Wi-Fi 7, IEEE 802.11be에서는 무엇이 우리를 기다리고 있을까요?

최근 많이 회자되고 있는 Wi-Fi 6(IEEE 802.11ax) 기술을 지원하는 기기들이 시장에 진출하고 있습니다. 그러나 차세대 Wi-Fi 기술인 Wi-Fi 7(IEEE 802.11be)의 개발이 이미 진행 중이라는 사실을 아는 사람은 거의 없습니다. 이 기사에서 Wi-Fi 7이 어떤 모습일지 알아보세요.

선사 시대

2020년 30월은 우리 삶에 큰 영향을 미친 IEEE 802.11 프로젝트가 탄생한 지 802.11주년이 되는 해입니다. 현재 IEEE 4 표준 제품군으로 정의된 Wi-Fi 기술은 인터넷 연결에 사용되는 가장 널리 사용되는 무선 기술이며, Wi-Fi는 사용자 트래픽의 절반 이상을 전달합니다. 셀룰러 기술은 5G라는 이름을 802.11G로 바꾸는 등 XNUMX년마다 브랜드를 바꾸지만, Wi-Fi 사용자의 경우 데이터 속도 향상과 새로운 서비스 및 기능 도입은 거의 눈에 띄지 않습니다. 장비 상자의 "XNUMX" 뒤에 오는 문자 "n", "ac" 또는 "ax"에 관심을 갖는 고객은 거의 없습니다. 그러나 이것이 Wi-Fi가 발전하지 않는다는 의미는 아닙니다.

Wi-Fi 진화의 한 가지 증거는 정격 데이터 속도가 2년 버전의 1997Mbps에서 Wi-Fi 10이라고도 알려진 최신 802.11ax 표준의 거의 6Gbps로 급격히 증가했다는 것입니다. 더 빠른 신호 및 코드 설계, 더 넓은 채널 및 기술 사용으로 인한 성능 향상 MIMO.

Wi-Fi의 진화에는 고속 무선 근거리 통신망의 주류 외에도 여러 틈새 프로젝트가 포함됩니다. 예를 들어, Wi-Fi HaLow(802.11ah)는 Wi-Fi를 무선 사물 인터넷 시장에 도입하려는 시도였습니다. 밀리미터파 Wi-Fi(802.11ad/ay)는 매우 짧은 거리에서도 최대 275Gbps의 공칭 데이터 속도를 지원합니다.

고화질 비디오 스트리밍, 가상 및 증강 현실, 게임, 원격 사무실 및 클라우드 컴퓨팅과 관련된 새로운 애플리케이션 및 서비스는 물론 무선 네트워크의 트래픽이 많은 대규모 사용자를 지원해야 하는 요구 사항에는 고성능이 필요합니다.

Wi-Fi 7 목표

2019년 802.11월, 지역 및 수도권 네트워크 표준 위원회의 XNUMX 실무 그룹의 BE(TGbe) 하위 그룹은 Wi-Fi 표준에 새로운 추가 작업을 시작했습니다. 최대 40Gbit/s 이상의 공칭 처리량 "일반적인" Wi-Fi 범위 <= 7GHz의 하나의 주파수 채널에서. 많은 문서에 "최소 30Gbps의 최대 처리량"이 나열되어 있지만 새로운 물리 계층 프로토콜은 40Gbps를 초과하는 공칭 속도를 제공합니다.

Wi-Fi 7의 또 다른 중요한 개발 방향은 다음과 같습니다. 실시간 애플리케이션 지원 (게임, 가상 및 증강 현실, 로봇 제어). Wi-Fi는 오디오 및 비디오 트래픽을 특별한 방식으로 처리하지만, Wi-Fi 네트워크에서 시간 민감형 네트워킹이라고도 알려진 표준 수준 보장된 낮은 대기 시간(밀리초)을 제공하는 것이 근본적으로 중요하다고 오랫동안 믿어왔습니다. 불가능한. 2017년 802.11월, IITP RAS와 국립 연구 대학 고등 경제 대학(홍보용으로 받아들이지 마세요)의 우리 팀은 IEEE 2018 그룹에서 이에 상응하는 제안을 했습니다. 이 제안은 많은 관심을 불러일으켰고 이 문제를 더 깊이 연구하기 위해 802.11년 7월 특별 하위 그룹이 출범했습니다. 실시간 애플리케이션을 지원하려면 높은 공칭 데이터 전송률과 향상된 링크 계층 기능이 모두 필요하기 때문에 XNUMX 실무 그룹은 Wi-Fi XNUMX 내에서 실시간 애플리케이션을 지원하는 방법을 개발하기로 결정했습니다.

Wi-Fi 7의 중요한 문제는 4GPP가 개발하고 동일한 비면허 주파수 대역에서 작동하는 셀룰러 네트워크 기술(5G/3G)과의 공존입니다. LTE-LAA/NR-U에 대해 이야기하고 있습니다. Wi-Fi와 셀룰러 네트워크의 공존과 관련된 문제를 연구하기 위해 IEEE 802.11에서는 Coexisting Standing Committee(Coex SC)를 출범시켰습니다. 3년 802.11월 비엔나에서 열린 2019GPP 및 IEEE 802 참가자들의 수많은 회의와 공동 워크숍에도 불구하고 기술 솔루션은 아직 승인되지 않았습니다. 이러한 무익함에 대한 가능한 설명은 IEEE 3와 XNUMXGPP가 서로의 기술을 따르기 위해 자체 기술을 변경하는 것을 꺼린다는 것입니다. 따라서, Coex SC 논의가 Wi-Fi 7 표준에 영향을 미칠지는 현재 불분명합니다..

개발 과정

Wi-Fi 7 개발 프로세스는 매우 초기 단계에 있지만, 곧 출시될 Wi-Fi 500(IEEE 7be라고도 함)의 새로운 기능에 대한 제안은 현재까지 거의 802.11개에 달합니다. 대부분의 아이디어는 하위 그룹에서 논의되고 있으며 아직 결정이 내려지지 않았습니다. 최근 다른 아이디어가 승인되었습니다. 아래에는 어떤 제안이 승인되었고 어떤 제안이 논의되고 있는지 명확하게 표시됩니다.

당초 새로운 주요 메커니즘의 개발은 2021년 2024월까지 완료될 예정이었습니다. 표준의 최종 버전은 2020년 초로 예상됩니다. 11년 2021월, 1be는 현재 작업 속도에 따라 개발이 예정대로 진행될 것인지에 대한 우려를 제기했습니다. 표준 개발 프로세스의 속도를 높이기 위해 하위 그룹은 2년(릴리스 320)까지 출시될 수 있는 우선 순위가 높은 기능 중 일부를 선택하고 나머지는 릴리스 4에 두는 데 동의했습니다. 우선 순위가 높은 기능은 주요 성능 향상을 제공해야 합니다. 6MHz, 16K-QAM에 대한 지원, Wi-Fi XNUMX의 OFDMA에 대한 확실한 개선, XNUMX개 스트림의 MU-MIMO가 포함됩니다.

현재 코로나 바이러스로 인해 직접 만나지는 않고 정기적으로 화상회의를 진행하고 있습니다. 따라서 개발이 다소 느려졌지만 멈추지 않았습니다.

기술 세부정보

Wi-Fi 7의 주요 혁신을 살펴보겠습니다.

1. 새로운 물리 계층 프로토콜은 Wi-Fi 6 프로토콜을 두 배로 향상시킨 것입니다. 최대 320MHz의 대역폭, 공간 MU-MIMO 스트림 수의 두 배이는 공칭 처리량을 2×2 = 4배 증가시킵니다. Wi-Fi 7도 변조를 사용하기 시작합니다. 4K-QAM, 이는 공칭 처리량에 20%를 더 추가합니다. 따라서 Wi-Fi 7은 Wi-Fi 2 정격 데이터 속도의 2x1,2x4,8 = 6배를 제공합니다. Wi-Fi 7의 최대 정격 처리량은 9,6Gbps x 4,8 = 46Gbit/s입니다. 또한, 향후 버전의 Wi-Fi와의 호환성을 보장하기 위해 물리 계층 프로토콜에 혁신적인 변화가 있을 예정이지만 사용자에게는 보이지 않습니다.
2. 채널 접속 방법 변경하기 실시간 애플리케이션 지원 유선 네트워크에 대한 IEEE 802 TSN의 경험을 고려하여 수행됩니다. 표준 위원회에서 진행 중인 논의는 채널 액세스를 위한 무작위 백오프 절차, 트래픽 서비스 범주 및 이에 따른 실시간 트래픽을 위한 별도의 대기열 및 패킷 서비스 정책과 관련됩니다.
3. Wi-Fi 6(802.11ax)에서 도입됨 OFDMA 확장 – 시간 및 주파수 분할 채널 액세스 방법(4G 및 5G 네트워크에서 사용되는 것과 유사) – 최적의 리소스 할당을 위한 새로운 기회를 제공합니다. 그러나 11ax에서는 OFDMA가 충분히 유연하지 않습니다. 첫째, 액세스 포인트가 클라이언트 장치에 미리 결정된 크기의 자원 블록 하나만 할당하도록 허용합니다. 둘째, 클라이언트 스테이션 간의 직접 전송을 지원하지 않습니다. 두 가지 단점 모두 스펙트럼 효율을 감소시킵니다. 또한 기존 Wi-Fi 6 OFDMA의 유연성 부족으로 밀도가 높은 네트워크에서 성능이 저하되고 대기 시간이 늘어나는데, 이는 실시간 애플리케이션에 매우 중요합니다. 11be는 이러한 OFDMA 문제를 해결할 것입니다.
4. Wi-Fi 7의 확인된 혁신적인 변화 중 하나는 기본 지원입니다. 서로 다른 주파수에서 여러 병렬 연결을 동시에 사용, 이는 엄청난 데이터 속도와 매우 낮은 대기 시간 모두에 매우 유용합니다. 최신 칩셋은 이미 2.4GHz 및 5GHz 대역에서 여러 연결을 동시에 사용할 수 있지만 이러한 연결은 독립적이므로 해당 작업의 효율성이 제한됩니다. 11be에서는 채널 리소스를 효율적으로 사용할 수 있는 채널 간의 동기화 수준이 발견되며 채널 액세스 프로토콜 규칙에 상당한 변화가 수반됩니다.
5. 매우 넓은 채널과 많은 수의 공간 스트림을 사용하면 MIMO 및 OFDMA에 필요한 채널 상태 추정 절차와 관련된 높은 오버헤드 문제가 발생합니다. 이 오버헤드는 공칭 데이터 속도 증가로 인한 모든 이점을 상쇄합니다. 예상했다 채널 상태 평가 절차가 개정됩니다..
6. Wi-Fi 7과 관련하여 표준 위원회는 일부 "고급" 데이터 전송 방법의 사용을 논의하고 있습니다. 이론적으로 이러한 방법은 반복적인 전송 시도뿐만 아니라 동일하거나 반대 방향의 동시 전송의 경우 스펙트럼 효율성을 향상시킵니다. 현재 셀룰러 네트워크, 전이중 모드 및 NOMA(비직교 다중 접속)에서 사용되는 HARQ(하이브리드 자동 반복 요청)에 대해 이야기하고 있습니다. 이러한 기술은 이론적으로 문헌에서 잘 연구되었지만, 이를 통해 제공되는 생산성 향상이 이를 구현하려는 노력의 가치가 있는지 여부는 아직 명확하지 않습니다.
   • 사용 하크 다음 문제로 인해 복잡해졌습니다. Wi-Fi에서는 오버헤드를 줄이기 위해 패킷이 서로 붙어 있습니다. 현재 버전의 Wi-Fi에서는 접착된 패킷 내부의 각 패킷 전달이 확인되고, 확인이 이루어지지 않으면 채널 액세스 프로토콜 방법을 사용하여 패킷 전송이 반복됩니다. HARQ는 데이터 링크에서 더 이상 패킷이 없고 코드워드만 있고 코드워드의 경계가 패킷의 경계와 일치하지 않는 물리 계층으로 재시도를 이동합니다. 이러한 비동기화는 Wi-Fi에서 HARQ 구현을 복잡하게 만듭니다.
   • ...에 관하여 전이중, 그러면 현재 셀룰러 네트워크나 Wi-Fi 네트워크에서는 액세스 포인트(기지국)와 동일한 주파수 채널로 데이터를 동시에 전송할 수 없습니다. 기술적인 관점에서 이는 전송 신호와 수신 신호의 전력 차이가 크기 때문입니다. 전송 중에 Wi-Fi 신호를 수신할 수 있는 수신 신호에서 전송된 신호의 디지털 및 아날로그 빼기를 결합한 프로토타입이 있지만 실제로 제공할 수 있는 이득은 주어진 시간에 다음과 같은 사실로 인해 무시할 수 있습니다. 하류는 오름차순과 동일하지 않습니다 (평균적으로 "병원에서"내림차순이 훨씬 더 큼). 더욱이 이러한 양방향 전송은 프로토콜을 상당히 복잡하게 만듭니다.
   • MIMO를 사용하여 다중 스트림을 전송하려면 발신자와 수신자를 위한 다중 안테나가 필요하지만, 비직교 액세스를 사용하면 액세스 포인트는 단일 안테나에서 두 수신자에게 동시에 데이터를 전송할 수 있습니다. 최신 5G 사양에는 다양한 비직교 액세스 옵션이 포함되어 있습니다. 원기 수암 Wi-Fi는 2018년 IITP RAS에서 처음 만들어졌습니다(다시 말하지만, 이를 PR로 간주하지 마십시오). 30~40%의 성능 향상을 보여주었습니다. 개발된 기술의 장점은 이전 버전과의 호환성입니다. 두 수신자 중 하나는 Wi-Fi 7을 지원하지 않는 오래된 장치일 수 있습니다. 일반적으로 이전 버전과의 호환성 문제는 서로 다른 세대의 장치가 동시에 작동할 수 있기 때문에 매우 중요합니다. Wi-Fi 네트워크에서. 현재 전 세계 여러 팀에서 NOMA와 MU-MIMO 결합의 효율성을 분석하고 있으며, 그 결과에 따라 접근 방식의 향후 운명이 결정될 것입니다. 우리는 또한 프로토타입 작업을 계속하고 있습니다. 다음 버전은 2020년 XNUMX월 IEEE INFOCOM 컨퍼런스에서 발표될 예정입니다.
7. 마지막으로 또 다른 중요한 혁신이지만 운명이 불분명합니다. 액세스 포인트의 조정된 작동. 많은 공급업체가 엔터프라이즈 Wi-Fi 네트워크를 위한 자체 중앙 집중식 컨트롤러를 보유하고 있지만 이러한 컨트롤러의 기능은 일반적으로 장기적인 매개변수 구성 및 채널 선택으로 제한되었습니다. 표준 위원회는 조정된 전송 스케줄링, 빔 형성, 심지어 분산 MIMO 시스템까지 포함하는 인접 액세스 포인트 간의 긴밀한 협력을 논의하고 있습니다. 고려 중인 접근 방식 중 일부는 순차적 간섭 제거(NOMA와 거의 동일)를 사용합니다. 11be 조정을 위한 접근 방식은 아직 개발되지 않았지만 이 표준을 통해 서로 다른 제조업체의 액세스 포인트가 상호 간섭을 줄이기 위해 전송 일정을 서로 조정할 수 있다는 점에는 의심의 여지가 없습니다. 다른 더 복잡한 접근 방식(분산 MU-MIMO 등)은 표준으로 구현하기가 더 어려울 것입니다. 그러나 그룹의 일부 구성원은 릴리스 2 내에서 구현하기로 결정했습니다. 결과에 관계없이 액세스 포인트 조정 방법의 운명은 불분명하다. 표준에 포함되더라도 시장에 출시되지 않을 수 있습니다. HCCA(11e) 및 HCCA TXOP 협상(11be)과 같은 솔루션을 사용하여 Wi-Fi 전송에 질서를 부여하려고 할 때도 비슷한 일이 이전에 발생했습니다.

요약하면, 처음 7개 그룹과 관련된 제안의 대부분은 Wi-Fi XNUMX의 일부가 될 것으로 보이며, 마지막 두 그룹과 관련된 제안은 그 효과를 입증하기 위해 상당한 추가 연구가 필요한 것으로 보입니다.

더 많은 기술적인 세부사항

Wi-Fi 7에 대한 기술 세부정보를 읽을 수 있습니다. 여기에 (영어로)

출처 : habr.com