Што не чека во Wi-Fi 7, IEEE 802.11be?

Неодамна на пазарот се појавија уреди кои поддржуваат технологија Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax), за која многу се зборува. Но, малкумина знаат дека развојот на новата генерација на Wi-Fi технологија е веќе во тек - Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Дознајте каков ќе биде Wi-Fi 7 во оваа статија.

праисторијата

Во септември 2020 година, ќе ја прославиме 30-годишнината од проектот IEEE 802.11, кој значително влијаеше на нашите животи. Во моментов, Wi-Fi технологијата, дефинирана од семејството на стандарди IEEE 802.11, е најпопуларната безжична технологија што се користи за поврзување на Интернет, при што Wi-Fi носи повеќе од половина од корисничкиот сообраќај. Додека мобилната технологија се ребрендира секоја деценија, како замена на името 4G со 5G, за корисниците на Wi-Fi, подобрувањата во брзините на податоци, како и воведувањето нови услуги и нови функции, се случуваат речиси незабележано. Малкумина клиенти се грижат за буквите „n“, „ac“ или „ax“ што следат по „802.11“ на кутиите за опрема. Но, тоа не значи дека Wi-Fi не се развива.

Еден доказ за еволуцијата на Wi-Fi е драматичното зголемување на номиналните брзини на податоци: од 2 Mbps во верзијата од 1997 година до скоро 10 Gbps во најновиот стандард 802.11ax, исто така познат како Wi-Fi 6. Модерниот Wi-Fi достигнува такви добивки во перформансите поради побрзи дизајни на сигнали и кодови, пошироки канали и употреба на технологија MIMO.

Покрај мејнстримот на безжични локални мрежи со голема брзина, еволуцијата на Wi-Fi вклучува неколку ниши проекти. На пример, Wi-Fi HaLow (802.11ah) беше обид да се донесе Wi-Fi на пазарот за безжичен интернет на нештата. Милиметарскиот бран Wi-Fi (802.11ad/ay) поддржува номинални стапки на податоци до 275 Gbps, иако на многу кратки растојанија.

Новите апликации и услуги поврзани со видео стриминг со висока дефиниција, виртуелна и проширена реалност, игри, далечински канцеларии и cloud computing, како и потребата за поддршка на голем број корисници со интензивен сообраќај на безжични мрежи, бараат високи перформанси.

Wi-Fi 7 цели

Во мај 2019 година, подгрупата BE (TGbe) на Работната група 802.11 на Комитетот за стандарди за локална и метрополитенска мрежа започна со работа на ново дополнување на стандардот за Wi-Fi што ќе се зголеми номинален проток до повеќе од 40 Gbit/s во еден фреквентен канал од „типичниот“ опсег на Wi-Fi <= 7 GHz. Иако многу документи наведуваат „максимална пропусност од најмалку 30 Gbps“, новиот протокол за физички слој ќе обезбеди номинални брзини над 40 Gbps.

Друга важна развојна насока за Wi-Fi 7 е поддршка за апликации во реално време (игри, виртуелна и проширена реалност, контрола на роботи). Вреди да се одбележи дека иако Wi-Fi се справува со аудио и видео сообраќајот на посебен начин, долго време се веруваше дека обезбедувањето на стандардно ниво гарантирана ниска латентност (милисекунди), исто така познато како Time-Sensitive Networking, во Wi-Fi мрежите е фундаментално невозможно. Во ноември 2017 година, нашиот тим од IITP RAS и Националниот истражувачки универзитет Високата школа за економија (не го земајте за односи со јавноста) дадоа соодветен предлог во групата IEEE 802.11. Предлогот предизвика голем интерес и специјална подгрупа беше лансирана во јули 2018 година за дополнително да го проучува проблемот. Бидејќи поддршката за апликации во реално време бара и високи номинални стапки на податоци и подобрена функционалност на слојот за врски, работната група 802.11 одлучи да развие методи за поддршка на апликации во реално време во рамките на Wi-Fi 7.

Важен проблем со Wi-Fi 7 е неговиот коегзистенција со технологиите на мобилната мрежа (4G/5G) што се развиваат од 3GPP и работат во истите нелиценцирани фреквенциски опсези. Зборуваме за LTE-LAA/NR-U. За да ги проучи проблемите поврзани со коегзистирањето на Wi-Fi и мобилните мрежи, IEEE 802.11 го лансираше Постојаниот комитет што постои (Coex SC). И покрај бројните состаноци, па дури и заедничката работилница на учесниците на 3GPP и IEEE 802.11 во јули 2019 година во Виена, техничките решенија сè уште не се одобрени. Можно објаснување за оваа залудност е дека и IEEE 802 и 3GPP не сакаат да ги променат сопствените технологии за да се усогласат со другата. Така, Во моментов не е јасно дали дискусиите на Coex SC ќе влијаат на стандардот Wi-Fi 7.

Процес на развој

Иако процесот на развој на Wi-Fi 7 е во многу рана фаза, досега има речиси 500 предлози за нова функционалност за претстојниот Wi-Fi 7, исто така познат како IEEE 802.11be. Повеќето од идеите само се дискутираат во подгрупата be и се уште не е донесена одлука за нив. Други идеи неодамна беа одобрени. Подолу ќе биде јасно назначено кои предлози се одобрени, а кои само се разговараат.

Првично беше планирано развојот на главните нови механизми да биде завршен до март 2021 година. Конечната верзија на стандардот се очекува до почетокот на 2024 година. Во јануари 2020 година, 11be изрази загриженост за тоа дали развојот ќе остане на распоред со сегашното темпо на работа. За да се забрза стандардниот процес на развој, подгрупата се согласи да избере мал сет на функции со висок приоритет што би можеле да бидат објавени до 2021 година (издание 1), а остатокот да го остави во издание 2. Функциите со висок приоритет треба да ги обезбедат главните придобивки од перформансите и вклучува поддршка за 320 MHz, 4K-QAM, очигледни подобрувања на OFDMA од Wi-Fi 6, MU-MIMO со 16 преноси.

Поради коронавирусот, групата моментално не се состанува лично, но редовно одржува телеконференции. Така, развојот донекаде забави, но не запре.

Детали за технологија

Да ги погледнеме главните иновации на Wi-Fi 7.

1. Новиот протокол за физички слој е развој на протоколот Wi-Fi 6 со двојно зголемување пропусен опсег до 320 MHz, двојно поголем број на просторни MU-MIMO потоци, што ја зголемува номиналната пропусност за 2×2 = 4 пати. Wi-Fi 7 исто така започнува да користи модулација 4K-QAM, што додава уште 20% на номиналната пропусност. Затоа, Wi-Fi 7 ќе обезбеди 2x2x1,2 = 4,8 пати поголема од номиналната брзина на пренос на податоци од Wi-Fi 6: максималната номинална брзина на Wi-Fi 7 е 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Дополнително, ќе има револуционерна промена во протоколот за физичкиот слој за да се обезбеди компатибилност со идните верзии на Wi-Fi, но тој ќе остане невидлив за корисниците.
2. Промена на методот за пристап до каналот за поддршка за апликации во реално време ќе се спроведе земајќи го предвид искуството на IEEE 802 TSN за жичени мрежи. Тековните дискусии во комитетот за стандарди се однесуваат на случајната повратна процедура за пристап до каналот, категориите на сообраќајни услуги и затоа одделни редици за сообраќај во реално време и политики за пакетна услуга.
3. Воведен во Wi-Fi 6 (802.11ax) ОФДМА – Метод на пристап до каналот со поделба на време и фреквенција (сличен на оној што се користи во мрежите 4G и 5G) – обезбедува нови можности за оптимална распределба на ресурсите. Меѓутоа, во 11ax, OFDMA не е доволно флексибилен. Прво, дозволува пристапната точка да додели само еден ресурсен блок со однапред одредена големина на клиентскиот уред. Второ, не поддржува директен пренос помеѓу клиентските станици. Двата недостатоци ја намалуваат спектралната ефикасност. Дополнително, недостатокот на флексибилност на наследениот Wi-Fi 6 OFDMA ги деградира перформансите во густите мрежи и ја зголемува доцнењето, што е критично за апликациите во реално време. 11be ќе ги реши овие OFDMA проблеми.
4. Една од потврдените револуционерни промени на Wi-Fi 7 е мајчин поддршка истовремена употреба на неколку паралелни врски на различни фреквенции, што е многу корисно и за огромни стапки на податоци и за екстремно мала латентност. Иако современите чипсети веќе можат да користат повеќе врски истовремено, на пример, во опсегот од 2.4 и 5 GHz, овие врски се независни, што ја ограничува ефикасноста на таквата операција. Во 11be, ќе се најде ниво на синхронизација помеѓу каналите што овозможува ефикасно користење на ресурсите на каналот и ќе повлече значителни промени во правилата на протоколот за пристап до каналот.
5. Употребата на многу широки канали и голем број просторни текови доведува до проблем со високите трошоци поврзани со процедурата за проценка на состојбата на каналот потребна за MIMO и OFDMA. Овие режиски трошоци ги поништуваат сите придобивки од зголемувањето на номиналните стапки на податоци. Тоа го очекуваше ќе се ревидира постапката за проценка на состојбата на каналот.
6. Во контекст на Wi-Fi 7, комитетот за стандарди дискутира за употребата на некои „напредни“ методи за пренос на податоци. Теоретски, овие методи ја подобруваат спектралната ефикасност во случај на повторени обиди за пренос, како и симултани преноси во исти или спротивни насоки. Тие вклучуваат хибридно автоматско барање за повторување (HARQ), кое моментално се користи во мобилните мрежи, целосно дуплекс режим и неортогонален повеќекратен пристап (NOMA). Овие техники се добро проучени во литературата во теорија, но сè уште не е јасно дали придобивките од продуктивноста што тие ги обезбедуваат ќе бидат вредни за напор за нивно спроведување.
   • Користете HARQ комплицирана од следниот проблем. Во Wi-Fi, пакетите се залепени за да се намалат трошоците. Во тековните верзии на Wi-Fi, испораката на секој пакет внатре во залепениот се потврдува и, доколку потврдата не дојде, преносот на пакетот се повторува користејќи методи на протокол за пристап до каналот. HARQ ги преместува повторувањата од податочната врска до физичкиот слој, каде што нема повеќе пакети, туку само кодни зборови, а границите на кодните зборови не се совпаѓаат со границите на пакетите. Оваа десинхронизација ја комплицира имплементацијата на HARQ во Wi-Fi.
   • Што се однесува до Фул-дуплекс, тогаш моментално ниту во мобилните мрежи ниту во Wi-Fi мрежите не е можно истовремено да се пренесуваат податоци во истиот фреквенциски канал до и од пристапната точка (базната станица). Од техничка гледна точка, ова се должи на големата разлика во моќноста на пренесениот и примениот сигнал. Иако постојат прототипови кои комбинираат дигитално и аналогно одземање на пренесениот сигнал од примениот сигнал, способни да примаат сигнал за Wi-Fi за време на неговиот пренос, добивката што тие можат да ја обезбедат во пракса може да биде занемарлива поради фактот што во даден момент низводното не е еднакво на нагорниот (во просек „во болница“ опаѓачкиот е значително поголем). Покрај тоа, таквиот двонасочен пренос значително ќе го комплицира протоколот.
   • Додека за пренос на повеќе преноси со помош на MIMO се потребни повеќе антени за испраќачот и примачот, со неортогонален пристап пристапната точка може истовремено да пренесува податоци до два примачи од една антена. Различни опции за неортогонален пристап се вклучени во најновите спецификации за 5G. Прототип НЕ НО Wi-Fi за прв пат беше создаден во 2018 година во IITP RAS (повторно, не го сметајте за ПР). Демонстрираше зголемување на перформансите за 30-40%. Предноста на развиената технологија е нејзината компатибилност наназад: еден од двајцата приматели може да е застарен уред кој не поддржува Wi-Fi 7. Генерално, проблемот со компатибилноста наназад е многу важен, бидејќи уредите од различни генерации можат истовремено да работат на Wi-Fi мрежа. Во моментов, неколку тимови ширум светот ја анализираат ефективноста на комбинираната употреба на NOMA и MU-MIMO, чии резултати ќе ја одредат идната судбина на пристапот. Ние, исто така, продолжуваме да работиме на прототипот: неговата следна верзија ќе биде претставена на конференцијата IEEE INFOCOM во јули 2020 година.
7. Конечно, уште една важна иновација, но со нејасна судбина, е координирана работа на пристапните точки. Иако многу продавачи имаат свои централизирани контролери за претпријатијата Wi-Fi мрежи, можностите на таквите контролери генерално се ограничени на долгорочна конфигурација на параметри и избор на канали. Комитетот за стандарди разговара за поблиска соработка помеѓу соседните пристапни точки, што вклучува координирано распоредување на пренос, формирање на зрак, па дури и дистрибуирани MIMO системи. Некои од пристапите што се разгледуваат користат секвенцијално откажување на пречки (приближно исто како и во NOMA). Иако пристапите за 11be координација сè уште не се развиени, нема сомнение дека стандардот ќе им овозможи на пристапните точки од различни производители да ги координираат распоредите за пренос едни со други за да ги намалат меѓусебните пречки. Други, посложени пристапи (како што е дистрибуираниот MU-MIMO) ќе биде потешко да се имплементираат во стандардот, иако некои членови на групата се решени да го сторат тоа во рамките на изданието 2. Без оглед на исходот, судбината на методите за координација на пристапните точки е нејасно. Дури и ако се вклучени во стандардот, тие може да не стигнат на пазарот. Слично нешто се случило порано кога се обидувале да воведат ред во преносите преку Wi-Fi користејќи решенија како HCCA (11e) и HCCA TXOP Negotiation (11be).

Накратко, се чини дека повеќето од предлозите поврзани со првите пет групи ќе станат дел од Wi-Fi 7, додека предлозите поврзани со последните две групи бараат значително дополнително истражување за да се докаже нивната ефикасност.

Повеќе технички детали

Може да се прочитаат технички детали за Wi-Fi 7 тука (на англиски)

Извор: www.habr.com