد که افزایش خواهد یافت. توان اسمی تا بیش از 40 گیگابیت بر ثانیه در یک کانال فرکانس از محدوده Wi-Fi "معمولی" <= 7 گیگاهرتز. اگرچه بسیاری از اسناد "حداکثر توان عملیاتی حداقل 30 گیگابیت در ثانیه" را ذکر می کنند، پروتکل لایه فیزیکی جدید سرعت های اسمی بیش از 40 گیگابیت در ثانیه را ارائه می دهد.
یکی دیگر از مسیرهای توسعه مهم برای Wi-Fi 7 است پشتیبانی از برنامه های بلادرنگ (بازی، واقعیت مجازی و افزوده، کنترل ربات). قابل ذکر است که اگرچه وای فای ترافیک صوتی و تصویری را به شیوه ای خاص مدیریت می کند، اما از دیرباز اعتقاد بر این بود که ارائه تاخیر کم تضمین شده در سطح استاندارد (میلی ثانیه) که به عنوان شبکه حساس به زمان نیز شناخته می شود، در شبکه های وای فای اساساً ضروری است. غیر ممکن در نوامبر 2017، تیم ما از IITP RAS و دانشکده عالی اقتصاد دانشگاه تحقیقات ملی (آن را برای روابط عمومی نگیرید) پیشنهاد مربوطه را در گروه IEEE 802.11 ارائه کردند. این پیشنهاد علاقه زیادی ایجاد کرد و یک زیر گروه ویژه در ژوئیه 2018 برای بررسی بیشتر این موضوع راه اندازی شد. از آنجایی که پشتیبانی از برنامه‌های بلادرنگ نیازمند نرخ داده‌های اسمی بالا و عملکرد لایه پیوند پیشرفته است، گروه کاری 802.11 تصمیم گرفت روش‌هایی را برای پشتیبانی از برنامه‌های بلادرنگ در Wi-Fi 7 توسعه دهد.
مسئله مهم Wi-Fi 7 همزیستی آن با فناوری های شبکه سلولی (4G/5G) است که توسط 3GPP توسعه یافته و در همان باندهای فرکانسی بدون مجوز کار می کنند. ما در مورد LTE-LAA/NR-U صحبت می کنیم. برای مطالعه مشکلات مرتبط با همزیستی Wi-Fi و شبکه های سلولی، IEEE 802.11 کمیته دائمی همزیستی (Coex SC) را راه اندازی کرد. با وجود جلسات متعدد و حتی کارگاه مشترک شرکت کنندگان 3GPP و IEEE 802.11 در جولای 2019 در وین، راه حل های فنی هنوز تایید نشده است. توضیح احتمالی برای این بیهودگی این است که هر دو IEEE 802 و 3GPP تمایلی به تغییر فناوری های خود برای انطباق با دیگری ندارند. بدین ترتیب، در حال حاضر مشخص نیست که آیا بحث های Coex SC بر استاندارد Wi-Fi 7 تأثیر می گذارد یا خیر.
فرآیند توسعه
اگرچه روند توسعه Wi-Fi 7 در مراحل اولیه خود است، اما تا به امروز نزدیک به 500 پیشنهاد برای عملکرد جدید برای Wi-Fi 7 آینده، همچنین به عنوان IEEE 802.11be، ارائه شده است. بیشتر ایده ها فقط در زیرگروه be مطرح می شوند و هنوز تصمیمی در مورد آنها گرفته نشده است. ایده های دیگری نیز اخیرا تایید شده است. در زیر به وضوح مشخص خواهد شد که کدام پیشنهادات مورد تایید قرار گرفته و کدامیک فقط در حال بحث و بررسی هستند.
در ابتدا برنامه ریزی شده بود که توسعه مکانیسم های اصلی جدید تا مارس 2021 تکمیل شود. نسخه نهایی استاندارد تا اوایل سال 2024 انتظار می رود. در ژانویه 2020، 11be نگرانی هایی در مورد اینکه آیا توسعه با سرعت فعلی کار در برنامه باقی می ماند یا خیر، مطرح کرد. برای سرعت بخشیدن به فرآیند توسعه استاندارد، این زیرگروه موافقت کرد که مجموعه کوچکی از ویژگی های با اولویت بالا را که می تواند تا سال 2021 منتشر شود (نسخه 1) انتخاب کند و بقیه را در نسخه 2 بگذارد. ویژگی های با اولویت بالا باید دستاوردهای اصلی عملکرد را ارائه دهند. و شامل پشتیبانی از 320 مگاهرتز، 4K-QAM، پیشرفت‌های آشکار OFDMA از Wi-Fi 6، MU-MIMO با 16 جریان است.
به دلیل شیوع ویروس کرونا، این گروه در حال حاضر به صورت حضوری تشکیل جلسه نمی دهد، اما به طور منظم کنفرانس های تلفنی برگزار می کند. بنابراین، توسعه تا حدودی کند شد، اما متوقف نشد.
جزئیات فناوری
بیایید به نوآوری های اصلی Wi-Fi 7 نگاه کنیم.
- پروتکل لایه فیزیکی جدید توسعه پروتکل Wi-Fi 6 با افزایش دو برابری است پهنای باند تا 320 مگاهرتز، دو برابر تعداد جریان های MU-MIMO فضایی، که توان اسمی را 2×2 = 4 برابر افزایش می دهد. Wi-Fi 7 نیز شروع به استفاده از مدولاسیون می کند 4K-QAM، که 20٪ دیگر به توان اسمی اضافه می کند. بنابراین، Wi-Fi 7 2x2x1,2 = 4,8 برابر نرخ داده شده Wi-Fi 6 را ارائه می دهد: حداکثر توان عملیاتی Wi-Fi 7 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s است. علاوه بر این، یک تغییر انقلابی در پروتکل لایه فیزیکی برای اطمینان از سازگاری با نسخه‌های بعدی Wi-Fi ایجاد خواهد شد، اما برای کاربران نامرئی خواهد ماند.
- تغییر روش دسترسی به کانال برای پشتیبانی از اپلیکیشن بلادرنگ با در نظر گرفتن تجربه IEEE 802 TSN برای شبکه های سیمی انجام خواهد شد. بحث‌های در حال انجام در کمیته استانداردها به رویه عقب‌نشینی تصادفی برای دسترسی به کانال، دسته‌بندی خدمات ترافیک و بنابراین صف‌های مجزا برای ترافیک بلادرنگ و سیاست‌های خدمات بسته مربوط می‌شود.
- معرفی شده در Wi-Fi 6 (802.11ax) OFDMA - روش دسترسی به کانال تقسیم زمان و فرکانس (شبیه به روشی که در شبکه های 4G و 5G استفاده می شود) - فرصت های جدیدی را برای تخصیص بهینه منابع فراهم می کند. با این حال، در 11ax، OFDMA به اندازه کافی انعطاف پذیر نیست. اول، به نقطه دسترسی اجازه می دهد تا تنها یک بلوک منبع با اندازه از پیش تعیین شده را به دستگاه مشتری اختصاص دهد. ثانیا، از انتقال مستقیم بین ایستگاه های مشتری پشتیبانی نمی کند. هر دوی این معایب کارایی طیفی را کاهش می دهند. علاوه بر این، عدم انعطاف پذیری Wi-Fi 6 OFDMA قدیمی، عملکرد را در شبکه های متراکم کاهش می دهد و تأخیر را افزایش می دهد، که برای برنامه های بلادرنگ حیاتی است. 11be این مشکلات OFDMA را حل خواهد کرد.
- یکی از تغییرات انقلابی تایید شده Wi-Fi 7 پشتیبانی بومی است استفاده همزمان از چندین اتصال موازی در فرکانس های مختلف، که هم برای سرعت داده های زیاد و هم برای تاخیر بسیار کم بسیار مفید است. اگرچه چیپست های مدرن می توانند از چندین اتصال به طور همزمان استفاده کنند، به عنوان مثال، در باندهای 2.4 و 5 گیگاهرتز، این اتصالات مستقل هستند که اثربخشی چنین عملیاتی را محدود می کند. در 11be، سطحی از همگام سازی بین کانال ها یافت می شود که امکان استفاده کارآمد از منابع کانال را فراهم می کند و تغییرات قابل توجهی در قوانین پروتکل دسترسی به کانال ایجاد می کند.
- استفاده از کانال های بسیار گسترده و تعداد زیادی جریان فضایی منجر به مشکل سربار زیاد مرتبط با روش تخمین وضعیت کانال مورد نیاز برای MIMO و OFDMA می شود. این سربار هرگونه سود ناشی از افزایش نرخ اسمی داده را لغو می کند. انتظار داشت که روش ارزیابی وضعیت کانال تجدید نظر خواهد شد.
- در زمینه Wi-Fi 7، کمیته استانداردها در حال بحث در مورد استفاده از برخی روش های "پیشرفته" انتقال داده است. در تئوری، این روش‌ها کارایی طیفی را در موارد تلاش‌های مکرر ارسال و همچنین انتقال همزمان در جهت‌های مشابه یا مخالف بهبود می‌بخشند. ما در مورد درخواست تکرار خودکار ترکیبی (HARQ) صحبت می کنیم، که در حال حاضر در شبکه های سلولی، حالت تمام دوبلکس و دسترسی چندگانه غیر متعامد (NOMA) استفاده می شود. این تکنیک ها به خوبی در ادبیات به صورت تئوری مورد مطالعه قرار گرفته اند، اما هنوز مشخص نیست که آیا دستاوردهای بهره وری که ارائه می کنند ارزش تلاش برای اجرای آنها را دارد یا خیر.
- استفاده HARQ با مشکل زیر پیچیده شده است. در Wi-Fi، بسته ها به هم چسبانده می شوند تا هزینه های اضافی را کاهش دهند. در نسخه های فعلی وای فای، تحویل هر بسته در داخل بسته تایید می شود و در صورت عدم تایید، ارسال بسته با استفاده از روش های پروتکل دسترسی به کانال تکرار می شود. HARQ تلاش های مجدد را از پیوند داده به لایه فیزیکی منتقل می کند، جایی که هیچ بسته دیگری وجود ندارد، بلکه فقط کلمه رمز وجود دارد و مرزهای کلمات رمز با مرزهای بسته ها منطبق نیست. این عدم همگام سازی، اجرای HARQ در Wi-Fi را پیچیده می کند.
- با توجه به اینکه دوبلکس کامل، در حال حاضر نه در شبکه های سلولی و نه در شبکه های Wi-Fi امکان انتقال همزمان داده ها در کانال فرکانس یکسان به نقطه دسترسی (ایستگاه پایه) وجود ندارد. از نقطه نظر فنی، این به دلیل تفاوت زیاد در قدرت سیگنال ارسالی و دریافتی است. اگرچه نمونه های اولیه ای وجود دارند که تفریق دیجیتال و آنالوگ سیگنال ارسالی از سیگنال دریافتی را ترکیب می کنند و می توانند سیگنال Wi-Fi را در حین ارسال آن دریافت کنند، بهره ای که می توانند در عمل ارائه دهند ممکن است ناچیز باشد، زیرا در هر زمان معین پایین دست با صعودی برابر نیست (به طور متوسط "در بیمارستان" نزولی به طور قابل توجهی بیشتر است). علاوه بر این، چنین انتقال دو طرفه به طور قابل توجهی پروتکل را پیچیده می کند.
- در حالی که انتقال جریان های متعدد با استفاده از MIMO به چندین آنتن برای فرستنده و گیرنده نیاز دارد، با دسترسی غیرمتعامد، نقطه دسترسی می تواند به طور همزمان داده ها را از یک آنتن به دو گیرنده منتقل کند. گزینه های مختلف دسترسی غیر متعامد در آخرین مشخصات 5G گنجانده شده است. نمونه اولیه نه اما Wi-Fi اولین بار در سال 2018 در IITP RAS ایجاد شد (باز هم، آن را PR در نظر نگیرید). افزایش عملکرد 30-40٪ را نشان داد. مزیت فناوری توسعه‌یافته سازگاری با عقب آن است: یکی از دو گیرنده ممکن است یک دستگاه قدیمی باشد که از Wi-Fi 7 پشتیبانی نمی‌کند. به طور کلی، مشکل سازگاری به عقب بسیار مهم است، زیرا دستگاه‌های نسل‌های مختلف می‌توانند به طور همزمان کار کنند. در یک شبکه Wi-Fi در حال حاضر، چندین تیم در سراسر جهان در حال تجزیه و تحلیل اثربخشی استفاده ترکیبی از NOMA و MU-MIMO هستند که نتایج آن سرنوشت آینده این رویکرد را تعیین خواهد کرد. ما همچنین به کار بر روی نمونه اولیه ادامه می دهیم: نسخه بعدی آن در کنفرانس IEEE INFOCOM در جولای 2020 ارائه خواهد شد.
- در نهایت، یک نوآوری مهم دیگر، اما با سرنوشت نامشخص، این است عملیات هماهنگ نقاط دسترسی. اگرچه بسیاری از فروشندگان کنترل‌کننده‌های متمرکز خود را برای شبکه‌های Wi-Fi سازمانی دارند، قابلیت‌های این کنترل‌کننده‌ها عموماً به پیکربندی پارامترهای طولانی مدت و انتخاب کانال محدود شده است. کمیته استانداردها در حال بحث در مورد همکاری نزدیک‌تر بین نقاط دسترسی همسایه است که شامل برنامه‌ریزی هماهنگ انتقال، شکل‌دهی پرتو و حتی سیستم‌های MIMO توزیع‌شده است. برخی از رویکردهای مورد بررسی از لغو تداخل متوالی استفاده می کنند (تقریباً مانند NOMA). اگرچه رویکردهایی برای هماهنگی 11be هنوز ایجاد نشده است، شکی نیست که این استاندارد به نقاط دسترسی تولیدکنندگان مختلف اجازه می دهد تا برنامه های انتقال را با یکدیگر هماهنگ کنند تا تداخل متقابل را کاهش دهند. سایر رویکردهای پیچیده تر (مانند MU-MIMO توزیع شده) برای پیاده سازی در استاندارد دشوارتر خواهد بود، اگرچه برخی از اعضای گروه مصمم به انجام این کار در نسخه 2 هستند. صرف نظر از نتیجه، سرنوشت روش های هماهنگی نقطه دسترسی نامشخص است حتی اگر در استاندارد گنجانده شوند، ممکن است به بازار نرسند. مورد مشابهی قبلاً هنگام تلاش برای ایجاد نظم در انتقال Wi-Fi با استفاده از راه حل هایی مانند HCCA (11e) و HCCA TXOP Negotiation (11be) اتفاق افتاده است.
به طور خلاصه، به نظر می‌رسد که بیشتر پیشنهادهای مرتبط با پنج گروه اول بخشی از Wi-Fi 7 خواهند شد، در حالی که پیشنهادات مرتبط با دو گروه آخر برای اثبات اثربخشی خود به تحقیقات بیشتری نیاز دارند.
جزئیات فنی بیشتر
جزئیات فنی در مورد Wi-Fi 7 قابل خواندن است (به انگلیسی)
منبع: www.habr.com