Baru-baru ini, perangkat yang mendukung teknologi Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) yang sedang banyak dibicarakan baru-baru ini memasuki pasar. Namun hanya sedikit orang yang mengetahui bahwa pengembangan teknologi Wi-Fi generasi baru sedang berlangsung - Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Cari tahu seperti apa Wi-Fi 7 di artikel ini.
prasejarah
Pada bulan September 2020, kita akan merayakan ulang tahun ke-30 proyek IEEE 802.11, yang telah memberikan dampak signifikan terhadap kehidupan kita. Saat ini, teknologi Wi-Fi, yang ditentukan oleh standar keluarga IEEE 802.11, adalah teknologi nirkabel paling populer yang digunakan untuk terhubung ke Internet, dengan Wi-Fi membawa lebih dari separuh lalu lintas pengguna. Meskipun teknologi seluler melakukan perubahan merek setiap dekadenya, seperti penggantian nama 4G dengan 5G, bagi pengguna Wi-Fi, peningkatan kecepatan data, serta pengenalan layanan dan fitur baru, terjadi hampir tanpa disadari. Hanya sedikit pelanggan yang peduli dengan huruf "n", "ac" atau "ax" yang mengikuti "802.11" pada kotak peralatan. Namun bukan berarti Wi-Fi tidak berkembang.
Salah satu bukti evolusi Wi-Fi adalah peningkatan dramatis dalam kecepatan data terukur: dari 2 Mbps pada versi 1997 menjadi hampir 10 Gbps pada standar terbaru 802.11ax, yang juga dikenal sebagai Wi-Fi 6. Wi-Fi modern mencapai angka tersebut peningkatan kinerja karena desain sinyal dan kode yang lebih cepat, saluran yang lebih luas, dan penggunaan teknologi .
Selain arus utama jaringan area lokal nirkabel berkecepatan tinggi, evolusi Wi-Fi mencakup beberapa proyek khusus. Misalnya, Wi-Fi HaLow (802.11ah) merupakan upaya untuk menghadirkan Wi-Fi ke pasar Internet of Things nirkabel. Wi-Fi gelombang milimeter (802.11ad/ay) mendukung kecepatan data nominal hingga 275 Gbps, meskipun dalam jarak yang sangat pendek.
Aplikasi dan layanan baru yang terkait dengan streaming video definisi tinggi, virtual dan augmented reality, game, kantor jarak jauh, dan komputasi awan, serta kebutuhan untuk mendukung sejumlah besar pengguna dengan lalu lintas padat di jaringan nirkabel, memerlukan kinerja tinggi.
Wi-Fi 7 gol
Pada bulan Mei 2019, subkelompok BE (TGbe) dari Kelompok Kerja 802.11 dari Komite Standar Jaringan Area Lokal dan Metropolitan mulai mengerjakan tambahan baru pada standar Wi-Fi yang akan meningkatkan throughput nominal hingga lebih dari 40 Gbit/s dalam satu saluran frekuensi rentang Wi-Fi βkhasβ <= 7 GHz. Meskipun banyak dokumen mencantumkan "throughput maksimum minimal 30 Gbps", protokol lapisan fisik baru akan memberikan kecepatan nominal melebihi 40 Gbps.
Arah pengembangan penting lainnya untuk Wi-Fi 7 adalah dukungan untuk aplikasi real-time (permainan, virtual dan augmented reality, kontrol robot). Patut dicatat bahwa meskipun Wi-Fi menangani lalu lintas audio dan video dengan cara yang khusus, telah lama diyakini bahwa memberikan jaminan latensi rendah (milidetik) tingkat standar, yang juga dikenal sebagai Jaringan Sensitif Waktu, dalam jaringan Wi-Fi pada dasarnya adalah hal yang penting. mustahil. Pada bulan November 2017, tim kami dari IITP RAS dan National Research University Higher School of Economics (jangan menganggapnya sebagai PR) membuat proposal terkait di grup IEEE 802.11. Proposal tersebut menarik banyak perhatian dan subkelompok khusus diluncurkan pada Juli 2018 untuk mempelajari masalah ini lebih lanjut. Karena mendukung aplikasi real-time memerlukan kecepatan data nominal yang tinggi dan fungsionalitas lapisan tautan yang ditingkatkan, Kelompok Kerja 802.11 memutuskan untuk mengembangkan metode untuk mendukung aplikasi real-time dalam Wi-Fi 7.
Masalah penting dengan Wi-Fi 7 adalah koeksistensinya dengan teknologi jaringan seluler (4G/5G) yang dikembangkan oleh 3GPP dan beroperasi pada pita frekuensi yang sama tanpa izin. Kita berbicara tentang LTE-LAA/NR-U. Untuk mempelajari masalah yang terkait dengan koeksistensi Wi-Fi dan jaringan seluler, IEEE 802.11 meluncurkan Coexisting Standing Committee (Coex SC). Meskipun banyak pertemuan dan bahkan lokakarya bersama antara peserta 3GPP dan IEEE 802.11 pada Juli 2019 di Wina, solusi teknis belum disetujui. Penjelasan yang mungkin atas kesia-siaan ini adalah bahwa IEEE 802 dan 3GPP enggan mengubah teknologi mereka sendiri agar sesuai dengan teknologi lainnya. Dengan demikian, Saat ini tidak jelas apakah diskusi Coex SC akan berdampak pada standar Wi-Fi 7.
Proses pengembangan
Meskipun proses pengembangan Wi-Fi 7 masih dalam tahap awal, hingga saat ini terdapat hampir 500 proposal mengenai fungsionalitas baru untuk Wi-Fi 7 mendatang, yang juga dikenal sebagai IEEE 802.11be. Sebagian besar ide baru didiskusikan dalam subkelompok be dan keputusan mengenai ide tersebut belum diambil. Ide lain baru-baru ini telah disetujui. Di bawahnya akan ditunjukkan dengan jelas usulan mana yang disetujui dan mana yang baru dibahas.
Semula direncanakan pengembangan mekanisme utama baru akan selesai pada Maret 2021. Versi final standar ini diharapkan tersedia pada awal tahun 2024. Pada bulan Januari 2020, 11be mengemukakan kekhawatiran mengenai apakah pembangunan akan tetap sesuai jadwal dengan laju pekerjaan saat ini. Untuk mempercepat proses pengembangan standar, subgrup setuju untuk memilih sekumpulan kecil fitur berprioritas tinggi yang dapat dirilis pada tahun 2021 (Rilis 1), dan membiarkan sisanya pada Rilis 2. Fitur berprioritas tinggi harus memberikan peningkatan kinerja utama dan menyertakan dukungan untuk 320 MHz, 4K-QAM, peningkatan nyata pada OFDMA dari Wi-Fi 6, MU-MIMO dengan 16 aliran.
Karena virus corona, kelompok tersebut saat ini tidak bertemu langsung, namun rutin mengadakan telekonferensi. Dengan demikian, pembangunan agak melambat, tetapi tidak berhenti.
Detail teknologi
Mari kita lihat inovasi utama Wi-Fi 7.
- Protokol lapisan fisik baru merupakan pengembangan dari protokol Wi-Fi 6 dengan peningkatan dua kali lipat bandwidth hingga 320 MHz, dua kali lipat jumlah aliran spasial MU-MIMO, yang meningkatkan throughput nominal sebesar 2Γ2 = 4 kali. Wi-Fi 7 juga mulai menggunakan modulasi 4K-QAM, yang menambah 20% lagi pada throughput nominal. Oleh karena itu, Wi-Fi 7 akan memberikan 2x2x1,2 = 4,8 kali kecepatan data terukur Wi-Fi 6: throughput terukur maksimum Wi-Fi 7 adalah 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/dtk. Selain itu, akan ada perubahan revolusioner pada protokol lapisan fisik untuk memastikan kompatibilitas dengan versi Wi-Fi masa depan, namun tetap tidak terlihat oleh pengguna.
- Mengubah metode akses saluran untuk dukungan aplikasi waktu nyata akan dilakukan dengan mempertimbangkan pengalaman IEEE 802 TSN untuk jaringan kabel. Diskusi yang sedang berlangsung di komite standar berkaitan dengan prosedur backoff acak untuk akses saluran, kategori layanan lalu lintas dan antrian terpisah untuk lalu lintas waktu nyata, dan kebijakan layanan paket.
- Diperkenalkan di Wi-Fi 6 (802.11ax) ekstensi OFDMA β metode akses saluran pembagian waktu dan frekuensi (mirip dengan yang digunakan dalam jaringan 4G dan 5G) β memberikan peluang baru untuk alokasi sumber daya yang optimal. Namun pada 11ax, OFDMA kurang fleksibel. Pertama, ini memungkinkan titik akses untuk mengalokasikan hanya satu blok sumber daya dengan ukuran yang telah ditentukan ke perangkat klien. Kedua, tidak mendukung transmisi langsung antar stasiun klien. Kedua kelemahan tersebut mengurangi efisiensi spektral. Selain itu, kurangnya fleksibilitas Wi-Fi 6 OFDMA lama menurunkan kinerja dalam jaringan padat dan meningkatkan latensi, yang sangat penting untuk aplikasi real-time. 11be akan menyelesaikan masalah OFDMA ini.
- Salah satu perubahan revolusioner yang dikonfirmasi pada Wi-Fi 7 adalah dukungan asli penggunaan simultan beberapa koneksi paralel pada frekuensi berbeda, yang sangat berguna untuk kecepatan data yang besar dan latensi yang sangat rendah. Meskipun chipset modern sudah dapat menggunakan beberapa koneksi secara bersamaan, misalnya pada pita 2.4 dan 5 GHz, koneksi ini bersifat independen, sehingga membatasi efektivitas operasi tersebut. Di 11be, tingkat sinkronisasi antar saluran akan ditemukan yang memungkinkan penggunaan sumber daya saluran secara efisien dan akan memerlukan perubahan signifikan dalam aturan protokol akses saluran.
- Penggunaan saluran yang sangat lebar dan sejumlah besar aliran spasial menyebabkan masalah overhead yang tinggi terkait dengan prosedur estimasi keadaan saluran yang diperlukan untuk MIMO dan OFDMA. Biaya overhead ini menghilangkan keuntungan apa pun dari peningkatan kecepatan data nominal. Diharapkan itu prosedur penilaian kondisi saluran akan direvisi.
- Dalam konteks Wi-Fi 7, komite standar sedang mendiskusikan penggunaan beberapa metode transfer data "canggih". Secara teori, metode ini meningkatkan efisiensi spektral jika terjadi upaya transmisi berulang, serta transmisi simultan dalam arah yang sama atau berlawanan. Kita berbicara tentang permintaan pengulangan otomatis hybrid (HARQ), yang saat ini digunakan di jaringan seluler, mode dupleks penuh, dan akses ganda non-ortogonal (NOMA). Teknik-teknik ini telah dipelajari dengan baik dalam literatur teori, namun masih belum jelas apakah peningkatan produktivitas yang dihasilkan akan sepadan dengan upaya penerapannya.
- Menggunakan HARQ diperumit oleh masalah berikut. Di Wi-Fi, paket-paket direkatkan untuk mengurangi overhead. Dalam versi Wi-Fi saat ini, pengiriman setiap paket di dalam paket yang direkatkan dikonfirmasi dan, jika konfirmasi tidak diterima, transmisi paket diulangi menggunakan metode protokol akses saluran. HARQ memindahkan percobaan ulang dari tautan data ke lapisan fisik, di mana tidak ada lagi paket, tetapi hanya kata sandi, dan batas kata sandi tidak sesuai dengan batas paket. Desinkronisasi ini mempersulit penerapan HARQ di Wi-Fi.
- mengenai Dupleks Penuh, maka saat ini baik di jaringan seluler maupun di jaringan Wi-Fi tidak dimungkinkan untuk mengirimkan data secara bersamaan dalam saluran frekuensi yang sama ke dan dari titik akses (stasiun pangkalan). Dari segi teknis, hal ini disebabkan oleh perbedaan besar dalam kekuatan sinyal yang dikirim dan diterima. Meskipun ada prototipe yang menggabungkan pengurangan digital dan analog dari sinyal yang ditransmisikan dari sinyal yang diterima, yang mampu menerima sinyal Wi-Fi selama transmisi, penguatan yang dapat diberikan dalam praktiknya mungkin dapat diabaikan karena fakta bahwa pada waktu tertentu arus hilir tidak sama dengan arus naik (rata-rata βdi rumah sakitβ arus turun jauh lebih besar). Selain itu, transmisi dua arah seperti itu akan mempersulit protokol secara signifikan.
- Meskipun transmisi beberapa aliran menggunakan MIMO memerlukan beberapa antena untuk pengirim dan penerima, dengan akses non-ortogonal, titik akses dapat mengirimkan data secara bersamaan ke dua penerima dari satu antena. Berbagai opsi akses non-ortogonal disertakan dalam spesifikasi 5G terbaru. Prototipe TIDAK TAPI Wi-Fi pertama kali dibuat pada tahun 2018 di IITP RAS (sekali lagi, jangan dianggap PR). Ini menunjukkan peningkatan kinerja 30-40%. Keuntungan dari teknologi yang dikembangkan adalah kompatibilitas ke belakang: salah satu dari dua penerima mungkin merupakan perangkat usang yang tidak mendukung Wi-Fi 7. Secara umum, masalah kompatibilitas ke belakang sangat penting, karena perangkat dari generasi yang berbeda dapat beroperasi secara bersamaan. pada jaringan Wi-Fi. Saat ini, beberapa tim di seluruh dunia sedang menganalisis efektivitas penggunaan gabungan NOMA dan MU-MIMO, yang hasilnya akan menentukan nasib pendekatan tersebut di masa depan. Kami juga terus mengerjakan prototipenya: versi berikutnya akan dipresentasikan pada konferensi IEEE INFOCOM pada Juli 2020.
- Terakhir, inovasi penting lainnya, namun nasibnya tidak jelas, adalah pengoperasian titik akses yang terkoordinasi. Meskipun banyak vendor memiliki pengontrol terpusatnya sendiri untuk jaringan Wi-Fi perusahaan, kemampuan pengontrol tersebut umumnya terbatas pada konfigurasi parameter jangka panjang dan pemilihan saluran. Komite standar sedang mendiskusikan kerjasama yang lebih erat antara titik akses yang berdekatan, yang mencakup penjadwalan transmisi terkoordinasi, beamforming, dan bahkan sistem MIMO terdistribusi. Beberapa pendekatan yang dipertimbangkan menggunakan pembatalan interferensi berurutan (hampir sama dengan NOMA). Meskipun pendekatan untuk koordinasi 11be belum dikembangkan, tidak ada keraguan bahwa standar ini akan memungkinkan titik akses dari produsen yang berbeda untuk mengoordinasikan jadwal transmisi satu sama lain untuk mengurangi interferensi timbal balik. Pendekatan lain yang lebih kompleks (seperti MU-MIMO terdistribusi) akan lebih sulit untuk diterapkan ke dalam standar, meskipun beberapa anggota kelompok bertekad untuk melakukannya dalam Rilis 2. Terlepas dari hasilnya, nasib metode koordinasi titik akses tidak jelas. Sekalipun dimasukkan dalam standar, mereka mungkin tidak menjangkau pasar. Hal serupa pernah terjadi sebelumnya ketika mencoba menertibkan transmisi Wi-Fi menggunakan solusi seperti HCCA (11e) dan HCCA TXOP Negotiation (11be).
Singkatnya, tampaknya sebagian besar proposal yang terkait dengan lima grup pertama akan menjadi bagian dari Wi-Fi 7, sedangkan proposal yang terkait dengan dua grup terakhir memerlukan penelitian tambahan yang signifikan untuk membuktikan keefektifannya.
Detail teknis lebih lanjut
Detail teknis tentang Wi-Fi 7 dapat dibaca (dalam Bahasa Inggris)
Sumber: www.habr.com