A közelmúltban a sokat emlegetett Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) technológiát támogató készülékek jelentek meg a piacon. De kevesen tudják, hogy a Wi-Fi technológia új generációjának fejlesztése már folyamatban van - a Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Ebből a cikkből megtudhatja, milyen lesz a Wi-Fi 7.
őstörténet
2020 szeptemberében ünnepeljük az életünket jelentősen befolyásoló IEEE 30 projekt 802.11. évfordulóját. Jelenleg az IEEE 802.11 szabványcsalád által meghatározott Wi-Fi technológia a legnépszerűbb vezeték nélküli technológia az internethez való csatlakozáshoz, és a Wi-Fi a felhasználói forgalom több mint felét viszi tovább. Míg a mobiltechnológia minden évtizedben újramárkázza magát, például a 4G elnevezést 5G-re cseréli, a Wi-Fi felhasználók számára az adatsebesség javulása, valamint az új szolgáltatások és új funkciók bevezetése szinte észrevétlenül történik. Kevés ügyfelet érdekelnek az „n”, „ac” vagy „ax” betűk, amelyek a „802.11” után következnek a berendezés dobozán. De ez nem jelenti azt, hogy a Wi-Fi ne fejlődne.
A Wi-Fi fejlődésének egyik bizonyítéka a névleges adatsebesség drámai növekedése: az 2-es verzió 1997 Mbps-ról a legújabb, 10ax szabványban, más néven Wi-Fi 802.11-ban csaknem 6 Gbps-re. A modern Wi-Fi eléri teljesítménynövekedés a gyorsabb jel- és kódtervezésnek, a szélesebb csatornáknak és a technológia használatának köszönhetően .
A nagy sebességű vezeték nélküli helyi hálózatok fő áramlatai mellett a Wi-Fi fejlődése számos résprojektet is magában foglal. Például a Wi-Fi HaLow (802.11ah) kísérlet volt arra, hogy a Wi-Fi-t a vezeték nélküli dolgok internetének piacára hozzák. A milliméterhullámú Wi-Fi (802.11ad/ay) akár 275 Gbps névleges adatátviteli sebességet is támogat, bár nagyon rövid távolságokon.
A nagyfelbontású videó streaminghez, a virtuális és kiterjesztett valósághoz, a játékokhoz, a távoli irodához és a számítási felhőhöz kapcsolódó új alkalmazások és szolgáltatások, valamint a vezeték nélküli hálózatokon intenzív forgalommal rendelkező felhasználók nagyszámú támogatása nagy teljesítményt igényel.
Wi-Fi 7 gól
2019 májusában a Helyi és Fővárosi Hálózati Szabványügyi Bizottság 802.11-es munkacsoportjának BE (TGbe) alcsoportja megkezdte a munkát a Wi-Fi szabvány új kiegészítésén, amely növelni fogja névleges átviteli sebesség akár több mint 40 Gbit/s a „tipikus” Wi-Fi tartomány egyik frekvenciacsatornájában <= 7 GHz. Bár sok dokumentum "legalább 30 Gbps maximális átviteli sebességet" sorol fel, az új fizikai réteg protokoll 40 Gbps-ot meghaladó névleges sebességet fog biztosítani.
A Wi-Fi 7 másik fontos fejlesztési iránya az valós idejű alkalmazások támogatása (játékok, virtuális és kiterjesztett valóság, robotvezérlés). Figyelemre méltó, hogy bár a Wi-Fi különleges módon kezeli a hang- és videoforgalmat, régóta úgy gondolják, hogy a szabványos, garantált alacsony késleltetési idő (ezredmásodperc), más néven időérzékeny hálózatok biztosítása a Wi-Fi hálózatokban alapvetően fontos. lehetetlen. 2017 novemberében az IITP RAS és a National Research University Higher School of Economics csapata (ne vedd PR-nak) megfelelő javaslatot tett az IEEE 802.11 csoportban. A javaslat nagy érdeklődést váltott ki, és 2018 júliusában külön alcsoport indult a kérdés további tanulmányozására. Mivel a valós idejű alkalmazások támogatása nagy névleges adatátviteli sebességet és továbbfejlesztett link-layer funkcionalitást igényel, a 802.11-es munkacsoport úgy döntött, hogy módszereket dolgoz ki a valós idejű alkalmazások támogatására a Wi-Fi 7-en belül.
A Wi-Fi 7 egyik fontos problémája a 4GPP által kifejlesztett és ugyanazon a licenc nélküli frekvenciasávokban működő mobilhálózati technológiákkal (5G/3G) való együttélés. LTE-LAA/NR-U-ról beszélünk. A Wi-Fi és a mobilhálózatok együttélésével kapcsolatos problémák tanulmányozására az IEEE 802.11 elindította az Együttélés Állandó Bizottságát (Coexisting Standing Committee – Coex SC). A 3 júliusában Bécsben megrendezett számos találkozó, sőt a 802.11GPP és IEEE 2019 résztvevőinek közös workshopja ellenére a műszaki megoldásokat még nem hagyták jóvá. Ennek a hiábavalóságnak egy lehetséges magyarázata az, hogy az IEEE 802 és a 3GPP is vonakodnak megváltoztatni saját technológiájukat, hogy megfeleljenek a másiknak. És így, Jelenleg nem világos, hogy a Coex SC megbeszélések hatással lesznek-e a Wi-Fi 7 szabványra.
Fejlesztési folyamat
Bár a Wi-Fi 7 fejlesztési folyamata nagyon korai szakaszában jár, a közelgő Wi-Fi 500, más néven IEEE 7be új funkcióira eddig közel 802.11 javaslat érkezett. A legtöbb ötletet még csak tárgyalják a be alcsoportban, és még nem született döntés róluk. A közelmúltban más ötleteket is jóváhagytak. Az alábbiakban egyértelműen jelezni fogjuk, hogy mely javaslatokat fogadták el, és melyeket még csak megvitatják.
Az eredeti tervek szerint a főbb új mechanizmusok kidolgozása 2021 márciusára fejeződik be. A szabvány végleges verziója 2024 elejére várható. 2020 januárjában a 11be aggodalmát fejezte ki azzal kapcsolatban, hogy a fejlesztések a jelenlegi ütemben ütemben maradnak-e. A szabványos fejlesztési folyamat felgyorsítása érdekében az alcsoport megállapodott abban, hogy kiválasztanak egy kis készletet a kiemelt fontosságú szolgáltatásokból, amelyek 2021-ig megjelenhetnek (1. kiadás), a többit pedig a 2. kiadásnál hagyják. A főbb teljesítménynövekedést a magas prioritású szolgáltatások biztosítják és támogatja a 320 MHz-et, a 4K-QAM-ot, az OFDMA nyilvánvaló fejlesztéseit a Wi-Fi 6-tól, a MU-MIMO-t 16 adatfolyammal.
A koronavírus miatt a csoport jelenleg nem találkozik személyesen, de rendszeresen tart telekonferenciát. Így a fejlődés valamelyest lelassult, de nem állt meg.
Technológiai részletek
Nézzük meg a Wi-Fi 7 főbb újításait.
- Az új fizikai réteg protokoll a Wi-Fi 6 protokoll továbbfejlesztése, kétszeres növekedéssel sávszélesség 320 MHz-ig, a térbeli MU-MIMO adatfolyamok számának duplája, ami 2×2 = 4-szeresére növeli a névleges áteresztőképességet. A Wi-Fi 7 is elkezdi használni a modulációt 4K-QAM, ami további 20%-kal növeli a névleges áteresztőképességet. Ezért a Wi-Fi 7 2x2x1,2 = 4,8-szorosa a Wi-Fi 6 névleges adatátviteli sebességének: A Wi-Fi 7 maximális névleges átviteli sebessége 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Emellett forradalmi változás következik be a fizikai réteg protokolljában is, hogy biztosítsák a Wi-Fi jövőbeli verzióival való kompatibilitást, de ez láthatatlan marad a felhasználók számára.
- A csatorna hozzáférési módjának módosítása a következőnél valós idejű alkalmazástámogatás az IEEE 802 TSN vezetékes hálózatokra vonatkozó tapasztalatait figyelembe véve kerül végrehajtásra. A szabványügyi bizottságban folyamatban lévő megbeszélések a csatorna-hozzáférés véletlenszerű visszalépési eljárásával, a forgalmi szolgáltatási kategóriákkal és ezért a valós idejű forgalom külön soraival, valamint a csomagszolgáltatási szabályzatokkal kapcsolatosak.
- Bevezetve a Wi-Fi 6-ban (802.11ax) OFDMA kiterjesztés – idő- és frekvenciaosztásos csatornaelérési mód (hasonlóan a 4G és 5G hálózatokban használthoz) – új lehetőségeket biztosít az optimális erőforrás-allokációhoz. A 11ax-ben azonban az OFDMA nem elég rugalmas. Először is lehetővé teszi a hozzáférési pont számára, hogy csak egy előre meghatározott méretű erőforrásblokkot rendeljen a kliens eszközhöz. Másodszor, nem támogatja a közvetlen átvitelt az ügyfélállomások között. Mindkét hátrány csökkenti a spektrális hatékonyságot. Ezenkívül az örökölt Wi-Fi 6 OFDMA rugalmasságának hiánya rontja a teljesítményt a sűrű hálózatokban és növeli a késleltetést, ami kritikus fontosságú a valós idejű alkalmazásoknál. 11be megoldja ezeket az OFDMA problémákat.
- A Wi-Fi 7 egyik megerősített forradalmi változása a natív támogatás több párhuzamos kapcsolat egyidejű használata különböző frekvenciákon, ami nagyon hasznos nagy adatsebesség és rendkívül alacsony késleltetés esetén egyaránt. Bár a modern lapkakészletek már több kapcsolatot is használhatnak egyszerre, például a 2.4 és 5 GHz-es sávokban, ezek a kapcsolatok függetlenek, ami korlátozza az ilyen műveletek hatékonyságát. A 11be-ben a csatornák közötti szinkronizálás olyan szintjét találjuk meg, amely lehetővé teszi a csatorna erőforrások hatékony felhasználását, és jelentős változásokat von maga után a csatorna hozzáférési protokoll szabályaiban.
- A nagyon széles csatornák és a nagyszámú térbeli adatfolyam használata a MIMO-hoz és az OFDMA-hoz szükséges csatornaállapot-becslési eljáráshoz kapcsolódó magas többletterhelés problémájához vezet. Ez a többletköltség megszünteti a névleges adatsebesség növeléséből származó nyereséget. Erre számított a csatorna állapotfelmérési eljárását felülvizsgálják.
- A Wi-Fi 7 kapcsán a szabványügyi bizottság néhány „fejlett” adatátviteli módszer alkalmazásáról tárgyal. Elméletileg ezek a módszerek javítják a spektrális hatékonyságot ismételt átviteli kísérletek, valamint egyidejű, azonos vagy ellentétes irányú adások esetén. Ide tartozik a jelenleg a mobilhálózatokban használt hibrid automatikus ismétlési kérés (HARQ), a full-duplex mód és a nem ortogonális többszörös hozzáférés (NOMA). Ezeket a technikákat elméletileg jól tanulmányozták a szakirodalomban, de még nem világos, hogy az általuk nyújtott termelékenységnövekedés megéri-e a megvalósításukra tett erőfeszítéseket.
- Használat HARQ bonyolítja a következő probléma. A Wi-Fi-ben a csomagokat összeragasztják a rezsicsökkentés érdekében. A Wi-Fi jelenlegi verzióiban a ragasztott csomagon belül minden egyes csomag kézbesítését megerősítik, és ha nem érkezik megerősítés, a csomag továbbítása megismétlődik csatornaelérési protokoll módszerekkel. A HARQ az újrapróbálkozásokat az adatkapcsolatról a fizikai rétegre helyezi át, ahol már nincs csomag, csak kódszavak vannak, és a kódszavak határai nem esnek egybe a csomagok határaival. Ez a deszinkronizálás megnehezíti a HARQ megvalósítását Wi-Fi-ben.
- vonatkozóan Teljes duplex, akkor jelenleg sem a mobilhálózatokban, sem a Wi-Fi hálózatokban nem lehetséges egyidejűleg ugyanazon a frekvenciacsatornán adatokat továbbítani a hozzáférési ponthoz (bázisállomáshoz) és onnan. Technikai szempontból ez az átvitt és vett jel teljesítményének nagy különbségéből adódik. Bár léteznek prototípusok, amelyek kombinálják az átvitt jel digitális és analóg kivonását a vett jelből, és képesek Wi-Fi jelet fogadni annak átvitele során, az általuk nyújtott erősítés a gyakorlatban elhanyagolható lehet, mivel bármikor a downstream nem egyenlő a felszállóval (átlagban a „kórházban” a leszálló lényegesen nagyobb). Ezenkívül az ilyen kétirányú átvitel jelentősen bonyolítja a protokollt.
- Míg a MIMO használatával több adatfolyam átviteléhez több antenna szükséges a küldő és a címzett számára, nem ortogonális hozzáférés esetén a hozzáférési pont egyszerre tud adatokat továbbítani két címzettnek egyetlen antennáról. A legújabb 5G specifikációk különféle nem ortogonális hozzáférési lehetőségeket tartalmaznak. Prototípus NOMA A Wi-Fi-t először 2018-ban hozták létre az IITP RAS-nál (ismét ne tekintsük PR-nak). 30-40%-os teljesítménynövekedést mutatott. A kifejlesztett technológia előnye a visszamenőleges kompatibilitás: a két címzett egyike egy elavult eszköz lehet, amely nem támogatja a Wi-Fi 7-et. Általában véve a visszafelé kompatibilitás problémája nagyon fontos, hiszen a különböző generációs készülékek egyidejűleg működhetnek. Wi-Fi hálózaton. Jelenleg világszerte több csapat elemzi a NOMA és a MU-MIMO kombinált használatának hatékonyságát, melynek eredményei határozzák meg a megközelítés további sorsát. Folytatjuk a munkát a prototípuson is: a következő verzióját az IEEE INFOCOM konferencián mutatják be 2020 júliusában.
- Végül egy másik fontos, de tisztázatlan sorsú újítás hozzáférési pontok összehangolt működtetése. Bár sok gyártó saját központi vezérlővel rendelkezik a vállalati Wi-Fi hálózatokhoz, az ilyen vezérlők képességei általában a hosszú távú paraméterkonfigurációra és csatornaválasztásra korlátozódnak. A szabványügyi bizottság a szomszédos hozzáférési pontok közötti szorosabb együttműködésről tárgyal, amely magában foglalja a koordinált átviteli ütemezést, a sugárformálást, sőt az elosztott MIMO-rendszereket is. A vizsgált megközelítések némelyike szekvenciális interferencia-kioltást alkalmaz (körülbelül ugyanaz, mint a NOMA-ban). Bár a 11be koordináció megközelítéseit még nem dolgozták ki, kétségtelen, hogy a szabvány lehetővé teszi a különböző gyártók hozzáférési pontjainak, hogy összehangolják egymással az átviteli ütemezéseket a kölcsönös interferencia csökkentése érdekében. Más, összetettebb megközelítéseket (például az elosztott MU-MIMO-t) nehezebb lesz bevezetni a szabványba, bár a csoport egyes tagjai a 2. kiadáson belül elhatározták, hogy ezt megteszik. Az eredménytől függetlenül a hozzáférési pontok koordinációs módszereinek sorsa nem világos. Még ha a szabványban is szerepelnek, előfordulhat, hogy nem jutnak el a piacra. Hasonló dolog történt korábban, amikor olyan megoldásokkal próbáltak rendet teremteni a Wi-Fi átvitelben, mint a HCCA (11e) és a HCCA TXOP Negotiation (11be).
Összefoglalva, úgy tűnik, hogy az első öt csoporthoz kapcsolódó javaslatok többsége a Wi-Fi 7 részévé válik, míg az utolsó két csoporthoz kapcsolódó javaslatok jelentős további kutatásokat igényelnek hatékonyságuk bizonyításához.
További technikai részletek
A Wi-Fi 7 technikai részletei olvashatók (angolul)
Forrás: will.com