Nedavno su na tržište izašli uređaji koji podržavaju Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) tehnologiju o kojoj se puno priča. No malo ljudi zna da je već u tijeku razvoj nove generacije Wi-Fi tehnologije – Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). U ovom članku saznajte kakav će biti Wi-Fi 7.
prapovijest
U rujnu 2020. proslavit ćemo 30. godišnjicu projekta IEEE 802.11 koji je značajno utjecao na naše živote. Trenutačno je Wi-Fi tehnologija, definirana obitelji standarda IEEE 802.11, najpopularnija bežična tehnologija koja se koristi za spajanje na Internet, a Wi-Fi nosi više od polovice korisničkog prometa. Dok se mobilna tehnologija rebrandira svakog desetljeća, kao što je zamjena naziva 4G s 5G, za Wi-Fi korisnike, poboljšanja u brzinama prijenosa podataka, kao i uvođenje novih usluga i novih značajki, događaju se gotovo neprimjetno. Malo kupaca mari za slova "n", "ac" ili "ax" koja slijede "802.11" na kutijama opreme. Ali to ne znači da se Wi-Fi ne razvija.
Jedan od dokaza evolucije Wi-Fi-ja je dramatičan porast nominalnih brzina prijenosa podataka: od 2 Mbps u verziji iz 1997. do gotovo 10 Gbps u najnovijem standardu 802.11ax, također poznatom kao Wi-Fi 6. Moderni Wi-Fi doseže takve poboljšanja performansi zbog bržeg dizajna signala i koda, širih kanala i upotrebe tehnologije .
Uz glavne tokove bežičnih lokalnih mreža velike brzine, evolucija Wi-Fi-ja uključuje nekoliko nišnih projekata. Na primjer, Wi-Fi HaLow (802.11ah) bio je pokušaj da se Wi-Fi dovede na tržište bežičnog Interneta stvari. Wi-Fi milimetarskih valova (802.11ad/ay) podržava nominalne brzine prijenosa podataka do 275 Gbps, iako na vrlo malim udaljenostima.
Nove aplikacije i usluge vezane uz video streaming visoke razlučivosti, virtualnu i proširenu stvarnost, igranje, udaljeni ured i računalstvo u oblaku, kao i potreba za podrškom velikom broju korisnika s intenzivnim prometom na bežičnim mrežama, zahtijevaju visoke performanse.
Wi-Fi 7 golova
U svibnju 2019. podskupina BE (TGbe) Radne skupine 802.11 Odbora za standarde lokalne i metropolitanske mreže započela je rad na novom dodatku Wi-Fi standardu koji će povećati nominalni protok do više od 40 Gbit/s u jednom frekvencijskom kanalu "tipičnog" Wi-Fi raspona <= 7 GHz. Iako mnogi dokumenti navode "maksimalni protok od najmanje 30 Gbps", novi protokol fizičkog sloja omogućit će nominalne brzine veće od 40 Gbps.
Drugi važan smjer razvoja za Wi-Fi 7 je podrška za aplikacije u stvarnom vremenu (igre, virtualna i proširena stvarnost, upravljanje robotom). Važno je napomenuti da, iako Wi-Fi obrađuje audio i video promet na poseban način, dugo se vjerovalo da je pružanje standardne razine zajamčene niske latencije (milisekunde), također poznato kao Time-Sensitive Networking, u Wi-Fi mrežama temeljno nemoguće. U studenom 2017. naš tim iz IITP RAS i Nacionalnog istraživačkog sveučilišta Visoka škola ekonomije (nemojte to shvatiti kao PR) napravio je odgovarajući prijedlog u grupi IEEE 802.11. Prijedlog je izazvao veliko zanimanje te je u srpnju 2018. pokrenuta posebna podskupina za daljnje proučavanje tog pitanja. Budući da podrška aplikacijama u stvarnom vremenu zahtijeva i visoke nominalne brzine prijenosa podataka i poboljšanu funkcionalnost sloja veze, 802.11 radna skupina odlučila je razviti metode za podršku aplikacijama u stvarnom vremenu unutar Wi-Fi 7.
Važan problem s Wi-Fi 7 je njegova koegzistencija s tehnologijama mobilne mreže (4G/5G) koje razvija 3GPP i rade u istim nelicenciranim frekvencijskim pojasima. Govorimo o LTE-LAA/NR-U. Kako bi se proučili problemi povezani s koegzistencijom Wi-Fi i mobilnih mreža, IEEE 802.11 pokrenuo je Stalni odbor za suživot (Coex SC). Unatoč brojnim sastancima, pa čak i zajedničkoj radionici sudionika 3GPP-a i IEEE 802.11 u srpnju 2019. u Beču, tehnička rješenja još nisu odobrena. Moguće objašnjenje ove uzaludnosti je da i IEEE 802 i 3GPP nerado mijenjaju vlastite tehnologije kako bi se uskladile s drugima. Tako, Trenutno nije jasno hoće li rasprave Coex SC utjecati na Wi-Fi 7 standard.
Razvojni proces
Iako je proces razvoja Wi-Fi 7 u vrlo ranoj fazi, do danas je bilo gotovo 500 prijedloga za nove funkcije za nadolazeći Wi-Fi 7, također poznat kao IEEE 802.11be. O većini ideja tek se raspravlja u podskupini be i odluka o njima još nije donesena. Nedavno su odobrene i druge ideje. Ispod će jasno biti naznačeno koji su prijedlozi odobreni, a koji su tek u raspravi.
Prvotno je planirano da će razvoj glavnih novih mehanizama biti dovršen do ožujka 2021. Konačna verzija standarda očekuje se početkom 2024. U siječnju 2020. 11be je izrazio zabrinutost oko toga hoće li razvoj ostati prema planu uz trenutni tempo rada. Kako bi se ubrzao standardni razvojni proces, podgrupa se složila da odabere mali skup značajki visokog prioriteta koje bi mogle biti objavljene do 2021. (izdanje 1), a ostatak ostaviti u izdanju 2. Značajke visokog prioriteta trebale bi osigurati glavne dobitke u performansama i uključuju podršku za 320 MHz, 4K-QAM, očita poboljšanja OFDMA od Wi-Fi 6, MU-MIMO sa 16 streamova.
Zbog koronavirusa grupa se trenutno ne sastaje osobno, ali redovito održava telekonferencije. Tako je razvoj nešto usporen, ali nije stao.
Detalji tehnologije
Pogledajmo glavne inovacije Wi-Fi 7.
- Novi protokol fizičkog sloja razvoj je protokola Wi-Fi 6 s dvostrukim povećanjem širina pojasa do 320 MHz, dvostruki broj prostornih MU-MIMO tokova, što povećava nominalni protok za 2×2 = 4 puta. Wi-Fi 7 također počinje koristiti modulaciju 4K-QAM, što dodaje dodatnih 20% nominalnoj propusnosti. Stoga će Wi-Fi 7 pružiti 2x2x1,2 = 4,8 puta veću nazivnu brzinu prijenosa podataka od Wi-Fi 6: maksimalna ocijenjena propusnost Wi-Fi 7 je 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Osim toga, doći će do revolucionarne promjene u protokolu fizičkog sloja kako bi se osigurala kompatibilnost s budućim verzijama Wi-Fi-ja, ali će ostati nevidljiva za korisnike.
- Promjena načina pristupa kanalu za podrška aplikacijama u stvarnom vremenu provest će se uzimajući u obzir iskustvo IEEE 802 TSN za žične mreže. Tekuće rasprave u odboru za standarde odnose se na proceduru nasumičnog odustajanja za pristup kanalu, kategorije prometnih usluga i stoga odvojene redove za promet u stvarnom vremenu, te politike paketne usluge.
- Predstavljeno u Wi-Fi 6 (802.11ax) OFDMA proširenje – metoda pristupa kanalima s vremenskom i frekvencijskom podjelom (slična onoj koja se koristi u 4G i 5G mrežama) – pruža nove mogućnosti za optimalnu raspodjelu resursa. Međutim, u 11ax, OFDMA nije dovoljno fleksibilan. Prvo, omogućuje pristupnoj točki da klijentskom uređaju dodijeli samo jedan blok resursa unaprijed određene veličine. Drugo, ne podržava izravan prijenos između klijentskih stanica. Oba nedostatka smanjuju spektralnu učinkovitost. Osim toga, nedostatak fleksibilnosti naslijeđenog Wi-Fi 6 OFDMA degradira performanse u gustim mrežama i povećava latenciju, što je kritično za aplikacije u stvarnom vremenu. 11be će riješiti ove OFDMA probleme.
- Jedna od potvrđenih revolucionarnih promjena Wi-Fi 7 je izvorna podrška istodobna uporaba više paralelnih veza na različitim frekvencijama, što je vrlo korisno za velike brzine prijenosa podataka i iznimno nisku latenciju. Iako moderni skupovi čipova već mogu koristiti višestruke veze istovremeno, na primjer, u pojasima od 2.4 i 5 GHz, te su veze neovisne, što ograničava učinkovitost takve operacije. U 11be će se naći razina sinkronizacije između kanala koja omogućuje učinkovito korištenje resursa kanala i podrazumijevat će značajne promjene u pravilima protokola za pristup kanalu.
- Korištenje vrlo širokih kanala i velikog broja prostornih tokova dovodi do problema velikih troškova povezanih s procedurom procjene stanja kanala koja je potrebna za MIMO i OFDMA. Ovo opterećenje poništava sve dobitke od povećanja nominalne brzine prijenosa podataka. Očekivano revidirat će se postupak procjene stanja kanala.
- U kontekstu Wi-Fi 7, odbor za standarde raspravlja o korištenju nekih "naprednih" metoda prijenosa podataka. U teoriji, ove metode poboljšavaju spektralnu učinkovitost u slučaju ponovljenih pokušaja prijenosa, kao i istodobnih prijenosa u istim ili suprotnim smjerovima. Riječ je o hibridnom zahtjevu za automatsko ponavljanje (HARQ), koji se trenutno koristi u mobilnim mrežama, full-duplex modu i neortogonalnom višestrukom pristupu (NOMA). Te su tehnike dobro proučene u literaturi u teoriji, ali još nije jasno hoće li povećanje produktivnosti koje pružaju biti vrijedno truda da se provedu.
- Koristiti HARQ komplicira sljedeći problem. U Wi-Fi-ju su paketi zalijepljeni kako bi se smanjilo opterećenje. U trenutnim verzijama Wi-Fi-ja, isporuka svakog paketa unutar zalijepljenog se potvrđuje i, ako potvrda ne dođe, prijenos paketa se ponavlja korištenjem metoda protokola za pristup kanalu. HARQ premješta ponovne pokušaje s podatkovne veze na fizički sloj, gdje više nema paketa, već samo kodnih riječi, a granice kodnih riječi ne podudaraju se s granicama paketa. Ova desinkronizacija komplicira implementaciju HARQ-a u Wi-Fi.
- Što se tiče Puni dupleks, tada trenutno niti u mobilnim mrežama niti u Wi-Fi mrežama nije moguće istovremeno slati podatke u istom frekvencijskom kanalu do i od pristupne točke (bazne stanice). Tehnički gledano, to je zbog velike razlike u snazi odaslanog i primljenog signala. Iako postoje prototipovi koji kombiniraju digitalno i analogno oduzimanje odaslanog signala od primljenog signala, sposobni primiti Wi-Fi signal tijekom njegovog prijenosa, dobitak koji oni mogu pružiti u praksi može biti zanemariv zbog činjenice da u bilo kojem trenutku nizvodno nije jednaka uzlaznoj (u prosjeku “u bolnici” silazna je znatno veća). Štoviše, takav dvosmjerni prijenos značajno će komplicirati protokol.
- Dok prijenos više tokova pomoću MIMO-a zahtijeva više antena za pošiljatelja i primatelja, s neortogonalnim pristupom pristupna točka može istovremeno slati podatke dvama primateljima s jedne antene. Razne opcije neortogonalnog pristupa uključene su u najnovije 5G specifikacije. Prototip NE ALI Wi-Fi je prvi put stvoren 2018. u IITP RAS (opet, nemojte to smatrati PR-om). Pokazao je povećanje performansi od 30-40%. Prednost razvijene tehnologije je njezina kompatibilnost s prethodnim verzijama: jedan od dva primatelja može biti zastarjeli uređaj koji ne podržava Wi-Fi 7. Općenito, problem kompatibilnosti s prethodnim verzijama vrlo je važan jer uređaji različitih generacija mogu istovremeno raditi na Wi-Fi mreži. Trenutačno nekoliko timova diljem svijeta analizira učinkovitost kombinirane upotrebe NOMA-e i MU-MIMO-a, čiji će rezultati odrediti buduću sudbinu pristupa. Također nastavljamo raditi na prototipu: njegova sljedeća verzija bit će predstavljena na konferenciji IEEE INFOCOM u srpnju 2020.
- Na kraju, još jedna važna inovacija, ali s nejasnom sudbinom usklađen rad pristupnih točaka. Iako mnogi dobavljači imaju vlastite centralizirane kontrolere za poslovne Wi-Fi mreže, mogućnosti takvih kontrolera općenito su ograničene na dugoročnu konfiguraciju parametara i odabir kanala. Odbor za standarde raspravlja o bližoj suradnji između susjednih pristupnih točaka, što uključuje koordinirano raspoređivanje prijenosa, oblikovanje snopa, pa čak i distribuirane MIMO sustave. Neki od pristupa koji se razmatraju koriste sekvencijalno poništavanje smetnji (otprilike isto kao u NOMA-i). Iako pristupi za koordinaciju 11be još nisu razvijeni, nema sumnje da će standard omogućiti pristupnim točkama različitih proizvođača da međusobno koordiniraju rasporede prijenosa kako bi se smanjile međusobne smetnje. Ostale, složenije pristupe (kao što je distribuirani MU-MIMO) bit će teže implementirati u standard, iako su neki članovi grupe odlučni to učiniti unutar Izdanja 2. Bez obzira na ishod, sudbina metoda koordinacije pristupnih točaka je nejasno. Čak i ako su uključeni u standard, možda neće stići na tržište. Slična se stvar već dogodila kada se pokušalo uvesti red u Wi-Fi prijenose korištenjem rješenja kao što su HCCA (11e) i HCCA TXOP Negotiation (11be).
Ukratko, čini se da će većina prijedloga povezanih s prvih pet skupina postati dio Wi-Fi 7, dok prijedlozi povezani s posljednje dvije skupine zahtijevaju značajna dodatna istraživanja kako bi se dokazala njihova učinkovitost.
Više tehničkih detalja
Tehničke detalje o Wi-Fi 7 možete pročitati (na engleskom)
Izvor: www.habr.com