Récemment, des appareils prenant en charge la technologie Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax), dont on parle beaucoup, sont récemment arrivés sur le marché. Mais peu de gens savent que le développement d'une nouvelle génération de technologie Wi-Fi est déjà en cours : le Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Découvrez à quoi ressemblera le Wi-Fi 7 dans cet article.
Préhistoire
En septembre 2020, nous célébrerons le 30e anniversaire du projet IEEE 802.11, qui a eu un impact significatif sur nos vies. Actuellement, la technologie Wi-Fi, définie par la famille de normes IEEE 802.11, est la technologie sans fil la plus utilisée pour se connecter à Internet, le Wi-Fi transportant plus de la moitié du trafic utilisateur. Alors que la technologie cellulaire change de nom chaque décennie, par exemple en remplaçant le nom 4G par 5G, pour les utilisateurs Wi-Fi, les améliorations des vitesses de données, ainsi que l'introduction de nouveaux services et de nouvelles fonctionnalités, se produisent presque inaperçues. Peu de clients se soucient des lettres « n », « ac » ou « ax » qui suivent le « 802.11 » sur les boîtes d'équipement. Mais cela ne veut pas dire que le Wi-Fi n’évolue pas.
Une preuve de l'évolution du Wi-Fi est l'augmentation spectaculaire des vitesses nominales de données : de 2 Mbps dans la version de 1997 à près de 10 Gbps dans la dernière norme 802.11ax, également connue sous le nom de Wi-Fi 6. Le Wi-Fi moderne atteint un tel niveau. gains de performances grâce à des conceptions de signaux et de codes plus rapides, des canaux plus larges et l'utilisation de la technologie .
Outre le courant dominant des réseaux locaux sans fil à haut débit, l’évolution du Wi-Fi comprend plusieurs projets de niche. Par exemple, Wi-Fi HaLow (802.11ah) était une tentative d'introduire le Wi-Fi sur le marché de l'Internet des objets sans fil. Le Wi-Fi à ondes millimétriques (802.11ad/ay) prend en charge des débits de données nominaux allant jusqu'à 275 Gbit/s, bien que sur de très courtes distances.
Les nouvelles applications et services liés au streaming vidéo haute définition, à la réalité virtuelle et augmentée, aux jeux, aux bureaux distants et au cloud computing, ainsi que la nécessité de prendre en charge un grand nombre d'utilisateurs avec un trafic intense sur les réseaux sans fil, nécessitent des performances élevées.
Objectifs Wi-Fi 7
En mai 2019, le sous-groupe BE (TGbe) du groupe de travail 802.11 du comité des normes des réseaux locaux et métropolitains a commencé à travailler sur un nouvel ajout à la norme Wi-Fi qui augmentera débit nominal jusqu'à plus de 40 Gbit/s dans un canal de fréquence de la gamme Wi-Fi « typique » <= 7 GHz. Bien que de nombreux documents mentionnent « un débit maximal d'au moins 30 Gbit/s », le nouveau protocole de couche physique fournira des vitesses nominales supérieures à 40 Gbit/s.
Une autre direction de développement importante pour le Wi-Fi 7 est prise en charge des applications en temps réel (jeux, réalité virtuelle et augmentée, contrôle de robots). Il convient de noter que, bien que le Wi-Fi gère le trafic audio et vidéo d'une manière particulière, on a longtemps pensé que fournir une faible latence garantie de niveau standard (millisecondes), également connue sous le nom de réseau sensible au temps, dans les réseaux Wi-Fi était fondamentalement impossible. En novembre 2017, notre équipe de l'IITP RAS et de la National Research University Higher School of Economics (ne le prenez pas pour des relations publiques) a fait une proposition correspondante au sein du groupe IEEE 802.11. La proposition a suscité beaucoup d’intérêt et un sous-groupe spécial a été lancé en juillet 2018 pour approfondir la question. Étant donné que la prise en charge des applications en temps réel nécessite à la fois des débits de données nominaux élevés et une fonctionnalité de couche liaison améliorée, le groupe de travail 802.11 a décidé de développer des méthodes pour prendre en charge les applications en temps réel au sein du Wi-Fi 7.
Un problème important du Wi-Fi 7 est sa coexistence avec les technologies de réseau cellulaire (4G/5G) développées par 3GPP et fonctionnant dans les mêmes bandes de fréquences sans licence. Nous parlons de LTE-LAA/NR-U. Pour étudier les problèmes liés à la coexistence des réseaux Wi-Fi et cellulaires, l'IEEE 802.11 a lancé le Coexisting Standing Committee (Coex SC). Malgré de nombreuses réunions et même un atelier conjoint des participants au 3GPP et à l'IEEE 802.11 en juillet 2019 à Vienne, les solutions techniques n'ont pas encore été approuvées. Une explication possible de cette futilité est que l'IEEE 802 et le 3GPP sont réticents à modifier leurs propres technologies pour se conformer à l'autre. Ainsi, On ne sait pas encore si les discussions du Coex SC auront un impact sur la norme Wi-Fi 7..
Processus de développement
Bien que le processus de développement du Wi-Fi 7 en soit à ses tout premiers stades, près de 500 propositions de nouvelles fonctionnalités pour le prochain Wi-Fi 7, également connu sous le nom d'IEEE 802.11be, ont été proposées à ce jour. La plupart des idées sont en cours de discussion au sein du sous-groupe be et aucune décision n'a encore été prise à leur sujet. D'autres idées ont récemment été approuvées. Ci-dessous, il sera clairement indiqué quelles propositions sont approuvées et lesquelles sont seulement en discussion.
Il était initialement prévu que le développement des principaux nouveaux mécanismes soit achevé d’ici mars 2021. La version finale de la norme est attendue début 2024. En janvier 2020, 11be a fait part de ses inquiétudes quant à savoir si le développement resterait dans les délais au rythme de travail actuel. Pour accélérer le processus de développement des normes, le sous-groupe a convenu de sélectionner un petit ensemble de fonctionnalités hautement prioritaires qui pourraient être publiées d'ici 2021 (version 1) et de laisser le reste à la version 2. Les fonctionnalités hautement prioritaires devraient fournir les principaux gains de performances. et incluent la prise en charge de 320 MHz, 4K-QAM, des améliorations évidentes de l'OFDMA à partir du Wi-Fi 6, MU-MIMO avec 16 flux.
En raison du coronavirus, le groupe ne se réunit pas actuellement en personne, mais tient régulièrement des téléconférences. Ainsi, le développement s’est quelque peu ralenti, mais ne s’est pas arrêté.
Détails technologiques
Regardons les principales innovations du Wi-Fi 7.
- Le nouveau protocole de couche physique est une évolution du protocole Wi-Fi 6 avec une multiplication par deux bande passante jusqu'à 320 MHz, double le nombre de flux spatiaux MU-MIMO, ce qui augmente le débit nominal de 2×2 = 4 fois. Le Wi-Fi 7 commence également à utiliser la modulation MAQ-4K, ce qui ajoute 20 % supplémentaires au débit nominal. Par conséquent, le Wi-Fi 7 fournira 2x2x1,2 = 4,8 fois le débit de données nominal du Wi-Fi 6 : le débit nominal maximum du Wi-Fi 7 est de 9,6 Gbit/s x 4,8 = 46 Gbit/s. De plus, il y aura un changement révolutionnaire dans le protocole de la couche physique pour assurer la compatibilité avec les futures versions du Wi-Fi, mais il restera invisible pour les utilisateurs.
- Modification de la méthode d'accès aux chaînes pour prise en charge des applications en temps réel sera réalisé en tenant compte de l'expérience de la norme IEEE 802 TSN pour les réseaux filaires. Les discussions en cours au sein du comité des normes portent sur la procédure d'attente aléatoire pour l'accès aux canaux, les catégories de services de trafic et donc les files d'attente séparées pour le trafic en temps réel, et les politiques de service par paquets.
- Introduit dans le Wi-Fi 6 (802.11ax) OFDMA – la méthode d'accès aux canaux par répartition dans le temps et en fréquence (similaire à celle utilisée dans les réseaux 4G et 5G) – offre de nouvelles opportunités pour une allocation optimale des ressources. Cependant, en 11ax, OFDMA n'est pas assez flexible. Premièrement, cela permet au point d'accès d'attribuer un seul bloc de ressources d'une taille prédéterminée au périphérique client. Deuxièmement, il ne prend pas en charge la transmission directe entre les postes clients. Ces deux inconvénients réduisent l’efficacité spectrale. De plus, le manque de flexibilité du Wi-Fi 6 OFDMA existant dégrade les performances dans les réseaux denses et augmente la latence, ce qui est essentiel pour les applications en temps réel. 11be résoudra ces problèmes OFDMA.
- L'un des changements révolutionnaires confirmés du Wi-Fi 7 est la prise en charge native utilisation simultanée de plusieurs connexions parallèles à des fréquences différentes, ce qui est très utile à la fois pour des débits de données énormes et une latence extrêmement faible. Bien que les chipsets modernes puissent déjà utiliser plusieurs connexions simultanément, par exemple dans les bandes 2.4 et 5 GHz, ces connexions sont indépendantes, ce qui limite l'efficacité d'une telle opération. Dans 11be, on trouvera un niveau de synchronisation entre les canaux qui permettra une utilisation efficace des ressources du canal et entraînera des changements significatifs dans les règles du protocole d'accès au canal.
- L'utilisation de canaux très larges et d'un grand nombre de flux spatiaux conduit au problème de surcharge élevée associée à la procédure d'estimation de l'état du canal requise pour MIMO et OFDMA. Cette surcharge annule tout gain résultant de l'augmentation des débits de données nominaux. Je m'attendais à ce que la procédure d'évaluation de l'état du canal sera révisée.
- Dans le contexte du Wi-Fi 7, le comité des normes discute de l'utilisation de certaines méthodes de transfert de données « avancées ». En théorie, ces méthodes améliorent l’efficacité spectrale dans le cas de tentatives de transmission répétées, ainsi que de transmissions simultanées dans le même sens ou dans des directions opposées. Nous parlons de demande de répétition automatique hybride (HARQ), actuellement utilisée dans les réseaux cellulaires, en mode full-duplex et en accès multiple non orthogonal (NOMA). Ces techniques ont été bien étudiées dans la littérature sur le plan théorique, mais il n'est pas encore clair si les gains de productivité qu'elles procurent vaudront l'effort de les mettre en œuvre.
- l'utilisation de HARQ compliqué par le problème suivant. En Wi-Fi, les paquets sont collés ensemble pour réduire les frais généraux. Dans les versions actuelles du Wi-Fi, la livraison de chaque paquet à l'intérieur du paquet collé est confirmée et, si la confirmation n'arrive pas, la transmission du paquet est répétée en utilisant les méthodes du protocole d'accès au canal. HARQ déplace les tentatives de la liaison de données vers la couche physique, où il n'y a plus de paquets, mais seulement des mots de code, et les limites des mots de code ne coïncident pas avec les limites des paquets. Cette désynchronisation complique la mise en œuvre de HARQ en Wi-Fi.
- en ce qui concerne Un duplex plein, alors actuellement ni dans les réseaux cellulaires ni dans les réseaux Wi-Fi, il n'est possible de transmettre simultanément des données dans le même canal de fréquence vers et depuis le point d'accès (station de base). D'un point de vue technique, cela est dû à la grande différence de puissance du signal émis et reçu. Bien qu'il existe des prototypes combinant la soustraction numérique et analogique du signal transmis du signal reçu, capables de recevoir un signal Wi-Fi pendant sa transmission, le gain qu'ils peuvent apporter en pratique peut être négligeable du fait qu'à un instant donné celui en aval n'est pas égal à celui qui monte (en moyenne « à l'hôpital » celui qui descend est nettement plus grand). De plus, une telle transmission bidirectionnelle compliquera considérablement le protocole.
- Alors que la transmission de plusieurs flux à l'aide de MIMO nécessite plusieurs antennes pour l'expéditeur et le destinataire, avec un accès non orthogonal, le point d'accès peut transmettre simultanément des données à deux destinataires à partir d'une seule antenne. Diverses options d'accès non orthogonales sont incluses dans les dernières spécifications 5G. Prototype NOMA Le Wi-Fi a été créé pour la première fois en 2018 à l'IITP RAS (encore une fois, ne le considérez pas comme un PR). Il a montré une augmentation des performances de 30 à 40 %. L'avantage de la technologie développée est sa rétrocompatibilité : l'un des deux destinataires peut être un appareil obsolète qui ne prend pas en charge le Wi-Fi 7. De manière générale, le problème de la rétrocompatibilité est très important, puisque des appareils de différentes générations peuvent fonctionner simultanément. sur un réseau Wi-Fi. Actuellement, plusieurs équipes à travers le monde analysent l'efficacité de l'utilisation combinée de NOMA et MU-MIMO, dont les résultats détermineront le sort futur de l'approche. Nous continuons également à travailler sur le prototype : sa prochaine version sera présentée lors de la conférence IEEE INFOCOM en juillet 2020.
- Enfin, une autre innovation importante, mais au sort incertain, est fonctionnement coordonné des points d'accès. Bien que de nombreux fournisseurs disposent de leurs propres contrôleurs centralisés pour les réseaux Wi-Fi d'entreprise, les capacités de ces contrôleurs sont généralement limitées à la configuration des paramètres à long terme et à la sélection des canaux. Le comité des normes discute d'une coopération plus étroite entre les points d'accès voisins, qui comprend une planification coordonnée des transmissions, la formation de faisceaux et même des systèmes MIMO distribués. Certaines des approches envisagées utilisent l'annulation séquentielle des interférences (à peu près la même que dans NOMA). Bien que les approches de coordination 11be n'aient pas encore été développées, il ne fait aucun doute que la norme permettra aux points d'accès de différents fabricants de coordonner leurs programmes de transmission entre eux afin de réduire les interférences mutuelles. D'autres approches plus complexes (telles que le MU-MIMO distribué) seront plus difficiles à mettre en œuvre dans la norme, même si certains membres du groupe sont déterminés à le faire dans la version 2. Quel que soit le résultat, le sort des méthodes de coordination des points d'accès n'est pas clair. Même s’ils sont inclus dans la norme, ils pourraient ne pas atteindre le marché. Une chose similaire s'est déjà produite en essayant de mettre de l'ordre dans les transmissions Wi-Fi à l'aide de solutions telles que HCCA (11e) et HCCA TXOP Négociation (11be).
En résumé, il apparaît que la plupart des propositions associées aux cinq premiers groupes feront partie du Wi-Fi 7, tandis que les propositions associées aux deux derniers groupes nécessitent des recherches supplémentaires importantes pour prouver leur efficacité.
Plus de détails techniques
Les détails techniques sur le Wi-Fi 7 peuvent être lus (en anglais)
Source: habr.com