Mitä meitä odottaa Wi-Fi 7:ssä, IEEE 802.11be:ssä?

Viime aikoina markkinoille on tullut paljon puhuttua Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) -tekniikkaa tukevat laitteet. Mutta harvat tietävät, että uuden sukupolven Wi-Fi-teknologian kehittäminen on jo käynnissä - Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Selvitä, millainen Wi-Fi 7 tulee olemaan tästä artikkelista.

esihistoria

Syyskuussa 2020 vietämme elämäämme merkittävästi vaikuttaneen IEEE 30 -projektin 802.11-vuotispäivää. Tällä hetkellä IEEE 802.11 -standardiperheen määrittelemä Wi-Fi-tekniikka on suosituin langaton tekniikka, jota käytetään yhteyden muodostamiseen Internetiin, ja Wi-Fi kuljettaa yli puolet käyttäjäliikenteestä. Vaikka matkapuhelinteknologia uusii itsensä joka vuosikymmen, kuten korvaamalla nimen 4G 5G:llä, Wi-Fi-käyttäjille tiedonsiirtonopeuksien parannukset sekä uusien palveluiden ja uusien ominaisuuksien käyttöönotto tapahtuvat lähes huomaamatta. Harvat asiakkaat välittävät kirjaimista "n", "ac" tai "ax", jotka seuraavat "802.11" varustelaatikoissa. Mutta se ei tarkoita, etteikö Wi-Fi kehittyisi.

Yksi todiste Wi-Fin kehityksestä on nimellistiedonsiirtonopeuksien dramaattinen kasvu: vuoden 2 version 1997 Mbps:stä lähes 10 Gbps:iin uusimmassa 802.11ax-standardissa, joka tunnetaan myös nimellä Wi-Fi 6. Nykyaikainen Wi-Fi saavuttaa suorituskyky paranee nopeamman signaalin ja koodin suunnittelun, leveämpien kanavien ja tekniikan käytön ansiosta MIMO.

Nopeiden langattomien lähiverkkojen valtavirran lisäksi Wi-Fin kehitys sisältää useita niche-projekteja. Esimerkiksi Wi-Fi HaLow (802.11ah) oli yritys tuoda Wi-Fi langattoman esineiden Internetin markkinoille. Millimetriaalto Wi-Fi (802.11ad/ay) tukee jopa 275 Gbps:n nimellistä tiedonsiirtonopeutta, vaikkakin hyvin lyhyillä etäisyyksillä.

Uudet sovellukset ja palvelut, jotka liittyvät teräväpiirtovideoiden suoratoistoon, virtuaaliseen ja lisättyyn todellisuuteen, pelaamiseen, etätoimistoon ja pilvilaskentaan, sekä tarve tukea suuria käyttäjämääriä, joilla on kovaa liikennettä langattomissa verkoissa, vaativat korkeaa suorituskykyä.

Wi-Fi 7 maalia

Toukokuussa 2019 paikallis- ja pääkaupunkiseudun verkkostandardien komitean 802.11-työryhmän BE (TGbe) -alaryhmä aloitti työskentelyn Wi-Fi-standardin uuden lisäyksen parissa, joka nostaa nimellinen suorituskyky jopa yli 40 Gbit/s yhdellä taajuuskanavalla "tyypillisellä" Wi-Fi-alueella <= 7 GHz. Vaikka monissa asiakirjoissa mainitaan "vähintään 30 Gbps:n maksimisiirtonopeus", uusi fyysisen kerroksen protokolla tarjoaa yli 40 Gbps:n nimellisnopeudet.

Toinen tärkeä Wi-Fi 7:n kehityssuunta on tuki reaaliaikaisille sovelluksille (pelit, virtuaalinen ja lisätty todellisuus, robottiohjaus). On huomionarvoista, että vaikka Wi-Fi käsittelee ääni- ja videoliikennettä erityisellä tavalla, on pitkään uskottu, että standarditason taatun alhaisen latenssin (millisekuntia), joka tunnetaan myös nimellä Time-Sensitive Networking, tarjoaminen Wi-Fi-verkoissa on perustavanlaatuista. mahdotonta. Marraskuussa 2017 tiimimme IITP RAS:sta ja National Research University Higher School of Economicsista (älä ota sitä PR:ksi) teki vastaavan ehdotuksen IEEE 802.11 -ryhmässä. Ehdotus herätti paljon kiinnostusta, ja heinäkuussa 2018 perustettiin erityinen alaryhmä tutkimaan asiaa tarkemmin. Koska reaaliaikaisten sovellusten tukeminen vaatii sekä suuria nimellisiä tiedonsiirtonopeuksia että parannettua linkkikerroksen toimivuutta, 802.11-työryhmä päätti kehittää menetelmiä, joilla tuetaan reaaliaikaisia ​​sovelluksia Wi-Fi 7:ssä.

Tärkeä ongelma Wi-Fi 7:n kanssa on sen rinnakkaiselo 4GPP:n kehittämien matkapuhelinverkkoteknologioiden (5G/3G) kanssa, jotka toimivat samoilla lisensoimattomilla taajuuskaistoilla. Puhumme LTE-LAA/NR-U:sta. Wi-Fi- ja matkapuhelinverkkojen rinnakkaiseloon liittyvien ongelmien tutkimiseksi IEEE 802.11 käynnisti Coexisting Standing Committeen (Coexisting Standing Committee, Coex SC). Huolimatta lukuisista kokouksista ja jopa 3GPP:n ja IEEE 802.11:n osallistujien yhteisestä työpajasta heinäkuussa 2019 Wienissä, teknisiä ratkaisuja ei ole vielä hyväksytty. Mahdollinen selitys tälle turhalle on, että sekä IEEE 802 että 3GPP ovat haluttomia muuttamaan omia tekniikoitaan mukautumaan toistensa kanssa. Täten, Tällä hetkellä on epäselvää, vaikuttavatko Coex SC -keskustelut Wi-Fi 7 -standardiin.

Kehitysprosessi

Vaikka Wi-Fi 7:n kehitysprosessi on hyvin varhaisessa vaiheessa, tulevaan Wi-Fi 500:ään, joka tunnetaan myös nimellä IEEE 7be, on tähän mennessä tehty lähes 802.11 uutta toiminnallisuutta koskevaa ehdotusta. Suurin osa ideoista on vasta keskustelun alla be-alaryhmässä, eikä niistä ole vielä tehty päätöstä. Muut ideat on hyväksytty hiljattain. Alla on selvästi mainittu, mitkä ehdotukset hyväksytään ja mistä vasta keskustellaan.

Alun perin suunniteltiin, että tärkeimpien uusien mekanismien kehittäminen saataisiin päätökseen maaliskuuhun 2021 mennessä. Standardin lopullisen version odotetaan valmistuvan vuoden 2024 alkuun mennessä. Tammikuussa 2020 11be esitti huolta siitä, pysyykö kehitys aikataulussa nykyisessä työtahdissa. Vakiokehitysprosessin nopeuttamiseksi alaryhmä päätti valita pienen joukon korkean prioriteetin ominaisuuksia, jotka voitaisiin julkaista vuoteen 2021 mennessä (julkaisu 1), ja jättää loput julkaisuun 2. Korkean prioriteetin ominaisuuksien pitäisi tarjota tärkeimmät suorituskyvyn lisäykset ja sisältää tuen 320 MHz:lle, 4K-QAM:lle, ilmeisiä parannuksia OFDMA:han Wi-Fi 6:sta, MU-MIMO:sta 16 streamilla.

Koronaviruksen vuoksi ryhmä ei tällä hetkellä tapaa henkilökohtaisesti, mutta pitää säännöllisesti puhelinkokouksia. Kehitys siis hidastui jonkin verran, mutta ei pysähtynyt.

Tekniikan yksityiskohdat

Katsotaanpa Wi-Fi 7:n tärkeimpiä innovaatioita.

1. Uusi fyysisen kerroksen protokolla on Wi-Fi 6 -protokollan kehitystyö kaksinkertaisella lisäyksellä kaistanleveys jopa 320 MHz, kaksinkertainen määrä spatiaalisia MU-MIMO-virtoja, mikä kasvattaa nimellistä suorituskykyä 2×2 = 4 kertaa. Wi-Fi 7 alkaa myös käyttää modulaatiota 4K-QAM, mikä lisää vielä 20 % nimellistehoon. Siksi Wi-Fi 7 tarjoaa 2 x 2 x 1,2 = 4,8 kertaa Wi-Fi 6:n nimellistiedonsiirtonopeuden: Wi-Fi 7:n suurin nimellisnopeus on 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Lisäksi fyysisen kerroksen protokollaan tulee vallankumouksellinen muutos yhteensopivuuden varmistamiseksi tulevien Wi-Fi-versioiden kanssa, mutta se jää käyttäjille näkymättömäksi.
2. Kanavan käyttötavan vaihtaminen kohteelle reaaliaikainen sovellustuki toteutetaan ottaen huomioon kokemus IEEE 802 TSN:stä langallisille verkoille. Standardikomiteassa meneillään olevat keskustelut liittyvät satunnaiseen peruutusmenettelyyn kanavapääsyn, liikennepalvelukategorioiden ja siten erillisten jonojen reaaliaikaiselle liikenteelle sekä pakettipalvelupolitiikkoihin.
3. Esitelty Wi-Fi 6:ssa (802.11ax) OFDMA laajennus – aika- ja taajuusjakokanavan pääsymenetelmä (samanlainen kuin 4G- ja 5G-verkoissa) – tarjoaa uusia mahdollisuuksia optimaaliseen resurssien allokointiin. 11ax:ssa OFDMA ei kuitenkaan ole tarpeeksi joustava. Ensinnäkin se sallii tukiaseman varata asiakaslaitteelle vain yhden ennalta määrätyn kokoisen resurssilohkon. Toiseksi se ei tue suoraa lähetystä asiakasasemien välillä. Molemmat haitat vähentävät spektrin tehokkuutta. Lisäksi vanhan Wi-Fi 6 OFDMA:n joustavuuden puute heikentää suorituskykyä tiheissä verkoissa ja lisää viivettä, mikä on kriittistä reaaliaikaisissa sovelluksissa. 11be ratkaisee nämä OFDMA-ongelmat.
4. Yksi Wi-Fi 7:n vahvistetuista vallankumouksellisista muutoksista on natiivi tuki useiden rinnakkaisten kytkentöjen samanaikainen käyttö eri taajuuksilla, joka on erittäin hyödyllinen sekä suurille tiedonsiirtonopeuksille että erittäin alhaiselle latenssille. Vaikka nykyaikaisissa piirisarjoissa voidaan jo käyttää useita yhteyksiä samanaikaisesti esimerkiksi 2.4 ja 5 GHz taajuuksilla, nämä yhteydet ovat itsenäisiä, mikä rajoittaa tällaisen toiminnan tehokkuutta. Kohdassa 11be löydetään kanavien välisen synkronoinnin taso, joka mahdollistaa kanavaresurssien tehokkaan käytön ja aiheuttaa merkittäviä muutoksia kanavapääsyprotokollan sääntöihin.
5. Erittäin leveiden kanavien ja suuren spatiaalivirtojen käyttö johtaa MIMO:n ja OFDMA:n vaatimaan kanavan tilan estimointimenettelyyn liittyvään suureen yleisrasitukseen liittyvään ongelmaan. Tämä ylimääräinen kustannus kumoaa nimellistiedonsiirtonopeuksien lisäämisestä aiheutuvat hyödyt. Sitä odotettiin kanavan kunnon arviointimenettelyä tarkistetaan.
6. Wi-Fi 7:n yhteydessä standardikomitea keskustelee joidenkin "kehittyneiden" tiedonsiirtomenetelmien käytöstä. Teoriassa nämä menetelmät parantavat spektrin tehokkuutta toistuvissa lähetysyrityksissä sekä samanaikaisissa lähetyksissä samaan tai vastakkaiseen suuntaan. Puhumme hybridiautomaattisesta toistopyynnöstä (HARQ), jota käytetään tällä hetkellä matkapuhelinverkoissa, kaksisuuntaisesta tilasta ja ei-ortogonaalisesta monipääsystä (NOMA). Näitä tekniikoita on tutkittu hyvin teoriassa kirjallisuudessa, mutta vielä ei ole selvää, ovatko niiden tuottamat tuottavuuden lisäykset vaivan arvoisia niiden toteuttamiseksi.
   • Käyttää HARQ vaikeuttaa seuraava ongelma. Wi-Fi-verkossa paketit liimataan yhteen yleiskustannusten vähentämiseksi. Nykyisissä Wi-Fi-versioissa jokaisen liimatun sisällä olevan paketin toimitus vahvistetaan ja jos vahvistusta ei tule, paketin lähetys toistetaan kanavapääsyprotokollamenetelmillä. HARQ siirtää uudelleenyritykset datalinkistä fyysiseen kerrokseen, jossa ei ole enää paketteja, vaan vain koodisanoja, ja koodisanojen rajat eivät ole samat pakettien rajojen kanssa. Tämä epäsynkronointi vaikeuttaa HARQ:n käyttöönottoa Wi-Fi:ssä.
   • Suhteen Full-duplex, niin tällä hetkellä ei solukkoverkoissa eikä Wi-Fi-verkoissa ole mahdollista lähettää samanaikaisesti dataa samalla taajuuskanavalla tukiasemaan (tukiasemaan) ja sieltä pois. Tekniseltä kannalta tämä johtuu lähetetyn ja vastaanotetun signaalin tehon suuresta erosta. Vaikka on olemassa prototyyppejä, jotka yhdistävät lähetetyn signaalin digitaalisen ja analogisen vähennyksen vastaanotetusta signaalista ja jotka pystyvät vastaanottamaan Wi-Fi-signaalin lähetyksen aikana, niiden käytännössä tarjoama vahvistus voi olla mitätön, koska alavirtaan ei ole sama kuin nouseva (keskimäärin "sairaalassa" laskeva on huomattavasti suurempi). Lisäksi tällainen kaksisuuntainen lähetys monimutkaistaa protokollaa merkittävästi.
   • Vaikka useiden virtojen lähettäminen MIMO:lla vaatii useita antenneja lähettäjälle ja vastaanottajalle, ei-ortogonaalisella pääsyllä liityntäpiste voi lähettää dataa samanaikaisesti kahdelle vastaanottajalle yhdestä antennista. Uusimmissa 5G-spesifikaatioissa on useita ei-ortogonaalisia pääsyvaihtoehtoja. Prototyyppi EI MUTTA Wi-Fi luotiin ensimmäisen kerran vuonna 2018 IITP RAS:ssa (jälleen, älä pidä sitä PR:na). Se osoitti 30-40 prosentin suorituskyvyn kasvua. Kehitetyn tekniikan etuna on sen taaksepäin yhteensopivuus: toinen vastaanottajista voi olla vanhentunut laite, joka ei tue Wi-Fi 7:ää. Yleensä taaksepäin yhteensopivuuden ongelma on erittäin tärkeä, koska eri sukupolvien laitteet voivat toimia samanaikaisesti. Wi-Fi-verkossa. Tällä hetkellä useat tiimit ympäri maailmaa analysoivat NOMA:n ja MU-MIMOn yhteiskäytön tehokkuutta, jonka tulokset ratkaisevat lähestymistavan tulevaisuuden. Jatkamme myös prototyypin työstämistä: sen seuraava versio esitellään IEEE INFOCOM -konferenssissa heinäkuussa 2020.
7. Lopuksi toinen tärkeä innovaatio, jonka kohtalo on epäselvä, on yhteyspisteiden koordinoitu toiminta. Vaikka monilla toimittajilla on omat keskitetyt ohjaimet yritysten Wi-Fi-verkkoja varten, tällaisten ohjaimien ominaisuudet ovat yleensä rajoittuneet pitkän aikavälin parametrien konfigurointiin ja kanavan valintaan. Standardikomitea keskustelee naapuriliityntäpisteiden yhteistyön tiivistämisestä, joka sisältää koordinoidun lähetyksen ajoituksen, keilanmuodostuksen ja jopa hajautetut MIMO-järjestelmät. Joissakin tarkasteltavina olevissa lähestymistavoissa käytetään peräkkäistä häiriönpoistoa (suunnilleen sama kuin NOMAssa). Vaikka 11be-koordinoinnin lähestymistapoja ei ole vielä kehitetty, ei ole epäilystäkään siitä, että standardi sallii eri valmistajien tukiasemat koordinoida lähetysaikatauluja keskenään keskinäisten häiriöiden vähentämiseksi. Muita, monimutkaisempia lähestymistapoja (kuten hajautettua MU-MIMOa) on vaikeampi ottaa käyttöön standardissa, vaikka jotkut ryhmän jäsenet ovat päättäneet tehdä niin julkaisussa 2. Lopputuloksesta riippumatta tukiaseman koordinointimenetelmien kohtalo on epäselvä. Vaikka ne sisällytettäisiin standardiin, ne eivät välttämättä pääse markkinoille. Samanlainen asia tapahtui aiemmin, kun Wi-Fi-lähetyksiä yritettiin saada järjestykseen käyttämällä ratkaisuja, kuten HCCA (11e) ja HCCA TXOP Negotiation (11be).

Yhteenvetona näyttää siltä, ​​että useimmat viiteen ensimmäiseen ryhmään liittyvät ehdotukset tulevat osaksi Wi-Fi 7:ää, kun taas kahteen viimeiseen ryhmään liittyvät ehdotukset vaativat merkittävää lisätutkimusta niiden tehokkuuden osoittamiseksi.

Lisää teknisiä tietoja

Voit lukea Wi-Fi 7:n teknisiä tietoja täällä (englanniksi)

Lähde: will.com