Wi-Fi 7、IEEE 802.11be では何が待っているのでしょうか?

最近話題のWi-Fi 6（IEEE 802.11ax）技術に対応した機器が市場に登場しています。 しかし、新世代の Wi-Fi テクノロジー、Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be) の開発がすでに進行中であることを知っている人はほとんどいません。 Wi-Fi 7 がどのようなものになるのかは、この記事でご覧ください。

背景

2020 年 30 月に、私たちの生活に大きな影響を与えた IEEE 802.11 プロジェクトの 802.11 周年を祝います。 現在、IEEE 4 規格ファミリーで定義されている Wi-Fi テクノロジーは、インターネットへの接続に使用される最も一般的なワイヤレス テクノロジーであり、ユーザー トラフィックの半分以上を Wi-Fi が担っています。 携帯電話技術は 5G から 802.11G に名前を置き換えるなど、XNUMX 年ごとにブランド名を変更していますが、Wi-Fi ユーザーにとっては、データ速度の向上や新しいサービスや新機能の導入はほとんど気づかれずに行われています。 機器の箱にある「XNUMX」の後に続く「n」、「ac」、または「ax」の文字を気にする顧客はほとんどいません。 しかし、それは Wi-Fi が進化していないという意味ではありません。

Wi-Fi の進化の証拠の 2 つは、定格データ速度の劇的な向上です。1997 年バージョンの 10 Mbps から、Wi-Fi 802.11 としても知られる最新の 6ax 標準ではほぼ XNUMX Gbps にまで増加しています。最新の Wi-Fi は、その速度に到達しています。より高速な信号とコードの設計、より幅広いチャネル、テクノロジーの使用によるパフォーマンスの向上 MIMO.

主流の高速ワイヤレス ローカル エリア ネットワークに加えて、Wi-Fi の進化にはいくつかのニッチなプロジェクトが含まれています。 たとえば、Wi-Fi HaLow (802.11ah) は、Wi-Fi をワイヤレス モノのインターネット市場に導入する試みでした。 ミリ波 Wi-Fi (802.11ad/ay) は、非常に短い距離であっても、最大 275 Gbps の公称データ レートをサポートします。

高解像度ビデオ ストリーミング、仮想現実と拡張現実、ゲーム、リモート オフィス、クラウド コンピューティングに関連する新しいアプリケーションとサービス、およびワイヤレス ネットワーク上の激しいトラフィックを伴う多数のユーザーをサポートする必要性には、高いパフォーマンスが必要です。

Wi-Fi 7 の目標

2019 年 802.11 月、ローカルおよびメトロポリタン エリア ネットワーク標準委員会の XNUMX ワーキング グループの BE (TGbe) サブグループは、Wi-Fi 標準への新たな追加に向けた作業を開始しました。 公称スループットは最大 40 Gbit/s 以上 「一般的な」Wi-Fi 範囲 <= 7 GHz の 30 つの周波数チャネルで。 多くの文書には「少なくとも 40 Gbps の最大スループット」が記載されていますが、新しい物理層プロトコルは XNUMX Gbps を超える公称速度を提供します。

Wi-Fi 7 のもう XNUMX つの重要な開発方向は、 リアルタイム アプリケーションのサポート (ゲーム、仮想現実と拡張現実、ロボット制御)。 Wi-Fi はオーディオとビデオのトラフィックを特別な方法で処理しますが、Wi-Fi ネットワークでは時間に敏感なネットワーキングとも呼ばれる、標準レベルで保証された低遅延 (ミリ秒) を提供することが基本的に重要であると長い間考えられてきたことは注目に値します。不可能。 2017 年 802.11 月、IITP RAS と国立研究大学高等経済学部のチーム (PR として受け取らないでください) が、IEEE 2018 グループで対応する提案を行いました。 この提案は多くの関心を集め、この問題をさらに研究するために 802.11 年 7 月に特別サブグループが発足しました。 リアルタイム アプリケーションのサポートには、高い公称データ レートと強化されたリンク層機能の両方が必要であるため、XNUMX ワーキング グループは、Wi-Fi XNUMX 内でリアルタイム アプリケーションをサポートする方法を開発することを決定しました。

Wi-Fi 7 の重要な問題は、4GPP によって開発され、同じライセンス不要の周波数帯域で動作するセルラー ネットワーク テクノロジー (5G/3G) との共存です。 LTE-LAA/NR-Uについて話しています。 Wi-Fi とセルラー ネットワークの共存に関連する問題を研究するために、IEEE 802.11 は共存常設委員会 (Coex SC) を立ち上げました。 3 年 802.11 月にウィーンで多数の会議が開催され、2019GPP と IEEE 802 参加者の共同ワークショップが開催されたにもかかわらず、技術的ソリューションはまだ承認されていません。 この無益さについて考えられる説明は、IEEE 3 と XNUMXGPP の両方が、互いのテクノロジーに準拠するために独自のテクノロジーを変更することに消極的であるということです。 したがって、 Coex SC の議論が Wi-Fi 7 規格に影響を与えるかどうかは現時点では不明です.

開発工程

Wi-Fi 7 の開発プロセスは非常に初期段階にありますが、これまでに、IEEE 500be としても知られる次期 Wi-Fi 7 の新機能について 802.11 件近くの提案が行われています。 ほとんどのアイデアは be サブグループで議論されているところであり、まだ決定されていません。 他のアイデアも最近承認されました。 以下に、どの提案が承認され、どの提案が議論されているだけであるかを明確に示します。

当初は2021年2024月までに主要な新機構の開発が完了する予定だった。 この規格の最終バージョンは 2020 年初頭までに完成する予定です。 11年2021月、1beは現在の作業ペースで開発が予定通りに進むかどうかについて懸念を表明した。 標準開発プロセスをスピードアップするために、サブグループは、2 年までにリリースできる優先度の高い機能の少数のセット (リリース 320) を選択し、残りはリリース 4 のままにすることに同意しました。優先度の高い機能は、主なパフォーマンスの向上をもたらすはずです。 6 MHz、16K-QAM、Wi-Fi XNUMX からの OFDMA への明らかな改善、XNUMX ストリームの MU-MIMO のサポートが含まれています。

コロナウイルスの影響で、グループは現在直接会うことはなく、定期的に電話会議を開催している。 したがって、開発はいくらか減速しましたが、停止しませんでした。

技術詳細

Wi-Fi 7 の主な革新を見てみましょう。

1. 新しい物理層プロトコルは、Wi-Fi 6 プロトコルを XNUMX 倍に拡張して開発したものです。 最大 320 MHz の帯域幅、空間 MU-MIMO ストリーム数の XNUMX 倍これにより、公称スループットが 2×2 = 4 倍増加します。 Wi-Fi 7 も変調の使用を開始 4K-QAMこれにより、公称スループットがさらに 20% 増加します。 したがって、Wi-Fi 7 は Wi-Fi 2 の定格データ レートの 2x1,2x4,8 = 6 倍を提供します。Wi-Fi 7 の最大定格スループットは 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s です。 さらに、Wi-Fi の将来のバージョンとの互換性を確保するために、物理層プロトコルに革命的な変更が加えられますが、ユーザーにはそれが見えないままになります。
2. チャンネルアクセス方法を変更する リアルタイムアプリケーションのサポート 有線ネットワークの IEEE 802 TSN の経験を考慮して実行されます。 標準委員会で進行中の議論は、チャネル アクセスのランダム バックオフ手順、トラフィック サービス カテゴリ、したがってリアルタイム トラフィックの個別のキュー、およびパケット サービス ポリシーに関連しています。
3. Wi-Fi 6 (802.11ax) で導入 直交周波数分割多元 – 時間分割および周波数分割チャネル アクセス方式 (4G および 5G ネットワークで使用されているものと同様) – 最適なリソース割り当てのための新たな機会を提供します。 ただし、11ax では、OFDMA は十分な柔軟性がありません。 まず、アクセス ポイントが、所定のサイズのリソース ブロックを 6 つだけクライアント デバイスに割り当てることができます。 第 11 に、クライアント ステーション間の直接送信はサポートされていません。 どちらの欠点もスペクトル効率を低下させます。 さらに、従来の Wi-Fi XNUMX OFDMA には柔軟性がないため、高密度ネットワークではパフォーマンスが低下し、リアルタイム アプリケーションにとって重要な遅延が増加します。 XNUMXbe はこれらの OFDMA の問題を解決します。
4. Wi-Fi 7 で確認されている革命的な変更の XNUMX つは、ネイティブ サポートです。 異なる周波数での複数の並列接続の同時使用これは、巨大なデータ レートと非常に低い遅延の両方に非常に役立ちます。 最新のチップセットはすでに、たとえば 2.4 GHz および 5 GHz 帯域で複数の接続を同時に使用できますが、これらの接続は独立しているため、そのような操作の有効性は制限されます。 11be では、チャネル リソースの効率的な使用を可能にし、チャネル アクセス プロトコルのルールに大幅な変更を伴うチャネル間の同期レベルが見つかります。
5. 非常に幅の広いチャネルと多数の空間ストリームを使用すると、MIMO および OFDMA に必要なチャネル状態推定手順に関連する高いオーバーヘッドの問題が発生します。 このオーバーヘッドにより、公称データ レートの増加による利益が相殺されます。 それを期待していました チャネル状態の評価手順が改訂されます.
6. Wi-Fi 7 に関連して、標準委員会はいくつかの「高度な」データ転送方法の使用について議論しています。 理論的には、これらの方法は、同じ方向または反対方向への同時送信だけでなく、繰り返し送信を試行する場合のスペクトル効率を向上させます。 私たちは、現在携帯電話ネットワーク、全二重モード、および非直交多元接続 (NOMA) で使用されているハイブリッド自動再送要求 (HARQ) について話しています。 これらのテクニックは理論的には文献でよく研究されていますが、それによってもたらされる生産性の向上が、それらを実装する努力に値するかどうかはまだ明らかではありません。
   • 使用 ハルク 次の問題により複雑になります。 Wi-Fi では、オーバーヘッドを削減するためにパケットが結合されます。 現在のバージョンの Wi-Fi では、接着されたパケット内の各パケットの配信が確認され、確認が得られない場合は、チャネル アクセス プロトコル方式を使用してパケットの送信が繰り返されます。 HARQ は再試行をデータ リンクから物理層に移動します。物理層にはパケットは存在せず、コードワードのみが存在し、コードワードの境界はパケットの境界と一致しません。 この非同期により、Wi-Fi での HARQ の実装が複雑になります。
   • 関しては 全二重の現在、セルラー ネットワークでも Wi-Fi ネットワークでも、アクセス ポイント (基地局) との間で同じ周波数チャネルでデータを同時に送信することはできません。 技術的な観点から見ると、これは送信信号と受信信号のパワーの差が大きいためです。 受信信号から送信信号を減算するデジタルとアナログを組み合わせ、送信中に Wi-Fi 信号を受信できるプロトタイプもありますが、実際に提供できる利得は、常に無視できるものになる可能性があります。下流は上昇流と等しくありません（平均して「病院内」では下流流の方が大幅に大きくなります）。 さらに、このような双方向伝送はプロトコルを大幅に複雑化します。
   • MIMO を使用して複数のストリームを送信するには、送信者と受信者に複数のアンテナが必要ですが、非直交アクセスでは、アクセス ポイントは 5 つのアンテナから XNUMX 人の受信者に同時にデータを送信できます。 最新の XNUMXG 仕様には、さまざまな非直交アクセス オプションが含まれています。 プロトタイプ ノマ Wi-Fi は 2018 年に IITP RAS で初めて作成されました (繰り返しになりますが、PR とは考えないでください)。 30 ～ 40% のパフォーマンスの向上が実証されました。 開発されたテクノロジーの利点は、下位互換性です。7 つの受信者のうち 2020 つは、Wi-Fi XNUMX をサポートしていない古いデバイスである可能性があります。一般に、異なる世代のデバイスが同時に動作できるため、下位互換性の問題は非常に重要です。 Wi-Fi ネットワーク上で。 現在、世界中のいくつかのチームが NOMA と MU-MIMO の併用の有効性を分析しており、その結果がこのアプローチの将来の運命を決定します。 また、プロトタイプの開発も継続しており、次のバージョンは XNUMX 年 XNUMX 月の IEEE INFOCOM カンファレンスで発表される予定です。
7. 最後に、もう XNUMX つの重要なイノベーションですが、運命は不透明です。 アクセスポイントの連携運用。 多くのベンダーはエンタープライズ Wi-Fi ネットワーク用に独自の集中コントローラーを持っていますが、そのようなコントローラーの機能は通常、長期的なパラメーター構成とチャネル選択に限定されています。 標準委員会は、調整された送信スケジューリング、ビームフォーミング、さらには分散型 MIMO システムなど、隣接するアクセス ポイント間の緊密な連携について議論しています。 検討中のアプローチの中には、逐次干渉除去 (NOMA とほぼ同じ) を使用するものもあります。 11be 調整のアプローチはまだ開発されていませんが、この規格により、異なるメーカーのアクセス ポイントが相互の送信スケジュールを調整して相互干渉を軽減できるようになるのは間違いありません。 その他のより複雑なアプローチ (分散型 MU-MIMO など) を標準に実装するのはより困難になりますが、グループの一部のメンバーはリリース 2 内で実装することを決意しています。結果に関係なく、アクセス ポイント調整方法の運命は決まります。は不明です。 規格に含まれていても市場に流通しない可能性があります。 以前、HCCA (11e) や HCCA TXOP Negotiation (11be) などのソリューションを使用して Wi-Fi 送信に秩序をもたらそうとしたときに、同様のことが起こりました。

要約すると、最初の 7 つのグループに関連する提案のほとんどは Wi-Fi XNUMX の一部となる一方、最後の XNUMX つのグループに関連する提案は、その有効性を証明するために大幅な追加調査が必要になるようです。

技術的な詳細

Wi-Fi 7 に関する技術的な詳細を読むことができます ここで （英語で）

出所： habr.com