Onlangs zijn er apparaten op de markt gekomen die de technologie Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) ondersteunen, waar veel over wordt gesproken. Maar weinig mensen weten dat er al gewerkt wordt aan de volgende generatie Wi-Fi-technologie ā Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Wat Wi-Fi 7 zal inhouden, wordt in dit artikel besproken.
Achtergrond
In september 2020 vieren we het 30-jarig jubileum van het IEEE 802.11-project, dat een aanzienlijke impact op ons leven heeft gehad. Tegenwoordig is de Wi-Fi-technologie, die wordt gedefinieerd door een familie van IEEE 802.11-normen, de meest populaire draadloze technologie die wordt gebruikt voor internetverbindingen: Wi-Fi verzendt meer dan de helft van het gebruikersverkeer. Terwijl mobiele technologieƫn elke tien jaar een rebranding ondergaan, zoals het vervangen van de naam 4G door 5G, plaatsvinden de snelheidstoename en de introductie van nieuwe diensten en functies bij Wi-Fi vrijwel geruisloos. Slechts enkele klanten maken zich druk om de letters "n", "ac" of "ax" die achter "802.11" op apparatuurdozen staan. Maar dat betekent niet dat Wi-Fi niet verder ontwikkeld wordt.
Een van de bewijzen van de ontwikkeling van Wi-Fi is de scherpe toename van de nominale datasnelheden: van 2 Mbps in de versie van 1997 tot bijna 10 Gbps in de nieuwste standaard 802.11ax, ook wel bekend als Wi-Fi 6. Moderne Wi-Fi bereikt deze prestatieverbetering dankzij snellere signaalcodering, bredere kanalen en het gebruik van technologieƫn. .
Naast de hoofdcomponent van snelle draadloze lokale netwerken omvat de evolutie van Wi-Fi verschillende nicheprojecten. Zo is Wi-Fi HaLow (802.11ah) een poging om Wi-Fi op de markt voor draadloze internet of things te brengen. Wifi in het millimeterbereik (802.11ad/ay) ondersteunt nominale datasnelheden tot 275 Gbps, echter op zeer korte afstanden.
Nieuwe toepassingen en diensten gerelateerd aan videostreaming in hoge resolutie, virtual en augmented reality, gaming, telewerken en cloud computing, evenals de noodzaak om een groot aantal gebruikers met intensief verkeer in draadloze netwerken te ondersteunen, vereisen een hoge prestatie.
Doelstellingen van Wi-Fi 7
In mei 2019 begon de subgroep BE (TGbe) van de werkgroep 802.11 van het comitƩ voor de standaardisering van lokale en stadsnetwerken te werken aan een nieuwe aanvulling op de Wi-Fi-standaard, die de nominale doorvoercapaciteit zal verhogen tot meer dan 40 Gbit/s in ƩƩn frequentiekanaal dat 'typisch' is voor het Wi-Fi-bereik <= 7 GHz. Hoewel in veel documenten gewag wordt gemaakt van een 'maximale doorvoercapaciteit van ten minste 30 Gbit/s', zal het nieuwe fysieke laagprotocol een nominale snelheid van meer dan 40 Gbit/s garanderen.
Een andere belangrijke ontwikkelingsrichting van Wi-Fi 7 is de ondersteuning van realtime toepassingen (games, virtuele en augmented reality, robotica). Opmerkelijk is dat, hoewel Wi-Fi in het bijzonder is ontworpen voor audio- en videoverkeer, lange tijd werd aangenomen dat het bieden van gegarandeerd lage vertragingen (in milliseconden), ook wel bekend als Time-Sensitive Networking, in Wi-Fi-netwerken principieel onmogelijk was. In november 2017 presenteerde ons team van IPPI RAN en HSE (neem dit niet als PR) een bijbehorende suggestie in de IEEE 802.11-groep. Deze suggestie wekte grote belangstelling en in juli 2018 werd een speciale subgroep opgericht voor verder onderzoek naar deze kwestie. Aangezien voor de ondersteuning van realtime toepassingen zowel hoge nominale datasnelheden als de uitbreiding van de functionaliteit van de datalinklaag vereist zijn, besloot de werkgroep 802.11 methoden voor de ondersteuning van realtime toepassingen binnen Wi-Fi 7 te ontwikkelen.
Een belangrijke vraag met betrekking tot Wi-Fi 7 is het samenbestaan met technologieƫn voor mobiele netwerken (4G/5G), die door 3GPP worden ontwikkeld en werken in dezelfde niet-gelicentieerde frequentiebanden. Dit betreft LTE-LAA/NR-U. Om de kwesties rond het samenbestaan van Wi-Fi en mobiele netwerken te bestuderen, heeft IEEE 802.11 het Coexisting Standing Committee (Coex SC) opgericht. Ondanks talrijke bijeenkomsten en zelfs een gezamenlijke workshop van deelnemers van 3GPP en IEEE 802.11 in juli 2019 in Wenen, zijn er nog geen technische oplossingen goedgekeurd. Een mogelijke verklaring voor deze vruchteloze inspanningen is dat zowel IEEE 802 als 3GPP niet bereid zijn hun eigen technologieƫn aan te passen om deze in overeenstemming te brengen met de andere. Daardoor is het momenteel onduidelijk of de discussies binnen Coex SC invloed zullen hebben op de Wi-Fi 7-standaard.
Ontwikkelingsproces
Hoewel het ontwikkelingsproces van Wi-Fi 7 zich in een zeer vroeg stadium bevindt, zijn er tot nu toe ongeveer 500 voorstellen voor nieuwe functionaliteiten ingediend voor de toekomstige Wi-Fi 7, ook wel bekend als IEEE 802.11be. De meeste ideeƫn worden momenteel alleen in de subgroup be besproken en er is nog geen beslissing over genomen. Andere ideeƫn zijn onlangs goedgekeurd. Hieronder wordt duidelijk aangegeven welke voorstellen zijn goedgekeurd en welke alleen worden besproken.
Aanvankelijk was het de bedoeling dat de ontwikkeling van de belangrijkste nieuwe mechanismen tegen maart 2021 zou zijn afgerond. De definitieve versie van de standaard wordt begin 2024 verwacht. In januari 2020 werd in de subgroup 11be bezorgdheid geuit over de vraag of de ontwikkeling op schema zou blijven gezien het huidige tempo. Om het ontwikkelingsproces van de standaard te versnellen, stemde de subgroup ermee in om een kleine set van hoogprioritaire functies te selecteren die mogelijk in 2021 kunnen worden uitgebracht (Release 1), terwijl de overige functies voor Release 2 worden gelaten. Hoogprioritaire functies moeten een belangrijke prestatieverbetering bieden en omvatten ondersteuning voor 320 MHz, 4K-QAM, duidelijke verbeteringen in OFDMA ten opzichte van Wi-Fi 6 en MU-MIMO met 16 stromen.
Door het coronavirus komt de groep momenteel niet fysiek bijeen, maar houdt regelmatig teleconferenties. Hierdoor is de ontwikkeling iets vertraagd, maar is deze niet gestopt.
Details van de technologie
Laten we eens kijken naar de belangrijkste innovaties van Wi-Fi 7.
- Het nieuwe fysieke laagprotocol is een verdere ontwikkeling van het Wi-Fi 6-protocol met een verdubbeling van de bandbreedte tot 320 MHz, een verdubbeling van het aantal ruimte-communicatie met MU-MIMO, wat de nominale capaciteit met 2Ć2 = 4 keer verhoogt. Wi-Fi 7 begint ook met het gebruik van modulatie 4K-QAM, wat nog eens 20% toevoegt aan de nominale capaciteit. Daardoor zal Wi-Fi 7 een nominale datasnelheid bieden van 2x2x1,2 = 4,8 keer hoger dan die van Wi-Fi 6: de maximale nominale doorvoercapaciteit van Wi-Fi 7 bedraagt 9,6 Gbit/s x 4,8 = 46 Gbit/s. Bovendien zullen er revolutionaire veranderingen plaatsvinden in het fysieke laagprotocol met betrekking tot de compatibiliteit met toekomstige Wi-Fi-versies, maar deze zullen onopgemerkt blijven voor gebruikers.
- Wijziging van de toegangsmethode tot het kanaal voor ondersteuning van real-time applicaties wordt uitgevoerd rekening houdend met de ervaring van IEEE 802 TSN voor bekabelde netwerken. Voortdurende discussies binnen de normalisatiecommissie zijn gerelateerd aan de procedure voor willekeurige uitstel bij toegang tot het kanaal, servicecategorieƫn voor verkeer en, dienovereenkomstig, aparte wachtrijen voor realtime verkeer, evenals beleidsmaatregelen voor pakketverwerking.
- In Wi-Fi 6 (802.11ax) geĆÆntroduceerd OFDMA ā een toewijzingsmethode voor het kanaal met tijd- en frequentiesplitsing (vergelijkbaar met wat wordt gebruikt in 4G- en 5G-netwerken) ā biedt nieuwe mogelijkheden voor optimale toewijzing van middelen. Echter, in 11ax is OFDMA niet flexibel genoeg. Ten eerste stelt het toegangspunt in staat om slechts Ć©Ć©n grondstoffenblok van een vooraf bepaalde grootte aan een clientapparaat toe te wijzen. Ten tweede ondersteunt het geen directe overdracht tussen clientstations. Beide tekortkomingen verminderen de spectrale efficiĆ«ntie. Bovendien verergert het gebrek aan flexibiliteit dat van Wi-Fi 6 OFDMA is geĆ«rfd de prestaties in dichte netwerken en verhoogt het de vertraging, wat kritiek is voor realtime applicaties. 11be zal deze OFDMA-problemen oplossen.
- Een van de goedgekeurde revolutionaire wijzigingen in Wi-Fi 7 is de ingebouwde ondersteuning voor het gelijktijdig gebruik van meerdere parallelle verbindingen op verschillende frequenties, wat zeer nuttig is voor zowel enorme gegevensoverdrachtsnelheden als extreem lage vertraging. Hoewel moderne chips al meerdere verbindingen tegelijkertijd kunnen gebruiken, bijvoorbeeld in de 2.4 en 5 GHz-banden, zijn deze verbindingen onafhankelijk, wat de efficiƫntie van een dergelijke operatie beperkt. In 11be zal er een niveau van synchronisatie tussen de kanalen worden gevonden dat een effectieve benutting van de kanaalbronnen mogelijk maakt en aanzienlijke wijzigingen in de regels voor kanaaltoegang met zich meebrengt.
- Het gebruik van zeer brede kanalen en een groot aantal ruimtelijke stromen leidt tot het probleem van hoge overhead, gerelateerd aan de procedure voor kanaaltoestand beoordeling, die nodig is voor MIMO en OFDMA. Deze overhead annuleert de gehele winst van de verhoogde nominale gegevensoverdrachtsnelheden. Verwacht wordt dat de procedure voor kanaaltoestand beoordeling zal worden herzien.
- In de context van Wi-Fi 7 wordt in de standaardisatiecommissie het gebruik van enkele "geavanceerde" gegevensoverdrachtmethoden besproken. In theorie verhogen deze methoden de spectrale efficiƫntie bij herhaalde transmissiepogingen en ook bij gelijktijdige overdrachten in dezelfde of tegengestelde richtingen. Het gaat om Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ), dat momenteel wordt gebruikt in mobiele netwerken, de full-duplex modus en Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA). Deze methoden zijn theoretisch goed bestudeerd in de literatuur, maar het is nog niet duidelijk of de prestatieverbetering die ze bieden de inspanningen voor hun implementatie rechtvaardigt.
- Gebruik van HARQ gecompliceerd door het volgende probleem. In Wi-Fi worden pakketten samengevoegd om overhead te verminderen. In de huidige versies van Wi-Fi wordt de levering van elk pakket binnen de samengevoegde bevestigt en, als de bevestiging niet binnenkomt, wordt de verzending van het pakket herhaald met de methoden van het kanaaltoegangsprotocol. HARQ verplaatst de herhaalde pogingen van het kanaalniveau naar het fysieke niveau, waar er geen pakketten meer zijn, maar codewoorden, en de grenzen van de codewoorden komen niet overeen met de pakketgrenzen. Deze desynchronisatie maakt de implementatie van HARQ in Wi-Fi complexer.
- Wat betreft Full-Duplex, op dit moment is het in zowel mobiele netwerken als Wi-Fi netwerken niet mogelijk om gelijktijdig in hetzelfde frequentiekanaal gegevens naar en van het toegangspunt (basisstation) te verzenden. Technisch gezien heeft dit te maken met het grote verschil in de kracht van het uitgezonden en ontvangen signaal. Hoewel er prototypes bestaan die digitale en analoge subtractie van het uitgezonden signaal uit het ontvangen signaal combineren en in staat zijn Wi-Fi-signalen tijdens hun uitzending te verkrijgen, kan de winst die ze in de praktijk bieden onbeduidend zijn, omdat op elk moment de downstream niet gelijk is aan de upstream (gemiddeld gezien is de downstream aanzienlijk groter). Bovendien zal een dergelijke bidirectionele overdracht het protocol aanzienlijk compliceren.
- Als er voor de overdracht van meerdere stromen met behulp van MIMO meerdere antennes voor de zender en ontvanger nodig zijn, kan de toegangspunt in het geval van niet-orthogonaal toegang tegelijkertijd gegevens aan twee ontvangers verzenden met Ć©Ć©n antenne. Verschillende varianten van niet-orthogonaal toegang zijn opgenomen in de laatste specificaties van 5G. Prototypen. NOMA Wi-Fi werd voor het eerst ontwikkeld in 2018 aan het IPI RAN (beschouw dit alstublieft niet als reclame). Het toonde een prestatiewinst van 30-40%. De voordelen van de ontwikkelde technologie zijn de achterwaartse compatibiliteit: een van de twee ontvangers kan een verouderd apparaat zijn dat Wi-Fi 7 niet ondersteunt. Over het algemeen is het probleem van achterwaartse compatibiliteit erg belangrijk, aangezien apparaten van verschillende generaties tegelijkertijd kunnen werken in een Wi-Fi-netwerk. Op dit moment analyseren verschillende teams wereldwijd de effectiviteit van het combineren van NOMA en MU-MIMO, waarvan de resultaten de toekomstige koers van deze benadering zullen bepalen. We blijven ook werken aan de prototype: de volgende versie zal worden gepresenteerd op de IEEE INFOCOM-conferentie in juli 2020.
- Ten slotte is een andere belangrijke innovatie, maar met onduidelijke vooruitzichten, gecoƶrdineerd werk van toegangspunten. Hoewel veel leveranciers hun eigen gecentraliseerde controllers voor bedrijfs-Wi-Fi-netwerken hebben, zijn de mogelijkheden van dergelijke controllers doorgaans beperkt tot het instellen van lange termijn parameters en het kiezen van een kanaal. De standaardisatiecommissie bespreekt een nauwere samenwerking tussen aangrenzende toegangspunten, die coƶrdinatie van transmissieplanning, beamforming en zelfs gedistribueerde MIMO-systemen omvat. Sommige van de in overweging genomen benaderingen gebruiken opvolgende interferentieonderdrukking (ongeveer hetzelfde als in NOMA). Hoewel de methoden voor coƶrdinatie in 11be nog niet zijn uitgewerkt, staat vast dat de standaard toegangspunten van verschillende fabrikanten in staat zal stellen om hun transmissieplannen te coƶrdineren om wederzijdse interferentie te verminderen. Wat betreft andere, complexere benaderingen (zoals gedistribueerde MU-MIMO), zal het moeilijker zijn om deze in de standaard op te nemen, hoewel individuele leden van de groep vastbesloten zijn dit te doen binnen Release 2. Ongeacht de uitkomst is de toekomst van coƶrdinatiemethoden voor toegangspunten onduidelijk. Zelfs als ze in de standaard worden opgenomen, kunnen ze de markt niet bereiken. Een soortgelijke situatie deed zich eerder voor bij pogingen om Wi-Fi-transmissies te regelen met oplossingen zoals HCCA (11e) en HCCA TXOP Negotiation (11be).
Samenvattend lijkt het erop dat de meeste voorstellen met betrekking tot de eerste vijf groepen deel zullen uitmaken van Wi-Fi 7, terwijl de voorstellen met betrekking tot de laatste twee groepen aanzienlijke aanvullende onderzoeken vereisen om hun effectiviteit te bewijzen.
Meer technische details
Technische details over Wi-Fi 7 zijn te vinden (in het Engels)
Bron: habr.com
