Pred kratkim so na trg prišle naprave, ki podpirajo tehnologijo Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax), o kateri se veliko govori. Malokdo pa ve, da že poteka razvoj nove generacije tehnologije Wi-Fi – Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). V tem članku ugotovite, kakšen bo Wi-Fi 7.
prazgodovina
Septembra 2020 bomo praznovali 30. obletnico projekta IEEE 802.11, ki je močno zaznamoval naša življenja. Trenutno je tehnologija Wi-Fi, opredeljena z družino standardov IEEE 802.11, najbolj priljubljena brezžična tehnologija, ki se uporablja za povezavo z internetom, pri čemer Wi-Fi prenaša več kot polovico uporabniškega prometa. Medtem ko se mobilna tehnologija vsako desetletje spremeni v blagovno znamko, kot je zamenjava imena 4G s 5G, se za uporabnike Wi-Fi izboljšanje hitrosti prenosa podatkov ter uvedba novih storitev in novih funkcij zgodi skoraj neopaženo. Malo kupcev skrbijo črke "n", "ac" ali "ax", ki sledijo "802.11" na škatlah opreme. Vendar to ne pomeni, da se Wi-Fi ne razvija.
Eden od dokazov razvoja Wi-Fi je dramatično povečanje ocenjenih podatkovnih hitrosti: od 2 Mbps v različici iz leta 1997 do skoraj 10 Gbps v najnovejšem standardu 802.11ax, znanem tudi kot Wi-Fi 6. Sodobni Wi-Fi dosega tako povečanje zmogljivosti zaradi hitrejšega oblikovanja signala in kode, širših kanalov in uporabe tehnologije .
Poleg glavnega toka hitrih brezžičnih lokalnih omrežij razvoj Wi-Fi vključuje več nišnih projektov. Na primer, Wi-Fi HaLow (802.11ah) je bil poskus prenosa Wi-Fi na trg brezžičnega interneta stvari. Wi-Fi z milimetrskimi valovi (802.11ad/ay) podpira nazivne hitrosti prenosa podatkov do 275 Gbps, čeprav na zelo kratkih razdaljah.
Nove aplikacije in storitve, povezane s pretakanjem videa v visoki ločljivosti, navidezno in razširjeno resničnostjo, igranjem iger, oddaljeno pisarno in računalništvom v oblaku ter potreba po podpori velikega števila uporabnikov z intenzivnim prometom v brezžičnih omrežjih, zahtevajo visoko zmogljivost.
Wi-Fi 7 golov
Maja 2019 je podskupina BE (TGbe) delovne skupine 802.11 odbora za standarde lokalnih in metropolitanskih omrežij začela delati na novem dodatku k standardu Wi-Fi, ki bo povečal nazivna prepustnost do več kot 40 Gbit/s v enem frekvenčnem kanalu "tipičnega" območja Wi-Fi <= 7 GHz. Čeprav številni dokumenti navajajo "največjo prepustnost vsaj 30 Gbps", bo novi protokol fizične plasti zagotavljal nazivne hitrosti nad 40 Gbps.
Druga pomembna razvojna smer za Wi-Fi 7 je podpora za aplikacije v realnem času (igre, navidezna in obogatena resničnost, upravljanje robotov). Omeniti velja, da čeprav Wi-Fi obravnava avdio in video promet na poseben način, je dolgo veljalo, da je zagotavljanje standardne ravni zajamčene nizke zakasnitve (milisekund), znano tudi kot časovno občutljivo omrežje, v omrežjih Wi-Fi bistveno nemogoče. Novembra 2017 je naša ekipa iz IITP RAS in Nacionalne raziskovalne univerze Visoka ekonomska šola (ne jemljite tega za PR) podala ustrezen predlog v skupini IEEE 802.11. Predlog je vzbudil veliko zanimanja in julija 2018 je bila ustanovljena posebna podskupina za nadaljnjo preučitev tega vprašanja. Ker podpora aplikacijam v realnem času zahteva visoke nominalne hitrosti prenosa podatkov in izboljšano funkcionalnost povezovalnega sloja, se je delovna skupina 802.11 odločila razviti metode za podporo aplikacijam v realnem času znotraj Wi-Fi 7.
Pomembna težava pri Wi-Fi 7 je soobstoj s tehnologijami celičnega omrežja (4G/5G), ki jih razvija 3GPP in delujejo v istih nelicenciranih frekvenčnih pasovih. Govorimo o LTE-LAA/NR-U. Za preučevanje težav, povezanih s soobstojem Wi-Fi in mobilnih omrežij, je IEEE 802.11 ustanovil Soobstoječi stalni odbor (Coex SC). Kljub številnim srečanjem in celo skupni delavnici udeležencev 3GPP in IEEE 802.11 julija 2019 na Dunaju tehnične rešitve še niso bile potrjene. Možna razlaga za to neuporabnost je, da tako IEEE 802 kot 3GPP nerada spreminjata lastni tehnologiji, da bi se uskladila z drugo. torej Trenutno ni jasno, ali bodo razprave Coex SC vplivale na standard Wi-Fi 7.
Razvojni proces
Čeprav je razvojni proces Wi-Fi 7 v zelo zgodnjih fazah, je bilo do danes skoraj 500 predlogov za nove funkcije za prihajajoči Wi-Fi 7, znan tudi kot IEEE 802.11be. Večino idej v podskupini be šele obravnavajo in odločitev o njih še ni sprejeta. Druge ideje so bile nedavno odobrene. Spodaj bo jasno navedeno, kateri predlogi so potrjeni in kateri so le v obravnavi.
Prvotno je bilo načrtovano, da bo razvoj glavnih novih mehanizmov končan do marca 2021. Končna različica standarda se pričakuje do začetka leta 2024. Januarja 2020 je 11be izrazil pomisleke glede tega, ali bo razvoj ob trenutnem tempu dela ostal po načrtih. Da bi pospešili standardni razvojni proces, se je podskupina strinjala, da bo izbrala majhen nabor funkcij z visoko prioriteto, ki bi jih lahko izdali do leta 2021 (izdaja 1), ostalo pa pustila pri izdaji 2. Funkcije z visoko prioriteto bi morale zagotoviti glavno izboljšanje zmogljivosti in vključujejo podporo za 320 MHz, 4K-QAM, očitne izboljšave OFDMA iz Wi-Fi 6, MU-MIMO s 16 tokovi.
Zaradi koronavirusa se skupina trenutno ne srečuje osebno, vendar redno organizira telekonference. Tako se je razvoj nekoliko upočasnil, ni pa ustavil.
Podrobnosti tehnologije
Oglejmo si glavne novosti Wi-Fi 7.
- Nov protokol fizične plasti je razvoj protokola Wi-Fi 6 z dvakratnim povečanjem pasovna širina do 320 MHz, dvojno število prostorskih tokov MU-MIMO, kar poveča nazivni pretok za 2×2 = 4-krat. Wi-Fi 7 prav tako začne uporabljati modulacijo 4K-QAM, kar k nazivnemu pretoku doda še 20 %. Zato bo Wi-Fi 7 zagotovil 2x2x1,2 = 4,8-kratno nazivno hitrost prenosa podatkov kot Wi-Fi 6: največja nazivna prepustnost Wi-Fi 7 je 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Poleg tega bo prišlo do revolucionarne spremembe v protokolu fizičnega sloja, da se zagotovi združljivost s prihodnjimi različicami Wi-Fi, vendar bo ostal neviden za uporabnike.
- Spreminjanje načina dostopa do kanala za podpora aplikacij v realnem času bo izveden ob upoštevanju izkušenj IEEE 802 TSN za žična omrežja. Tekoče razprave v odboru za standarde se nanašajo na naključni postopek odmika za dostop do kanala, kategorije prometnih storitev in zato ločene čakalne vrste za promet v realnem času ter politike paketnih storitev.
- Predstavljeno v Wi-Fi 6 (802.11ax) razširitev OFDMA – metoda dostopa do kanala s časovno in frekvenčno razdelitvijo (podobna tisti, ki se uporablja v omrežjih 4G in 5G) – ponuja nove možnosti za optimalno razporejanje virov. Vendar v 11ax OFDMA ni dovolj prilagodljiv. Prvič, omogoča dostopni točki, da odjemalski napravi dodeli samo en blok virov vnaprej določene velikosti. Drugič, ne podpira neposrednega prenosa med odjemalskimi postajami. Obe slabosti zmanjšujeta spektralno učinkovitost. Poleg tega pomanjkanje prilagodljivosti podedovanega Wi-Fi 6 OFDMA poslabša zmogljivost v gostih omrežjih in poveča zakasnitev, kar je ključnega pomena za aplikacije v realnem času. 11be bo rešil te težave OFDMA.
- Ena od potrjenih revolucionarnih sprememb Wi-Fi 7 je izvorna podpora hkratna uporaba več vzporednih povezav na različnih frekvencah, ki je zelo uporaben tako za velike hitrosti prenosa podatkov kot za izjemno nizko zakasnitev. Čeprav sodobni nabori čipov že lahko uporabljajo več povezav hkrati, na primer v pasovih 2.4 in 5 GHz, so te povezave neodvisne, kar omejuje učinkovitost takšnega delovanja. V 11be bo najdena stopnja sinhronizacije med kanali, ki omogoča učinkovito uporabo kanalskih virov in bo povzročila pomembne spremembe v pravilih protokola za dostop do kanala.
- Uporaba zelo širokih kanalov in velikega števila prostorskih tokov vodi do težave z velikimi stroški, povezanimi s postopkom ocenjevanja stanja kanala, ki je potreben za MIMO in OFDMA. Ta režijski strošek izniči vse dobičke zaradi povečanja nazivne hitrosti prenosa podatkov. Pričakovano to revidiran bo postopek ocenjevanja stanja kanala.
- V okviru Wi-Fi 7 odbor za standarde razpravlja o uporabi nekaterih "naprednih" metod prenosa podatkov. Teoretično te metode izboljšajo spektralno učinkovitost v primeru ponavljajočih se poskusov prenosa, pa tudi pri sočasnih prenosih v isti ali nasprotni smeri. Govorimo o hibridni avtomatski ponovitveni zahtevi (HARQ), ki se trenutno uporablja v mobilnih omrežjih, polnem dupleksnem načinu in neortogonalnem večkratnem dostopu (NOMA). Te tehnike so bile teoretično dobro raziskane v literaturi, vendar še ni jasno, ali bo povečanje produktivnosti, ki ga zagotavljajo, vredno truda za njihovo izvajanje.
- Uporaba HARQ zapleten zaradi naslednjega problema. V Wi-Fi so paketi zlepljeni skupaj, da zmanjšajo stroške. V trenutnih različicah Wi-Fi je dostava vsakega paketa znotraj zlepljenega potrjena in, če potrditev ne pride, se prenos paketa ponovi z metodami protokola za dostop do kanala. HARQ premakne ponovne poskuse iz podatkovne povezave na fizično plast, kjer ni več paketov, ampak le kodne besede, meje kodnih besed pa ne sovpadajo z mejami paketov. Ta desinhronizacija otežuje izvajanje HARQ v Wi-Fi.
- glede polni dupleks, potem trenutno niti v mobilnih omrežjih niti v omrežjih Wi-Fi ni mogoče istočasno prenašati podatkov v istem frekvenčnem kanalu do in iz dostopne točke (bazne postaje). S tehničnega vidika je to posledica velike razlike v moči oddanega in sprejetega signala. Čeprav obstajajo prototipi, ki združujejo digitalno in analogno odštevanje oddanega signala od prejetega signala, ki lahko med prenosom sprejmejo signal Wi-Fi, je dobiček, ki ga lahko zagotovijo v praksi, lahko zanemarljiv zaradi dejstva, da v danem trenutku dolvodna ni enaka naraščajoči (v povprečju »v bolnišnici« je padajoča bistveno večja). Poleg tega bo takšen dvosmerni prenos bistveno zapletel protokol.
- Medtem ko prenos več tokov z uporabo MIMO zahteva več anten za pošiljatelja in prejemnika, lahko z neortogonalnim dostopom dostopna točka istočasno prenaša podatke dvema prejemnikoma z ene antene. V najnovejše specifikacije 5G so vključene različne možnosti neortogonalnega dostopa. Prototip NE VEČ Wi-Fi je bil prvič ustvarjen leta 2018 na IITP RAS (še enkrat, ne menite, da je PR). Pokazal je 30-40-odstotno povečanje zmogljivosti. Prednost razvite tehnologije je njena združljivost za nazaj: eden od obeh prejemnikov je lahko zastarela naprava, ki ne podpira Wi-Fi 7. Na splošno je problem združljivosti za nazaj zelo pomemben, saj lahko hkrati delujejo naprave različnih generacij. v omrežju Wi-Fi. Trenutno več skupin po vsem svetu analizira učinkovitost kombinirane uporabe NOMA in MU-MIMO, rezultati tega pa bodo določili nadaljnjo usodo pristopa. Prav tako nadaljujemo z delom na prototipu: njegova naslednja različica bo predstavljena na konferenci IEEE INFOCOM julija 2020.
- Za konec pa še ena pomembna novost, a z nejasno usodo usklajeno delovanje dostopnih točk. Čeprav ima veliko prodajalcev lastne centralizirane krmilnike za omrežja Wi-Fi podjetij, so bile zmogljivosti takšnih krmilnikov na splošno omejene na dolgoročno konfiguracijo parametrov in izbiro kanala. Odbor za standarde razpravlja o tesnejšem sodelovanju med sosednjimi dostopnimi točkami, ki vključuje usklajeno razporejanje prenosa, oblikovanje snopa in celo porazdeljene sisteme MIMO. Nekateri obravnavani pristopi uporabljajo zaporedno odpravljanje motenj (približno enako kot v NOMA). Čeprav pristopi za usklajevanje 11be še niso bili razviti, ni dvoma, da bo standard omogočil dostopnim točkam različnih proizvajalcev medsebojno usklajevanje urnikov prenosa, da se zmanjšajo medsebojne motnje. Druge, bolj zapletene pristope (kot je porazdeljeni MU-MIMO) bo težje implementirati v standard, čeprav so nekateri člani skupine odločeni, da bodo to storili v izdaji 2. Ne glede na rezultat bo usoda metod usklajevanja dostopnih točk je nejasno. Tudi če so vključeni v standard, morda ne bodo dosegli trga. Podobno se je že zgodilo, ko smo skušali uvesti red v prenose Wi-Fi z rešitvami, kot sta HCCA (11e) in HCCA TXOP Negotiation (11be).
Če povzamemo, se zdi, da bo večina predlogov, povezanih s prvimi petimi skupinami, postala del Wi-Fi 7, medtem ko predlogi, povezani z zadnjima dvema skupinama, zahtevajo veliko dodatnih raziskav, da se dokaže njihova učinkovitost.
Več tehničnih podrobnosti
Tehnične podrobnosti o Wi-Fi 7 lahko preberete (na angleškem jeziku)
Vir: www.habr.com