Recentemente, os dispositivos que admiten a tecnoloxía Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax), da que se está a falar moito, entraron recentemente no mercado. Pero poucas persoas saben que xa está en marcha o desenvolvemento dunha nova xeración de tecnoloxía Wi-Fi: Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Descubra como será o Wi-Fi 7 neste artigo.
prehistoria
En setembro de 2020, celebraremos o 30 aniversario do proxecto IEEE 802.11, que ten un impacto significativo nas nosas vidas. Actualmente, a tecnoloxía Wi-Fi, definida pola familia de estándares IEEE 802.11, é a tecnoloxía sen fíos máis popular que se usa para conectarse a Internet, sendo a Wi-Fi que transporta máis da metade do tráfico de usuarios. Aínda que a tecnoloxía móbil cambia de marca cada década, como substituír o nome 4G por 5G, para os usuarios de Wi-Fi, as melloras na velocidade de datos, así como a introdución de novos servizos e novas funcións, ocorren case desapercibidas. Poucos clientes se preocupan polas letras "n", "ac" ou "ax" que seguen a "802.11" nas caixas dos equipos. Pero iso non significa que a wifi non estea evolucionando.
Unha proba da evolución do Wi-Fi é o dramático aumento das velocidades de datos nominales: de 2 Mbps na versión de 1997 a case 10 Gbps no último estándar 802.11ax, tamén coñecido como Wi-Fi 6. A Wi-Fi moderna chega a tal punto. aumentos de rendemento debido a deseños de código e sinal máis rápidos, canles máis amplos e o uso da tecnoloxía .
Ademais da corrente principal das redes locais sen fíos de alta velocidade, a evolución da wifi inclúe varios proxectos de nicho. Por exemplo, Wi-Fi HaLow (802.11ah) foi un intento de achegar a wifi ao mercado da Internet sen fíos das cousas. A wifi de ondas milimétricas (802.11ad/ay) admite velocidades de datos nominais de ata 275 Gbps, aínda que en distancias moi curtas.
As novas aplicacións e servizos relacionados coa transmisión de vídeo en alta definición, a realidade virtual e aumentada, os xogos, a oficina remota e a computación na nube, así como a necesidade de soportar un gran número de usuarios con tráfico intenso en redes sen fíos, requiren un alto rendemento.
Wi-Fi 7 obxectivos
En maio de 2019, o subgrupo BE (TGbe) do Grupo de Traballo 802.11 do Comité de Estándares de Redes de Área Local e Metropolitana comezou a traballar nunha nova incorporación ao estándar Wi-Fi que aumentará caudal nominal de ata máis de 40 Gbit/s nunha canle de frecuencia do rango Wi-Fi "típico" <= 7 GHz. Aínda que moitos documentos enumeran "un rendemento máximo de polo menos 30 Gbps", o novo protocolo de capa física proporcionará velocidades nominais superiores a 40 Gbps.
Outra dirección de desenvolvemento importante para Wi-Fi 7 é soporte para aplicacións en tempo real (xogos, realidade virtual e aumentada, control de robots). Cabe destacar que aínda que a Wi-Fi manexa o tráfico de audio e vídeo dun xeito especial, hai tempo que se cre que proporcionar unha baixa latencia garantida a nivel estándar (milisegundos), tamén coñecida como Time-Sensitive Networking, nas redes Wi-Fi é fundamentalmente. imposible. En novembro de 2017, o noso equipo do IITP RAS e da National Research University Higher School of Economics (non o tomes por PR) fixo unha proposta correspondente no grupo IEEE 802.11. A proposta xerou moito interese e un subgrupo especial púxose en marcha en xullo de 2018 para estudar máis a fondo a cuestión. Dado que a compatibilidade de aplicacións en tempo real require altas taxas de datos nominais e unha funcionalidade mellorada da capa de enlace, o grupo de traballo 802.11 decidiu desenvolver métodos para admitir aplicacións en tempo real dentro de Wi-Fi 7.
Unha cuestión importante con Wi-Fi 7 é a súa coexistencia con tecnoloxías de rede móbil (4G/5G) que está a desenvolver 3GPP e que operan nas mesmas bandas de frecuencia sen licenza. Estamos a falar de LTE-LAA/NR-U. Para estudar os problemas asociados á coexistencia de redes wifi e móbiles, IEEE 802.11 puxo en marcha o Comité Permanente de Coexistencia (Coex SC). A pesar das numerosas reunións e mesmo dun obradoiro conxunto de participantes de 3GPP e IEEE 802.11 en xullo de 2019 en Viena, as solucións técnicas aínda non foron aprobadas. Unha posible explicación para esta inutilidade é que tanto IEEE 802 como 3GPP son reacios a cambiar as súas propias tecnoloxías para adaptarse ás outras. Así, Actualmente non está claro se as discusións de Coex SC afectarán o estándar Wi-Fi 7.
Proceso de desenvolvemento
Aínda que o proceso de desenvolvemento de Wi-Fi 7 está nos seus primeiros estadios, ata a data houbo case 500 propostas de novas funcionalidades para o próximo Wi-Fi 7, tamén coñecido como IEEE 802.11be. A maioría das ideas están a ser discutidas no subgrupo be e aínda non se tomou unha decisión sobre elas. Outras ideas foron aprobadas recentemente. A continuación indicarase con claridade cales son as propostas aprobadas e cales só se debaten.
Inicialmente estaba previsto que o desenvolvemento dos principais novos mecanismos se completase en marzo de 2021. Espérase a versión final do estándar para principios de 2024. En xaneiro de 2020, 11be expresou a súa preocupación sobre se o desenvolvemento se mantería no calendario ao ritmo de traballo actual. Para acelerar o proceso de desenvolvemento estándar, o subgrupo acordou seleccionar un pequeno conxunto de funcións de alta prioridade que poderían lanzarse en 2021 (versión 1) e deixar o resto na versión 2. As funcións de alta prioridade deberían proporcionar as principais ganancias de rendemento. e inclúen soporte para 320 MHz, 4K- QAM, melloras obvias para OFDMA desde Wi-Fi 6, MU-MIMO con 16 fluxos.
Debido ao coronavirus, o grupo actualmente non se reúne en persoa, pero realiza regularmente teleconferencias. Así, o desenvolvemento diminuíu un pouco, pero non se detivo.
Detalles tecnolóxicos
Vexamos as principais novidades de Wi-Fi 7.
- O novo protocolo de capa física é un desenvolvemento do protocolo Wi-Fi 6 cun aumento dobre ancho de banda de ata 320 MHz, o dobre do número de fluxos espaciais MU-MIMO, o que aumenta o rendemento nominal en 2×2 = 4 veces. Wi-Fi 7 tamén comeza a usar modulación 4K-QAM, que engade outro 20% ao rendemento nominal. Polo tanto, Wi-Fi 7 proporcionará 2x2x1,2 = 4,8 veces a taxa de datos nominal de Wi-Fi 6: o rendemento máximo nominal de Wi-Fi 7 é de 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Ademais, haberá un cambio revolucionario no protocolo da capa física para garantir a compatibilidade con futuras versións de Wi-Fi, pero permanecerá invisible para os usuarios.
- Cambiando o método de acceso á canle para soporte de aplicacións en tempo real realizarase tendo en conta a experiencia de IEEE 802 TSN para redes cableadas. As discusións en curso no comité de estándares están relacionadas co procedemento de retroceso aleatorio para o acceso á canle, as categorías de servizos de tráfico e, polo tanto, as filas separadas para o tráfico en tempo real e as políticas de servizos de paquetes.
- Introducido en Wi-Fi 6 (802.11ax) OFDMA – Método de acceso á canle de división de tempo e frecuencia (similar ao usado nas redes 4G e 5G) – ofrece novas oportunidades para unha asignación óptima de recursos. Non obstante, en 11ax, OFDMA non é o suficientemente flexible. En primeiro lugar, permite que o punto de acceso asigne só un bloque de recursos dun tamaño predeterminado ao dispositivo cliente. En segundo lugar, non admite a transmisión directa entre estacións cliente. Ambas as desvantaxes reducen a eficiencia espectral. Ademais, a falta de flexibilidade do Wi-Fi 6 OFDMA heredado degrada o rendemento en redes densas e aumenta a latencia, o que é fundamental para aplicacións en tempo real. 11be resolverá estes problemas OFDMA.
- Un dos cambios revolucionarios confirmados de Wi-Fi 7 é o soporte nativo uso simultáneo de varias conexións paralelas a diferentes frecuencias, que é moi útil tanto para velocidades de datos enormes como para unha latencia extremadamente baixa. Aínda que os chipsets modernos xa poden usar varias conexións simultaneamente, por exemplo, nas bandas de 2.4 e 5 GHz, estas conexións son independentes, o que limita a eficacia desta operación. En 11be atoparase un nivel de sincronización entre canles que permita un uso eficiente dos recursos das canles e que suporá cambios significativos nas regras do protocolo de acceso á canle.
- O uso de canles moi amplas e un gran número de fluxos espaciais leva ao problema de sobrecarga elevada asociada ao procedemento de estimación do estado da canle necesario para MIMO e OFDMA. Esta sobrecarga anula calquera ganancia derivada do aumento das taxas de datos nominais. Agardaba iso revisarase o procedemento de avaliación do estado da canle.
- No contexto de Wi-Fi 7, o comité de estándares está a discutir o uso dalgúns métodos de transferencia de datos "avanzados". En teoría, estes métodos melloran a eficiencia espectral no caso de intentos de transmisión repetidos, así como transmisións simultáneas no mesmo sentido ou en sentido contrario. Estamos a falar de solicitude de repetición automática híbrida (HARQ), que se usa actualmente en redes móbiles, modo full-duplex e acceso múltiple non ortogonal (NOMA). Estas técnicas foron ben estudadas na literatura en teoría, pero aínda non está claro se as ganancias de produtividade que proporcionan pagarán a pena o esforzo para implementalas.
- Usar HARQ complicado polo seguinte problema. Na wifi, os paquetes están pegados para reducir a sobrecarga. Nas versións actuais de Wi-Fi, confírmase a entrega de cada paquete dentro do pegado e, se non chega a confirmación, repítese a transmisión do paquete mediante métodos de protocolo de acceso á canle. HARQ move os reintentos da ligazón de datos á capa física, onde non hai máis paquetes, senón só palabras de código, e os límites das palabras de código non coinciden cos límites dos paquetes. Esta desincronización complica a implementación de HARQ en Wi-Fi.
- En canto a Dúplex completo, entón actualmente nin nas redes móbiles nin nas redes Wi-Fi é posible transmitir simultáneamente datos na mesma canle de frecuencia cara e dende o punto de acceso (estación base). Desde o punto de vista técnico, isto débese á gran diferenza de potencia do sinal transmitido e recibido. Aínda que existen prototipos que combinan a subtracción dixital e analóxica do sinal transmitido do sinal recibido, capaces de recibir un sinal Wi-Fi durante a súa transmisión, a ganancia que poden proporcionar na práctica pode ser insignificante debido a que en cada momento o río abaixo non é igual ao ascendente (de media "no hospital" o descendente é significativamente maior). Ademais, esa transmisión bidireccional complicará significativamente o protocolo.
- Aínda que a transmisión de múltiples fluxos mediante MIMO require varias antenas para o remitente e o destinatario, cun acceso non ortogonal o punto de acceso pode transmitir datos simultáneamente a dous destinatarios desde unha única antena. Nas últimas especificacións 5G inclúense varias opcións de acceso non ortogonais. Prototipo NOMA A wifi creouse por primeira vez en 2018 no IITP RAS (de novo, non o consideres PR). Demostrou un aumento do rendemento do 30-40%. A vantaxe da tecnoloxía desenvolvida é a súa retrocompatibilidade: un dos dous destinatarios pode ser un dispositivo obsoleto que non admite Wi-Fi 7. En xeral, o problema da retrocompatibilidade é moi importante, xa que dispositivos de diferentes xeracións poden funcionar simultaneamente. nunha rede wifi. Actualmente, varios equipos de todo o mundo están a analizar a eficacia do uso combinado de NOMA e MU-MIMO, cuxos resultados determinarán o destino futuro do enfoque. Tamén seguimos traballando no prototipo: a súa próxima versión será presentada na conferencia IEEE INFOCOM en xullo de 2020.
- Finalmente, outra innovación importante, pero cun destino pouco claro, é operación coordinada dos puntos de acceso. Aínda que moitos provedores teñen os seus propios controladores centralizados para redes Wi-Fi empresariais, as capacidades destes controladores limitáronse xeralmente á configuración de parámetros a longo prazo e á selección de canles. O comité de estándares está a discutir unha cooperación máis estreita entre os puntos de acceso veciños, que inclúe a programación de transmisión coordinada, a formación de feixes e incluso os sistemas MIMO distribuídos. Algúns dos enfoques en consideración utilizan a cancelación de interferencia secuencial (aproximadamente o mesmo que en NOMA). Aínda que aínda non se desenvolveron enfoques para a coordinación 11be, non hai dúbida de que o estándar permitirá que os puntos de acceso de diferentes fabricantes coordinen os horarios de transmisión entre si para reducir as interferencias mutuas. Outros enfoques máis complexos (como MU-MIMO distribuído) serán máis difíciles de implementar no estándar, aínda que algúns membros do grupo están decididos a facelo na versión 2. Independentemente do resultado, o destino dos métodos de coordinación do punto de acceso non está claro. Aínda que se inclúan na norma, poden non chegar ao mercado. Algo semellante ocorreu antes cando se tentaba poñer orde nas transmisións wifi mediante solucións como HCCA (11e) e HCCA TXOP Negotiation (11be).
En resumo, parece que a maioría das propostas asociadas aos cinco primeiros grupos pasarán a formar parte de Wi-Fi 7, mentres que as propostas asociadas aos dous últimos grupos requiren unha investigación adicional importante para demostrar a súa eficacia.
Máis detalles técnicos
Pódense ler detalles técnicos sobre Wi-Fi 7 (en inglés)
Fonte: www.habr.com