Kas mūsų laukia naudojant „Wi-Fi 7“, IEEE 802.11be?

Pastaruoju metu į rinką atėjo įrenginiai, palaikantys Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) technologiją, apie kurią daug kalbama. Tačiau nedaugelis žino, kad jau vyksta naujos kartos „Wi-Fi“ technologijos kūrimas – „Wi-Fi 7“ (IEEE 802.11be). Sužinokite, koks bus „Wi-Fi 7“, šiame straipsnyje.

priešistorė

2020 m. rugsėjį minėsime IEEE 30 projekto, kuris padarė didelę įtaką mūsų gyvenimui, 802.11-metį. Šiuo metu „Wi-Fi“ technologija, apibrėžta pagal IEEE 802.11 standartų šeimą, yra populiariausia belaidžio ryšio technologija, naudojama prisijungti prie interneto, o „Wi-Fi“ perduoda daugiau nei pusę vartotojų srauto. Nors korinio ryšio technologija kas dešimtmetį keičia savo prekės ženklą, pavyzdžiui, 4G pavadinimą pakeičia 5G, „Wi-Fi“ vartotojams pagerėjo duomenų perdavimo sparta, taip pat pristatomos naujos paslaugos ir naujos funkcijos beveik nepastebimai. Nedaugeliui klientų rūpi raidės „n“, „ac“ arba „ax“, esančios po „802.11“ įrangos dėžėse. Tačiau tai nereiškia, kad „Wi-Fi“ nesivysto.

Vienas iš Wi-Fi evoliucijos įrodymų yra dramatiškas vardinio duomenų perdavimo spartos padidėjimas: nuo 2 Mbps 1997 m. versijoje iki beveik 10 Gbps naujausiame 802.11ax standarte, dar žinomame kaip Wi-Fi 6. Šiuolaikinis Wi-Fi pasiekia tokius našumo padidėjimas dėl greitesnio signalo ir kodo dizaino, platesnių kanalų ir technologijų naudojimo MIMO.

Be pagrindinių didelės spartos belaidžių vietinių tinklų, „Wi-Fi“ raida apima keletą nišinių projektų. Pavyzdžiui, „Wi-Fi HaLow“ (802.11ah) buvo bandymas įtraukti „Wi-Fi“ į belaidžio daiktų interneto rinką. Milimetrinės bangos „Wi-Fi“ (802.11ad/ay) palaiko iki 275 Gbps nominalią duomenų perdavimo spartą, nors ir labai mažais atstumais.

Naujoms programoms ir paslaugoms, susijusioms su didelės raiškos vaizdo transliacija, virtualia ir papildyta realybe, žaidimais, nuotoliniu biuru ir debesų kompiuterija, taip pat būtinybe palaikyti daug vartotojų, turinčių intensyvų srautą belaidžiuose tinkluose, reikia didelio našumo.

„Wi-Fi“ 7 tikslai

2019 m. gegužės mėn. Vietinio ir metropoliteno tinklo standartų komiteto 802.11 darbo grupės BE (TGbe) pogrupis pradėjo dirbti su nauju Wi-Fi standarto papildymu, kuris padidės. nominalus pralaidumas iki daugiau nei 40 Gbit/s viename „tipinio“ Wi-Fi diapazono <= 7 GHz dažnio kanale. Nors daugelyje dokumentų nurodytas „maksimalus pralaidumas ne mažesnis kaip 30 Gbps“, naujasis fizinio sluoksnio protokolas užtikrins vardinę spartą, viršijančią 40 Gbps.

Kita svarbi „Wi-Fi 7“ plėtros kryptis yra realaus laiko programų palaikymas (žaidimai, virtuali ir papildyta realybė, roboto valdymas). Pažymėtina, kad nors „Wi-Fi“ ypatingu būdu apdoroja garso ir vaizdo srautą, ilgą laiką buvo manoma, kad standartinio lygio garantuotas mažas delsimas (milisekundėmis), dar žinomas kaip laiko jautrus tinklas, „Wi-Fi“ tinkluose yra esminis dalykas. neįmanomas. 2017 m. lapkričio mėn. mūsų komanda iš IITP RAS ir Nacionalinio tyrimų universiteto Aukštosios ekonomikos mokyklos (nepriimkite to į PR) pateikė atitinkamą pasiūlymą IEEE 802.11 grupėje. Pasiūlymas sulaukė didelio susidomėjimo, todėl 2018 m. liepos mėn. buvo įkurtas specialus pogrupis, kuris toliau tirs šį klausimą. Kadangi norint palaikyti programas realiuoju laiku, reikia ir didelių nominaliųjų duomenų perdavimo spartų, ir patobulintų nuorodų sluoksnio funkcijų, 802.11 darbo grupė nusprendė sukurti metodus, skirtus realiojo laiko programoms palaikyti „Wi-Fi 7“.

Svarbi „Wi-Fi 7“ problema yra jo sambūvis su korinio tinklo technologijomis (4G/5G), kurias kuria 3GPP ir kurios veikia tose pačiose nelicencijuotose dažnių juostose. Kalbame apie LTE-LAA/NR-U. Siekdamas ištirti problemas, susijusias su „Wi-Fi“ ir korinio ryšio tinklų sambūviu, IEEE 802.11 įkūrė „Coexisting Standing Committee“ (Coexist SC). Nepaisant daugybės susitikimų ir net bendro 3GPP ir IEEE 802.11 dalyvių seminaro 2019 m. liepos mėn. Vienoje, techniniai sprendimai dar nepatvirtinti. Galimas šio beprasmiškumo paaiškinimas yra tas, kad tiek IEEE 802, tiek 3GPP nenoriai keičia savo technologijas, kad atitiktų kitas. Taigi, Šiuo metu neaišku, ar „Coex SC“ diskusijos turės įtakos „Wi-Fi 7“ standartui.

Kūrimo procesas

Nors „Wi-Fi 7“ kūrimo procesas yra labai ankstyvoje stadijoje, iki šiol buvo pateikta beveik 500 pasiūlymų dėl naujų funkcijų būsimam „Wi-Fi 7“, dar vadinamam IEEE 802.11be. Dauguma idėjų dar tik svarstomos be pogrupyje ir sprendimas dėl jų dar nepriimtas. Neseniai buvo patvirtintos kitos idėjos. Žemiau bus aiškiai nurodyta, kurie pasiūlymai yra patvirtinti, o kurie dar tik svarstomi.

Iš pradžių planuota, kad pagrindiniai nauji mechanizmai bus sukurti iki 2021 m. kovo mėn. Galutinė standarto versija numatoma 2024 m. pradžioje. 2020 m. sausio mėn. 11be išreiškė susirūpinimą, ar plėtra išliks pagal grafiką esant dabartiniam darbų tempui. Siekdamas pagreitinti standartinį kūrimo procesą, pogrupis sutiko pasirinkti nedidelį aukšto prioriteto funkcijų rinkinį, kuris galėtų būti išleistas iki 2021 m. (1 leidimas), o likusias palikti 2 leidimui. Aukšto prioriteto funkcijos turėtų užtikrinti pagrindinį našumo padidėjimą. ir apima 320 MHz palaikymą, 4K-QAM, akivaizdžius OFDMA patobulinimus iš Wi-Fi 6, MU-MIMO su 16 srautų.

Dėl koronaviruso šiuo metu grupė nesusitinka asmeniškai, tačiau reguliariai rengia telekonferencijas. Taigi plėtra kiek sulėtėjo, bet nesustojo.

Technologijos detalės

Pažvelkime į pagrindines „Wi-Fi 7“ naujoves.

1. Naujasis fizinio sluoksnio protokolas yra dvigubai padidintas „Wi-Fi 6“ protokolo patobulinimas juostos plotis iki 320 MHz, dvigubai daugiau erdvinių MU-MIMO srautų, o tai padidina nominalią pralaidumą 2 × 2 = 4 kartus. „Wi-Fi 7“ taip pat pradeda naudoti moduliaciją 4K-QAM, o tai padidina nominalią pralaidumą dar 20%. Todėl „Wi-Fi 7“ suteiks 2x2x1,2 = 4,8 karto didesnį nei „Wi-Fi 6“ vardinį duomenų perdavimo spartą: didžiausias vardinis „Wi-Fi 7“ pralaidumas yra 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Be to, bus atliktas revoliucinis fizinio lygmens protokolo pakeitimas, siekiant užtikrinti suderinamumą su būsimomis „Wi-Fi“ versijomis, tačiau jis liks nepastebimas vartotojams.
2. Keičiamas prieigos prie kanalo metodas programų palaikymas realiuoju laiku bus atliekami atsižvelgiant į IEEE 802 TSN laidiniams tinklams patirtį. Standartų komitete vykstančios diskusijos yra susijusios su atsitiktine kanalo prieigos, srauto paslaugų kategorijų ir dėl to atskirų eilių srautui realiuoju laiku bei paketinių paslaugų politika.
3. Pristatyta „Wi-Fi 6“ (802.11ax) OFDMA plėtinys – laiko ir dažnio padalijimo kanalo prieigos būdas (panašus į naudojamą 4G ir 5G tinkluose) – suteikia naujų galimybių optimaliam išteklių paskirstymui. Tačiau 11ax OFDMA nėra pakankamai lanksti. Pirma, tai leidžia prieigos taškui kliento įrenginiui priskirti tik vieną iš anksto nustatyto dydžio išteklių bloką. Antra, jis nepalaiko tiesioginio perdavimo tarp klientų stočių. Abu trūkumai mažina spektrinį efektyvumą. Be to, senojo „Wi-Fi 6 OFDMA“ lankstumo trūkumas mažina našumą tankiuose tinkluose ir padidina delsą, o tai labai svarbu realiojo laiko programoms. 11be išspręs šias OFDMA problemas.
4. Vienas iš patvirtintų revoliucinių „Wi-Fi 7“ pakeitimų yra vietinis palaikymas vienu metu kelių lygiagrečių jungčių naudojimas skirtingais dažniais, kuris yra labai naudingas tiek dideliam duomenų perdavimo greičiui, tiek itin mažam delsos laikui. Nors šiuolaikiniai mikroschemų rinkiniai jau gali naudoti kelias jungtis vienu metu, pavyzdžiui, 2.4 ir 5 GHz juostose, šios jungtys yra nepriklausomos, o tai riboja tokios operacijos efektyvumą. 11be bus rastas kanalų sinchronizacijos lygis, leidžiantis efektyviai panaudoti kanalo išteklius ir reikšmingai pakeisti kanalo prieigos protokolo taisykles.
5. Naudojant labai plačius kanalus ir daug erdvinių srautų, kyla didelių papildomų išlaidų, susijusių su kanalo būsenos įvertinimo procedūra, reikalinga MIMO ir OFDMA, problema. Šios pridėtinės išlaidos panaikina bet kokią naudą dėl didėjančios nominalios duomenų perdavimo spartos. To ir tikėjosi bus tikslinama kanalo būklės vertinimo tvarka.
6. „Wi-Fi 7“ kontekste standartų komitetas svarsto kai kurių „pažangių“ duomenų perdavimo metodų naudojimą. Teoriškai šie metodai pagerina spektrinį efektyvumą kartotinių perdavimo bandymų, taip pat tuo pačiu metu perduodamų tomis pačiomis arba priešingomis kryptimis atveju. Tai apima hibridinę automatinio kartojimo užklausą (HARQ), šiuo metu naudojamą korinio ryšio tinkluose, dvipusį režimą ir neortogonalinę daugkartinę prieigą (NOMA). Šios technikos teoriškai gerai ištirtos literatūroje, tačiau dar neaišku, ar jų teikiamas produktyvumo padidėjimas bus vertas pastangų juos įgyvendinti.
   • Naudoti HARQ sudėtinga dėl šios problemos. Naudojant „Wi-Fi“, paketai suklijuojami, kad būtų sumažintos papildomos išlaidos. Dabartinėse „Wi-Fi“ versijose kiekvieno paketo pristatymas klijuotajame yra patvirtinamas ir, jei patvirtinimo negaunama, paketo perdavimas kartojamas naudojant kanalo prieigos protokolo metodus. HARQ perkelia pakartotinius bandymus iš duomenų nuorodos į fizinį sluoksnį, kur nebėra paketų, o tik kodiniai žodžiai, o kodinių žodžių ribos nesutampa su paketų ribomis. Šis desinchronizavimas apsunkina HARQ diegimą „Wi-Fi“.
   • dėl Visas dvipusis, tada šiuo metu nei korinio ryšio tinkluose, nei Wi-Fi tinkluose negalima vienu metu perduoti duomenų tuo pačiu dažnio kanalu į prieigos tašką (bazinę stotį) ir iš jo. Techniniu požiūriu taip yra dėl didelio perduodamo ir priimamo signalo galios skirtumo. Nors yra prototipų, kurie derina skaitmeninį ir analoginį perduodamo signalo atėmimą iš gauto signalo, galinčių priimti Wi-Fi signalą jo perdavimo metu, praktikoje jų teikiamas stiprinimas gali būti nereikšmingas dėl to, kad bet kuriuo metu pasroviui nelygus kylančiajai (vidutiniškai „ligoninėje“ besileidžiantis žymiai didesnis). Be to, toks dvipusis perdavimas labai apsunkins protokolą.
   • Perduodant kelis srautus naudojant MIMO, reikia kelių antenų siuntėjui ir gavėjui, o esant nestačiakampei prieigai, prieigos taškas vienu metu gali perduoti duomenis dviem gavėjams iš vienos antenos. Į naujausias 5G specifikacijas įtrauktos įvairios neortogonalios prieigos parinktys. Prototipas NE, BET „Wi-Fi“ pirmą kartą buvo sukurtas 2018 m. IITP RAS (vėlgi nelaikykite to PR). Tai parodė 30–40% našumo padidėjimą. Sukurtos technologijos pranašumas yra atgalinis suderinamumas: vienas iš dviejų gavėjų gali būti pasenęs įrenginys, nepalaikantis Wi-Fi 7. Apskritai atgalinio suderinamumo problema yra labai svarbi, nes vienu metu gali veikti skirtingų kartų įrenginiai. Wi-Fi tinkle. Šiuo metu kelios komandos visame pasaulyje analizuoja NOMA ir MU-MIMO kombinuoto naudojimo efektyvumą, kurio rezultatai nulems tolesnį metodo likimą. Taip pat toliau dirbame su prototipu: kita jo versija bus pristatyta IEEE INFOCOM konferencijoje 2020 m. liepos mėn.
7. Galiausiai, dar viena svarbi, bet neaiškios likimo naujovė koordinuotas prieigos taškų veikimas. Nors daugelis pardavėjų turi savo centralizuotus valdiklius įmonės Wi-Fi tinklams, tokių valdiklių galimybės paprastai apsiriboja ilgalaike parametrų konfigūracija ir kanalų pasirinkimu. Standartų komitetas diskutuoja apie glaudesnį kaimyninių prieigos taškų bendradarbiavimą, kuris apima koordinuotą perdavimo planavimą, pluošto formavimą ir netgi paskirstytas MIMO sistemas. Kai kuriuose nagrinėjamuose metoduose naudojamas nuoseklus trukdžių panaikinimas (maždaug toks pat kaip ir NOMA). Nors 11be koordinavimo metodai dar nebuvo sukurti, neabejotina, kad standartas leis skirtingų gamintojų prieigos taškams derinti perdavimo grafikus tarpusavyje, siekiant sumažinti abipusius trukdžius. Kitus, sudėtingesnius metodus (pvz., paskirstytą MU-MIMO) bus sunkiau įdiegti į standartą, nors kai kurie grupės nariai yra pasiryžę tai padaryti 2 leidime. Nepriklausomai nuo rezultato, prieigos taškų koordinavimo metodų likimas yra neaišku. Net jei jie yra įtraukti į standartą, jie gali nepasiekti rinkos. Panašiai nutiko ir anksčiau, kai buvo bandoma įvesti tvarką Wi-Fi perdavimuose naudojant tokius sprendimus kaip HCCA (11e) ir HCCA TXOP Negotiation (11be).

Apibendrinant, atrodo, kad dauguma pasiūlymų, susijusių su pirmosiomis penkiomis grupėmis, taps „Wi-Fi 7“ dalimi, o pasiūlymai, susiję su paskutinėmis dviem grupėmis, reikalauja didelių papildomų tyrimų, kad būtų įrodytas jų efektyvumas.

Daugiau techninių detalių

Galima perskaityti techninę informaciją apie „Wi-Fi 7“. čia (angliškai)

Šaltinis: www.habr.com