Nylig har enheter som støtter Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) teknologi, som det er mye omtalt, kommet på markedet. Men få mennesker vet at utviklingen av en ny generasjon Wi-Fi-teknologi allerede er i gang – Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Finn ut hvordan Wi-Fi 7 vil være i denne artikkelen.
forhistorie
I september 2020 vil vi feire 30-årsjubileet for IEEE 802.11-prosjektet, som har påvirket livene våre betydelig. Foreløpig er Wi-Fi-teknologi, definert av IEEE 802.11-familien av standarder, den mest populære trådløse teknologien som brukes til å koble til Internett, med Wi-Fi som bærer mer enn halvparten av brukertrafikken. Mens mobilteknologi rebrander seg hvert tiår, for eksempel å erstatte navnet 4G med 5G, for Wi-Fi-brukere, skjer forbedringer i datahastigheter, samt introduksjon av nye tjenester og nye funksjoner, nesten ubemerket. Få kunder bryr seg om bokstavene "n", "ac" eller "ax" som følger "802.11" på utstyrsboksene. Men det betyr ikke at Wi-Fi ikke utvikler seg.
Et bevis på utviklingen av Wi-Fi er den dramatiske økningen i nominelle datahastigheter: fra 2 Mbps i 1997-versjonen til nesten 10 Gbps i den nyeste 802.11ax-standarden, også kjent som Wi-Fi 6. Moderne Wi-Fi når f.eks. ytelsesgevinster på grunn av raskere signal- og kodedesign, bredere kanaler og bruk av teknologi .
I tillegg til hovedstrømmen av høyhastighets trådløse lokalnettverk, inkluderer utviklingen av Wi-Fi flere nisjeprosjekter. For eksempel var Wi-Fi HaLow (802.11ah) et forsøk på å bringe Wi-Fi til det trådløse Internet of Things-markedet. Millimeterbølge Wi-Fi (802.11ad/ay) støtter nominelle datahastigheter på opptil 275 Gbps, om enn over svært korte avstander.
Nye applikasjoner og tjenester knyttet til høyoppløselig videostrømming, virtuell og utvidet virkelighet, spill, eksternt kontor og skydatabehandling, samt behovet for å støtte et stort antall brukere med intens trafikk på trådløse nettverk, krever høy ytelse.
Wi-Fi 7 mål
I mai 2019 begynte BE (TGbe)-undergruppen i 802.11-arbeidsgruppen i Local and Metropolitan Area Network Standards Committee arbeidet med et nytt tillegg til Wi-Fi-standarden som vil øke nominell gjennomstrømning opp til mer enn 40 Gbit/s i én frekvenskanal i det "typiske" Wi-Fi-området <= 7 GHz. Selv om mange dokumenter viser "maksimal gjennomstrømning på minst 30 Gbps", vil den nye fysiske lagprotokollen gi nominelle hastigheter på over 40 Gbps.
En annen viktig utviklingsretning for Wi-Fi 7 er støtte for sanntidsapplikasjoner (spill, virtuell og utvidet virkelighet, robotkontroll). Det er bemerkelsesverdig at selv om Wi-Fi håndterer lyd- og videotrafikk på en spesiell måte, har det lenge vært antatt at det å gi garantert lav latens på standardnivå (millisekunder), også kjent som tidssensitive nettverk, i Wi-Fi-nettverk er grunnleggende. umulig. I november 2017 kom teamet vårt fra IITP RAS og National Research University Higher School of Economics (ikke ta det for PR) et tilsvarende forslag i IEEE 802.11-gruppen. Forslaget skapte stor interesse og en egen undergruppe ble lansert i juli 2018 for å studere saken nærmere. Fordi støtte for sanntidsapplikasjoner krever både høye nominelle datahastigheter og forbedret lenkelagsfunksjonalitet, bestemte 802.11 Working Group seg for å utvikle metoder for å støtte sanntidsapplikasjoner innenfor Wi-Fi 7.
Et viktig problem med Wi-Fi 7 er sameksistensen med mobilnettverksteknologier (4G/5G) som utvikles av 3GPP og opererer i de samme ulisensierte frekvensbåndene. Vi snakker om LTE-LAA/NR-U. For å studere problemene knyttet til sameksistensen av Wi-Fi og mobilnettverk, lanserte IEEE 802.11 Coexisting Standing Committee (Coex SC). Til tross for mange møter og til og med en felles workshop med 3GPP- og IEEE 802.11-deltakere i juli 2019 i Wien, har tekniske løsninger ennå ikke blitt godkjent. En mulig forklaring på denne nytteløsheten er at både IEEE 802 og 3GPP er motvillige til å endre sine egne teknologier for å samsvare med den andre. Dermed, Det er foreløpig uklart om Coex SC-diskusjonene vil påvirke Wi-Fi 7-standarden.
Utviklingsprosess
Selv om Wi-Fi 7-utviklingsprosessen er i sine veldig tidlige stadier, har det til dags dato kommet nesten 500 forslag til ny funksjonalitet for den kommende Wi-Fi 7, også kjent som IEEE 802.11be. De fleste av ideene blir bare diskutert i be-undergruppen, og en beslutning om dem er ennå ikke tatt. Andre ideer har nylig blitt godkjent. Nedenfor vil det tydelig fremgå hvilke forslag som godkjennes og hvilke som kun er til behandling.
Det var opprinnelig planlagt at utviklingen av de viktigste nye mekanismene skulle være fullført innen mars 2021. Den endelige versjonen av standarden forventes tidlig i 2024. I januar 2020 ble 11be reist bekymringer om hvorvidt utviklingen ville holde seg i rute med dagens arbeidstempo. For å øke hastigheten på standardutviklingsprosessen, ble undergruppen enige om å velge et lite sett med høyprioriterte funksjoner som kunne utgis innen 2021 (utgave 1), og la resten stå på utgivelse 2. Høyprioriterte funksjoner bør gi de viktigste ytelsesgevinstene og inkluderer støtte for 320 MHz, 4K-QAM, åpenbare forbedringer av OFDMA fra Wi-Fi 6, MU-MIMO med 16 strømmer.
På grunn av koronaviruset møtes ikke gruppen personlig, men holder jevnlig telefonkonferanser. Dermed avtok utviklingen noe, men stoppet ikke opp.
Teknologidetaljer
La oss se på de viktigste nyvinningene til Wi-Fi 7.
- Den nye fysiske lagprotokollen er en utvikling av Wi-Fi 6-protokollen med en dobling båndbredde opp til 320 MHz, dobbelt så mange romlige MU-MIMO-strømmer, som øker den nominelle gjennomstrømningen med 2×2 = 4 ganger. Wi-Fi 7 begynner også å bruke modulering 4K-QAM, som legger til ytterligere 20 % til den nominelle gjennomstrømningen. Derfor vil Wi-Fi 7 gi 2x2x1,2 = 4,8 ganger den nominelle datahastigheten til Wi-Fi 6: Wi-Fi 7s maksimale nominelle gjennomstrømning er 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. I tillegg vil det være en revolusjonerende endring i den fysiske lagprotokollen for å sikre kompatibilitet med fremtidige versjoner av Wi-Fi, men den vil forbli usynlig for brukerne.
- Endring av kanaltilgangsmetode for sanntids applikasjonsstøtte vil bli utført under hensyntagen til erfaringen med IEEE 802 TSN for kablede nettverk. Pågående diskusjoner i standardkomiteen er knyttet til den tilfeldige backoff-prosedyren for kanaltilgang, trafikktjenestekategorier og derfor separate køer for sanntidstrafikk og pakketjenestepolicyer.
- Introdusert i Wi-Fi 6 (802.11ax) OFDMA utvidelse – tids- og frekvensdelingskanaltilgangsmetode (lik den som brukes i 4G- og 5G-nettverk) – gir nye muligheter for optimal ressursallokering. I 11ax er imidlertid ikke OFDMA fleksibel nok. For det første lar det tilgangspunktet tildele kun én ressursblokk av en forhåndsbestemt størrelse til klientenheten. For det andre støtter den ikke direkte overføring mellom klientstasjoner. Begge ulempene reduserer spektral effektivitet. I tillegg forringer mangelen på fleksibilitet til eldre Wi-Fi 6 OFDMA ytelsen i tette nettverk og øker ventetiden, noe som er kritisk for sanntidsapplikasjoner. 11be vil løse disse OFDMA-problemene.
- En av de bekreftede revolusjonerende endringene av Wi-Fi 7 er innebygd støtte samtidig bruk av flere parallellkoblinger ved forskjellige frekvenser, som er veldig nyttig for både store datahastigheter og ekstremt lav ventetid. Selv om moderne brikkesett allerede kan bruke flere tilkoblinger samtidig, for eksempel i 2.4 og 5 GHz-båndene, er disse tilkoblingene uavhengige, noe som begrenser effektiviteten til en slik operasjon. I 11be vil det bli funnet et nivå av synkronisering mellom kanaler som tillater effektiv bruk av kanalressurser og vil medføre betydelige endringer i reglene for kanaltilgangsprotokollen.
- Bruken av veldig brede kanaler og et stort antall romlige strømmer fører til problemet med høy overhead forbundet med kanaltilstandsestimateprosedyren som kreves for MIMO og OFDMA. Denne overheaden kansellerer ut eventuelle gevinster ved å øke nominelle datahastigheter. Forventet det prosedyren for vurdering av kanaltilstanden vil bli revidert.
- I forbindelse med Wi-Fi 7 diskuterer standardkomiteen bruken av noen «avanserte» dataoverføringsmetoder. I teorien forbedrer disse metodene spektral effektivitet i tilfelle av gjentatte overføringsforsøk, samt samtidige overføringer i samme eller motsatte retninger. Disse inkluderer hybrid automatisk gjentatt forespørsel (HARQ), som for tiden brukes i mobilnettverk, full-dupleksmodus og ikke-ortogonal multippeltilgang (NOMA). Disse teknikkene er godt studert i litteraturen i teorien, men det er ennå ikke klart om produktivitetsgevinsten de gir vil være verdt innsatsen for å implementere dem.
- Bruk HARQ komplisert av følgende problem. I Wi-Fi limes pakker sammen for å redusere overhead. I gjeldende versjoner av Wi-Fi bekreftes leveringen av hver pakke inne i den limte, og hvis bekreftelsen ikke kommer, gjentas overføringen av pakken ved hjelp av kanaltilgangsprotokollmetoder. HARQ flytter forsøk fra datalinken til det fysiske laget, der det ikke er flere pakker, men bare kodeord, og grensene til kodeordene ikke sammenfaller med grensene til pakkene. Denne desynkroniseringen kompliserer implementeringen av HARQ i Wi-Fi.
- når det gjelder Full-Duplex, da er det for øyeblikket verken i mobilnettverk eller i Wi-Fi-nettverk mulig å overføre data samtidig i samme frekvenskanal til og fra tilgangspunktet (basestasjonen). Fra et teknisk synspunkt skyldes dette den store forskjellen i kraften til det overførte og mottatte signalet. Selv om det finnes prototyper som kombinerer digital og analog subtraksjon av det overførte signalet fra det mottatte signalet, som er i stand til å motta et Wi-Fi-signal under overføringen, kan forsterkningen de kan gi i praksis være ubetydelig på grunn av det faktum at til enhver tid nedstrøms er ikke lik den stigende (i gjennomsnitt "på sykehuset" er den synkende betydelig større). Dessuten vil en slik toveisoverføring komplisere protokollen betydelig.
- Mens overføring av flere strømmer ved hjelp av MIMO krever flere antenner for avsender og mottaker, med ikke-ortogonal tilgang kan tilgangspunktet samtidig overføre data til to mottakere fra en enkelt antenne. Ulike ikke-ortogonale tilgangsalternativer er inkludert i de nyeste 5G-spesifikasjonene. Prototype NEI MEN Wi-Fi ble først opprettet i 2018 på IITP RAS (igjen, ikke betrakt det som PR). Den viste en ytelsesøkning på 30–40 %. Fordelen med den utviklede teknologien er dens bakoverkompatibilitet: en av de to mottakerne kan være en utdatert enhet som ikke støtter Wi-Fi 7. Generelt er problemet med bakoverkompatibilitet veldig viktig, siden enheter fra forskjellige generasjoner kan fungere samtidig på et Wi-Fi-nettverk. For tiden analyserer flere team rundt om i verden effektiviteten av den kombinerte bruken av NOMA og MU-MIMO, hvis resultater vil bestemme den fremtidige skjebnen til tilnærmingen. Vi fortsetter også å jobbe med prototypen: den neste versjonen vil bli presentert på IEEE INFOCOM-konferansen i juli 2020.
- Til slutt, en annen viktig innovasjon, men med en uklar skjebne, er koordinert drift av tilgangspunkter. Selv om mange leverandører har sine egne sentraliserte kontrollere for bedriftens Wi-Fi-nettverk, har egenskapene til slike kontrollere generelt vært begrenset til langsiktig parameterkonfigurasjon og kanalvalg. Standardkomiteen diskuterer tettere samarbeid mellom tilstøtende tilgangspunkter, som inkluderer koordinert overføringsplanlegging, stråleforming og til og med distribuerte MIMO-systemer. Noen av tilnærmingene som vurderes bruker sekvensiell interferenskansellering (omtrent det samme som i NOMA). Selv om tilnærminger for 11be-koordinering ennå ikke er utviklet, er det ingen tvil om at standarden vil tillate tilgangspunkter fra forskjellige produsenter å koordinere overføringsplaner med hverandre for å redusere gjensidig interferens. Andre, mer komplekse tilnærminger (som distribuert MU-MIMO) vil være vanskeligere å implementere i standarden, selv om noen medlemmer av gruppen er fast bestemt på å gjøre det i versjon 2. Uavhengig av utfallet, skjebnen til tilgangspunktkoordineringsmetoder er uklart. Selv om de er inkludert i standarden, kan de ikke nå markedet. En lignende ting har skjedd før når man prøver å bringe orden på Wi-Fi-overføringer ved hjelp av løsninger som HCCA (11e) og HCCA TXOP Negotiation (11be).
Oppsummert ser det ut til at de fleste av forslagene knyttet til de fem første gruppene vil bli en del av Wi-Fi 7, mens forslagene knyttet til de to siste gruppene krever betydelig tilleggsforskning for å bevise effektiviteten.
Flere tekniske detaljer
Tekniske detaljer om Wi-Fi 7 kan leses (på engelsk)
Kilde: www.habr.com