Recent, au intrat pe piata dispozitive care suporta tehnologia Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax), despre care se vorbeste mult. Dar puțini oameni știu că dezvoltarea unei noi generații de tehnologie Wi-Fi este deja în curs de desfășurare - Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Aflați cum va fi Wi-Fi 7 în acest articol.
preistorie
În septembrie 2020, vom sărbători cea de-a 30-a aniversare a proiectului IEEE 802.11, care a avut un impact semnificativ asupra vieților noastre. În prezent, tehnologia Wi-Fi, definită de familia de standarde IEEE 802.11, este cea mai populară tehnologie fără fir utilizată pentru conectarea la Internet, Wi-Fi transportând mai mult de jumătate din traficul utilizatorilor. În timp ce tehnologia celulară se rebrandează la fiecare deceniu, cum ar fi înlocuirea denumirii 4G cu 5G, pentru utilizatorii de Wi-Fi, îmbunătățirile vitezei datelor, precum și introducerea de noi servicii și noi funcții, apar aproape neobservate. Puțini clienți le pasă de literele „n”, „ac” sau „ax” care urmează „802.11” pe cutiile de echipamente. Dar asta nu înseamnă că Wi-Fi nu evoluează.
O dovadă a evoluției Wi-Fi este creșterea dramatică a vitezei de date nominale: de la 2 Mbps în versiunea din 1997 la aproape 10 Gbps în cel mai recent standard 802.11ax, cunoscut și sub numele de Wi-Fi 6. Wi-Fi-ul modern ajunge la astfel de câștiguri de performanță datorită designului mai rapid al semnalului și codului, canalelor mai largi și utilizării tehnologiei .
Pe lângă rețelele locale wireless de mare viteză, evoluția Wi-Fi include mai multe proiecte de nișă. De exemplu, Wi-Fi HaLow (802.11ah) a fost o încercare de a aduce Wi-Fi pe piața wireless Internet of Things. Wi-Fi cu unde milimetrice (802.11ad/ay) acceptă rate nominale de date de până la 275 Gbps, deși pe distanțe foarte scurte.
Noile aplicații și servicii legate de streaming video de înaltă definiție, realitate virtuală și augmentată, jocuri, birouri la distanță și cloud computing, precum și nevoia de a susține un număr mare de utilizatori cu trafic intens pe rețelele wireless, necesită performanțe ridicate.
Wi-Fi 7 obiective
În mai 2019, subgrupul BE (TGbe) al Grupului de lucru 802.11 al Comitetului pentru standarde pentru rețelele locale și metropolitane a început să lucreze la o nouă adăugare la standardul Wi-Fi care va crește debit nominal de până la 40 Gbit/s într-un canal de frecvență din gama „tipic” Wi-Fi <= 7 GHz. Deși multe documente listează „debitul maxim de cel puțin 30 Gbps”, noul protocol de nivel fizic va oferi viteze nominale care depășesc 40 Gbps.
O altă direcție importantă de dezvoltare pentru Wi-Fi 7 este suport pentru aplicații în timp real (jocuri, realitate virtuală și augmentată, control robot). Este de remarcat faptul că, deși Wi-Fi gestionează traficul audio și video într-un mod special, s-a crezut de mult timp că furnizarea de latență scăzută garantată la nivel standard (milisecunde), cunoscută și sub numele de Time-Sensitive Networking, în rețelele Wi-Fi este fundamental. imposibil. În noiembrie 2017, echipa noastră de la IITP RAS și Școala Superioară de Economie a Universității Naționale de Cercetare (nu o luați pentru PR) a făcut o propunere corespunzătoare în grupul IEEE 802.11. Propunerea a generat mult interes și un subgrup special a fost lansat în iulie 2018 pentru a studia problema în continuare. Deoarece susținerea aplicațiilor în timp real necesită atât rate nominale ridicate de date, cât și funcționalitate îmbunătățită a stratului de legătură, grupul de lucru 802.11 a decis să dezvolte metode pentru a susține aplicații în timp real în Wi-Fi 7.
O problemă importantă cu Wi-Fi 7 este coexistența sa cu tehnologiile de rețea celulară (4G/5G) dezvoltate de 3GPP și care funcționează în aceleași benzi de frecvență fără licență. Vorbim despre LTE-LAA/NR-U. Pentru a studia problemele asociate cu coexistența rețelelor Wi-Fi și celulare, IEEE 802.11 a lansat Coexisting Standing Committee (Coex SC). În ciuda numeroaselor întâlniri și chiar a unui atelier comun al participanților 3GPP și IEEE 802.11 în iulie 2019 la Viena, soluțiile tehnice nu au fost încă aprobate. O posibilă explicație pentru această inutilitate este că atât IEEE 802, cât și 3GPP sunt reticente în a-și schimba propriile tehnologii pentru a se conforma celorlalte. Prin urmare, În prezent, nu este clar dacă discuțiile Coex SC vor avea un impact asupra standardului Wi-Fi 7.
Proces de dezvoltare
Deși procesul de dezvoltare a Wi-Fi 7 este în fazele sale foarte incipiente, până în prezent au existat aproape 500 de propuneri pentru noi funcționalități pentru viitorul Wi-Fi 7, cunoscut și ca IEEE 802.11be. Cele mai multe dintre idei sunt doar discutate în subgrupul be și încă nu a fost luată o decizie cu privire la ele. Alte idei au fost aprobate recent. Mai jos se vor indica în mod clar ce propuneri sunt aprobate și care sunt doar în discuție.
Inițial, a fost planificat ca dezvoltarea noilor mecanisme principale să fie finalizată până în martie 2021. Versiunea finală a standardului este așteptată la începutul anului 2024. În ianuarie 2020, 11be și-a exprimat îngrijorarea cu privire la faptul dacă dezvoltarea va rămâne conform programului în ritmul actual de lucru. Pentru a accelera procesul de dezvoltare standard, subgrupul a fost de acord să selecteze un set mic de funcții cu prioritate ridicată care ar putea fi lansate până în 2021 (Versiunea 1) și să lase restul la Versiunea 2. Caracteristicile cu prioritate ridicată ar trebui să ofere principalele câștiguri de performanță și includ suport pentru 320 MHz, 4K- QAM, îmbunătățiri evidente ale OFDMA de la Wi-Fi 6, MU-MIMO cu 16 fluxuri.
Din cauza coronavirusului, grupul nu se întâlnește în prezent personal, dar ține regulat teleconferințe. Astfel, dezvoltarea a încetinit oarecum, dar nu s-a oprit.
Detalii de tehnologie
Să ne uităm la principalele inovații ale Wi-Fi 7.
- Noul protocol de nivel fizic este o dezvoltare a protocolului Wi-Fi 6 cu o creștere de două ori lățime de bandă de până la 320 MHz, dublu față de numărul de fluxuri MU-MIMO spațiale, care mărește debitul nominal de 2×2 = 4 ori. Wi-Fi 7 începe, de asemenea, să folosească modulația 4K-QAM, care adaugă încă 20% la debitul nominal. Prin urmare, Wi-Fi 7 va oferi 2x2x1,2 = 4,8 ori rata de date nominală a Wi-Fi 6: debitul maxim nominal al Wi-Fi 7 este de 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. În plus, va exista o schimbare revoluționară a protocolului stratului fizic pentru a asigura compatibilitatea cu versiunile viitoare de Wi-Fi, dar va rămâne invizibil pentru utilizatori.
- Schimbarea metodei de acces la canal pentru suport pentru aplicații în timp real se va realiza ținând cont de experiența IEEE 802 TSN pentru rețelele cu fir. Discuțiile în curs în cadrul comitetului de standarde se referă la procedura de retragere aleatorie pentru accesul la canal, categoriile de servicii de trafic și, prin urmare, cozi separate pentru traficul în timp real și politicile de servicii de pachete.
- Introdus în Wi-Fi 6 (802.11ax) Extensie OFDMA – metoda de acces la canal de diviziune în timp și frecvență (similară cu cea utilizată în rețelele 4G și 5G) – oferă noi oportunități pentru alocarea optimă a resurselor. Cu toate acestea, în 11ax, OFDMA nu este suficient de flexibil. În primul rând, permite punctului de acces să aloce un singur bloc de resurse de o dimensiune predeterminată dispozitivului client. În al doilea rând, nu acceptă transmisia directă între stațiile client. Ambele dezavantaje reduc eficiența spectrală. În plus, lipsa de flexibilitate a vechiului Wi-Fi 6 OFDMA degradează performanța în rețelele dense și crește latența, care este esențială pentru aplicațiile în timp real. 11be va rezolva aceste probleme OFDMA.
- Una dintre modificările revoluționare confirmate ale Wi-Fi 7 este suportul nativ utilizarea simultană a mai multor conexiuni paralele la frecvențe diferite, care este foarte util atât pentru rate uriașe de date, cât și pentru o latență extrem de scăzută. Deși chipseturile moderne pot utiliza deja mai multe conexiuni simultan, de exemplu, în benzile de 2.4 și 5 GHz, aceste conexiuni sunt independente, ceea ce limitează eficacitatea unei astfel de operațiuni. În 11be, se va găsi un nivel de sincronizare între canale care permite utilizarea eficientă a resurselor canalului și va implica schimbări semnificative în regulile protocolului de acces la canal.
- Utilizarea canalelor foarte largi și a unui număr mare de fluxuri spațiale duce la problema supraîncărcării mari asociate cu procedura de estimare a stării canalului necesară pentru MIMO și OFDMA. Această suprasarcină anulează orice câștig din creșterea ratelor nominale de date. M-am așteptat la asta procedura de evaluare a stării canalului va fi revizuită.
- În contextul Wi-Fi 7, comitetul de standarde discută despre utilizarea unor metode „avansate” de transfer de date. În teorie, aceste metode îmbunătățesc eficiența spectrală în cazul încercărilor repetate de transmisie, precum și transmisiilor simultane în aceleași direcții sau opuse. Acestea includ cererea de repetare automată hibridă (HARQ), utilizată în prezent în rețelele celulare, modul full-duplex și accesul multiplu non-ortogonal (NOMA). Aceste tehnici au fost bine studiate în literatura de specialitate în teorie, dar nu este încă clar dacă câștigurile de productivitate pe care le oferă vor merita efortul de a le implementa.
- Folosi HARQ complicată de următoarea problemă. În Wi-Fi, pachetele sunt lipite între ele pentru a reduce costurile. În versiunile actuale de Wi-Fi, livrarea fiecărui pachet în interiorul celui lipit este confirmată și, dacă nu vine confirmarea, transmiterea pachetului se repetă folosind metodele protocolului de acces la canal. HARQ mută reîncercări de la legătura de date la nivelul fizic, unde nu mai există pachete, ci doar cuvinte de cod, iar granițele cuvintelor de cod nu coincid cu limitele pachetelor. Această desincronizare complică implementarea HARQ în Wi-Fi.
- cu privire la Full-duplex, atunci în prezent nici în rețelele celulare și nici în rețelele Wi-Fi nu este posibilă transmiterea simultană a datelor pe același canal de frecvență către și de la punctul de acces (stația de bază). Din punct de vedere tehnic, acest lucru se datorează diferenței mari de putere a semnalului transmis și recepționat. Deși există prototipuri care combină scăderea digitală și analogică a semnalului transmis din semnalul recepționat, capabile să primească un semnal Wi-Fi în timpul transmiterii acestuia, câștigul pe care îl pot oferi în practică poate fi neglijabil datorită faptului că în orice moment dat. avalul nu este egal cu cel ascendent (în medie „în spital” cel descendent este semnificativ mai mare). Mai mult, o astfel de transmisie bidirecțională va complica semnificativ protocolul.
- În timp ce transmiterea mai multor fluxuri folosind MIMO necesită mai multe antene pentru expeditor și destinatar, cu acces non-ortogonal, punctul de acces poate transmite simultan date către doi destinatari de la o singură antenă. Diferite opțiuni de acces non-ortogonale sunt incluse în cele mai recente specificații 5G. Prototip NU DAR Wi-Fi a fost creat pentru prima dată în 2018 la IITP RAS (din nou, nu-l considerați PR). A demonstrat o creștere a performanței cu 30-40%. Avantajul tehnologiei dezvoltate este retrocompatibilitatea acesteia: unul dintre cei doi destinatari poate fi un dispozitiv învechit care nu acceptă Wi-Fi 7. În general, problema compatibilității înapoi este foarte importantă, deoarece dispozitivele din generații diferite pot funcționa simultan. într-o rețea Wi-Fi. În prezent, mai multe echipe din întreaga lume analizează eficacitatea utilizării combinate a NOMA și MU-MIMO, ale căror rezultate vor determina soarta viitoare a abordării. De asemenea, continuăm să lucrăm la prototip: următoarea sa versiune va fi prezentată la conferința IEEE INFOCOM din iulie 2020.
- În sfârșit, o altă inovație importantă, dar cu o soartă neclară, este operarea coordonată a punctelor de acces. Deși mulți furnizori au propriile lor controlere centralizate pentru rețelele Wi-Fi ale întreprinderilor, capacitățile acestor controlere au fost în general limitate la configurarea parametrilor pe termen lung și selecția canalului. Comitetul pentru standarde discută o cooperare mai strânsă între punctele de acces învecinate, care include programarea coordonată a transmisiei, formarea fasciculului și chiar sistemele MIMO distribuite. Unele dintre abordările luate în considerare folosesc anularea secvenţială a interferenţei (aproximativ la fel ca în NOMA). Deși abordările pentru coordonarea 11be nu au fost încă dezvoltate, nu există nicio îndoială că standardul va permite punctelor de acces de la diferiți producători să coordoneze programele de transmisie între ele pentru a reduce interferența reciprocă. Alte abordări mai complexe (cum ar fi MU-MIMO distribuit) vor fi mai dificil de implementat în standard, deși unii membri ai grupului sunt hotărâți să facă acest lucru în versiunea 2. Indiferent de rezultat, soarta metodelor de coordonare a punctelor de acces este neclar. Chiar dacă sunt incluse în standard, este posibil să nu ajungă pe piață. Un lucru similar s-a mai întâmplat când s-a încercat să pună ordine în transmisiile Wi-Fi folosind soluții precum HCCA (11e) și HCCA TXOP Negotiation (11be).
Pe scurt, se pare că majoritatea propunerilor asociate cu primele cinci grupuri vor deveni parte a Wi-Fi 7, în timp ce propunerile asociate cu ultimele două grupuri necesită cercetări suplimentare semnificative pentru a-și dovedi eficacitatea.
Mai multe detalii tehnice
Detaliile tehnice despre Wi-Fi 7 pot fi citite (in engleza)
Sursa: www.habr.com