Nyligen har enheter med stöd för Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax)-teknik, som det pratas mycket om, nyligen kommit in på marknaden. Men få människor vet att utvecklingen av en ny generation av Wi-Fi-teknik redan är på gång - Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Ta reda på hur Wi-Fi 7 kommer att se ut i den här artikeln.
förhistoria
I september 2020 kommer vi att fira 30-årsjubileet av IEEE 802.11-projektet, som har påverkat våra liv avsevärt. För närvarande är Wi-Fi-teknik, definierad av IEEE 802.11-familjen av standarder, den mest populära trådlösa tekniken som används för att ansluta till Internet, med Wi-Fi som bär mer än hälften av användartrafiken. Medan cellulär teknik byter namn varje årtionde, som att ersätta namnet 4G med 5G, för Wi-Fi-användare, sker förbättringar av datahastigheter, såväl som införandet av nya tjänster och nya funktioner, nästan obemärkt. Få kunder bryr sig om bokstäverna "n", "ac" eller "ax" som följer "802.11" på utrustningslådor. Men det betyder inte att Wi-Fi inte utvecklas.
Ett bevis på utvecklingen av Wi-Fi är den dramatiska ökningen av nominella datahastigheter: från 2 Mbps i 1997 års version till nästan 10 Gbps i den senaste 802.11ax-standarden, även känd som Wi-Fi 6. Modernt Wi-Fi når t.ex. prestandavinster på grund av snabbare signal- och koddesigner, bredare kanaler och användning av teknik .
Utöver huvudströmmen av höghastighets trådlösa lokala nätverk, inkluderar utvecklingen av Wi-Fi flera nischprojekt. Till exempel var Wi-Fi HaLow (802.11ah) ett försök att föra in Wi-Fi till den trådlösa Internet of Things-marknaden. Millimetervåg Wi-Fi (802.11ad/ay) stöder nominella datahastigheter på upp till 275 Gbps, om än över mycket korta avstånd.
Nya applikationer och tjänster relaterade till högupplöst videostreaming, virtuell och förstärkt verklighet, spel, fjärrkontor och molnberäkning, samt behovet av att stödja ett stort antal användare med intensiv trafik på trådlösa nätverk, kräver hög prestanda.
Wi-Fi 7 mål
I maj 2019 började BE (TGbe) undergruppen i 802.11 Working Group of the Local and Metropolitan Area Network Standards Committee arbetet med ett nytt tillägg till Wi-Fi-standarden som kommer att öka nominell genomströmning upp till mer än 40 Gbit/s i en frekvenskanal av det "typiska" Wi-Fi-intervallet <= 7 GHz. Även om många dokument anger "maximal genomströmning på minst 30 Gbps", kommer det nya fysiska lagerprotokollet att ge nominella hastigheter över 40 Gbps.
En annan viktig utvecklingsriktning för Wi-Fi 7 är stöd för realtidsapplikationer (spel, virtuell och förstärkt verklighet, robotstyrning). Det är anmärkningsvärt att även om Wi-Fi hanterar ljud- och videotrafik på ett speciellt sätt, har det länge ansetts att tillhandahållande av garanterad låg latens på standardnivå (millisekunder), även känd som tidskänsligt nätverk, i Wi-Fi-nätverk är fundamentalt omöjlig. I november 2017 gjorde vårt team från IITP RAS och National Research University Higher School of Economics (inte ta det för PR) ett motsvarande förslag i IEEE 802.11-gruppen. Förslaget väckte stort intresse och en särskild undergrupp lanserades i juli 2018 för att studera frågan vidare. Eftersom stöd för realtidsapplikationer kräver både höga nominella datahastigheter och förbättrad länklagerfunktionalitet, beslutade 802.11 Working Group att utveckla metoder för att stödja realtidsapplikationer inom Wi-Fi 7.
Ett viktigt problem med Wi-Fi 7 är dess samexistens med mobilnätsteknik (4G/5G) som utvecklas av 3GPP och fungerar i samma olicensierade frekvensband. Vi pratar om LTE-LAA/NR-U. För att studera problemen förknippade med samexistensen av Wi-Fi och cellulära nätverk, lanserade IEEE 802.11 Coexisting Standing Committee (Coex SC). Trots många möten och till och med en gemensam workshop med 3GPP- och IEEE 802.11-deltagare i juli 2019 i Wien, har tekniska lösningar ännu inte godkänts. En möjlig förklaring till denna meningslöshet är att både IEEE 802 och 3GPP är ovilliga att ändra sin egen teknik för att överensstämma med den andra. Således, Det är för närvarande oklart om Coex SC-diskussionerna kommer att påverka Wi-Fi 7-standarden.
Utvecklingsprocess
Även om utvecklingsprocessen för Wi-Fi 7 är i ett mycket tidigt skede, har det hittills kommit nästan 500 förslag på ny funktionalitet för den kommande Wi-Fi 7, även känd som IEEE 802.11be. De flesta av idéerna diskuteras just i be-undergruppen och något beslut om dem har ännu inte fattats. Andra idéer har nyligen godkänts. Nedan kommer det tydligt framgå vilka förslag som är godkända och vilka som endast diskuteras.
Det var ursprungligen planerat att utvecklingen av de viktigaste nya mekanismerna skulle vara klar i mars 2021. Den slutliga versionen av standarden väntas i början av 2024. I januari 2020 tog 11be upp oro för huruvida utvecklingen skulle hålla sig enligt tidsplanen i nuvarande arbetstakt. För att påskynda standardutvecklingsprocessen gick undergruppen överens om att välja en liten uppsättning högprioriterade funktioner som skulle kunna släppas senast 2021 (Release 1), och lämna resten vid Release 2. Högprioriterade funktioner bör ge de viktigaste prestandavinsterna och inkluderar stöd för 320 MHz, 4K-QAM, uppenbara förbättringar av OFDMA från Wi-Fi 6, MU-MIMO med 16 strömmar.
På grund av coronaviruset träffas gruppen för närvarande inte personligen utan håller regelbundet telefonkonferenser. Utvecklingen avtog alltså något, men stannade inte av.
Tekniska detaljer
Låt oss titta på de viktigaste innovationerna i Wi-Fi 7.
- Det nya fysiska lagerprotokollet är en utveckling av Wi-Fi 6-protokollet med en dubbel ökning bandbredd upp till 320 MHz, dubbelt så många rumsliga MU-MIMO-strömmar, vilket ökar den nominella genomströmningen med 2×2 = 4 gånger. Wi-Fi 7 börjar också använda modulering 4K-QAM, vilket lägger till ytterligare 20 % till den nominella genomströmningen. Därför kommer Wi-Fi 7 att ge 2x2x1,2 = 4,8 gånger den nominella datahastigheten för Wi-Fi 6: Wi-Fi 7:s maximala nominella genomströmning är 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Dessutom kommer det att ske en revolutionerande förändring av det fysiska lagerprotokollet för att säkerställa kompatibilitet med framtida versioner av Wi-Fi, men det kommer att förbli osynligt för användarna.
- Ändra kanalåtkomstmetoden för applikationsstöd i realtid kommer att genomföras med hänsyn till erfarenheten av IEEE 802 TSN för trådbundna nätverk. Pågående diskussioner i standardkommittén avser den slumpmässiga backoff-proceduren för kanalåtkomst, trafiktjänstkategorier och därför separata köer för realtidstrafik och pakettjänstpolicyer.
- Introducerad i Wi-Fi 6 (802.11ax) OFDMA förlängning – tids- och frekvensuppdelad kanalaccessmetod (liknande den som används i 4G- och 5G-nätverk) – ger nya möjligheter för optimal resursallokering. Men i 11ax är OFDMA inte tillräckligt flexibel. För det första tillåter den åtkomstpunkten att tilldela enbart ett resursblock av en förutbestämd storlek till klientenheten. För det andra stöder den inte direkt överföring mellan klientstationer. Båda nackdelarna minskar spektral effektivitet. Dessutom försämrar bristen på flexibilitet hos äldre Wi-Fi 6 OFDMA prestandan i täta nätverk och ökar latensen, vilket är avgörande för realtidsapplikationer. 11be kommer att lösa dessa OFDMA-problem.
- En av de bekräftade revolutionerande förändringarna av Wi-Fi 7 är inbyggt stöd samtidig användning av flera parallella anslutningar vid olika frekvenser, vilket är mycket användbart för både enorma datahastigheter och extremt låg latens. Även om moderna chipset redan kan använda flera anslutningar samtidigt, till exempel i 2.4 och 5 GHz-banden, är dessa anslutningar oberoende, vilket begränsar effektiviteten av en sådan operation. I 11be kommer en nivå av synkronisering mellan kanaler att hittas som tillåter effektiv användning av kanalresurser och kommer att medföra betydande förändringar i reglerna för kanalåtkomstprotokollet.
- Användningen av mycket breda kanaler och ett stort antal rumsliga strömmar leder till problemet med hög overhead i samband med kanaltillståndsuppskattningsproceduren som krävs för MIMO och OFDMA. Denna overhead tar bort alla vinster från att öka nominella datahastigheter. Förväntade sig det förfarandet för bedömning av kanaltillståndet kommer att revideras.
- I samband med Wi-Fi 7 diskuterar standardkommittén användningen av några "avancerade" dataöverföringsmetoder. I teorin förbättrar dessa metoder spektral effektivitet i fallet med upprepade sändningsförsök, såväl som samtidiga sändningar i samma eller motsatta riktningar. Vi talar om hybrid automatisk upprepad begäran (HARQ), som för närvarande används i cellulära nätverk, full-duplex-läge och icke-ortogonal multipel åtkomst (NOMA). Dessa tekniker har studerats väl i litteraturen i teorin, men det är ännu inte klart om de produktivitetsvinster de ger kommer att vara värda ansträngningen att implementera dem.
- Använd HARQ komplicerat av följande problem. I Wi-Fi limmas paket ihop för att minska omkostnader. I nuvarande versioner av Wi-Fi bekräftas leveransen av varje paket inuti det limmade och, om bekräftelse inte kommer, upprepas överföringen av paketet med metoder för kanalåtkomstprotokoll. HARQ flyttar försök från datalänken till det fysiska lagret, där det inte finns fler paket, utan bara kodord, och kodordens gränser inte sammanfaller med paketens gränser. Denna avsynkronisering komplicerar implementeringen av HARQ i Wi-Fi.
- med avseende på Full-Duplex, då är det för närvarande varken i cellulära nätverk eller i Wi-Fi-nätverk möjligt att samtidigt överföra data i samma frekvenskanal till och från åtkomstpunkten (basstationen). Ur teknisk synvinkel beror detta på den stora skillnaden i kraften hos den sända och mottagna signalen. Även om det finns prototyper som kombinerar digital och analog subtraktion av den sända signalen från den mottagna signalen, som kan ta emot en Wi-Fi-signal under dess överföring, kan förstärkningen de kan ge i praktiken vara försumbar på grund av det faktum att vid varje given tidpunkt nedströms är inte lika med den stigande (i genomsnitt "på sjukhuset" är den fallande betydligt större). Dessutom kommer sådan tvåvägsöverföring att avsevärt komplicera protokollet.
- Även om sändning av flera strömmar med MIMO kräver flera antenner för avsändaren och mottagaren, med icke-ortogonal åtkomst kan åtkomstpunkten samtidigt överföra data till två mottagare från en enda antenn. Olika icke-ortogonala åtkomstalternativ ingår i de senaste 5G-specifikationerna. Prototyp NEJ MEN Wi-Fi skapades först 2018 på IITP RAS (igen, betrakta det inte som PR). Den visade en prestandaökning på 30-40%. Fördelen med den utvecklade tekniken är dess bakåtkompatibilitet: en av de två mottagarna kan vara en föråldrad enhet som inte stöder Wi-Fi 7. I allmänhet är problemet med bakåtkompatibilitet mycket viktigt, eftersom enheter av olika generationer kan fungera samtidigt på ett Wi-Fi-nätverk. För närvarande analyserar flera team runt om i världen effektiviteten av den kombinerade användningen av NOMA och MU-MIMO, vars resultat kommer att avgöra tillvägagångssättets framtida öde. Vi fortsätter också att arbeta med prototypen: nästa version kommer att presenteras på IEEE INFOCOM-konferensen i juli 2020.
- Slutligen, en annan viktig innovation, men med ett oklart öde, är samordnad drift av accesspunkter. Även om många leverantörer har sina egna centraliserade styrenheter för företags Wi-Fi-nätverk, har kapaciteten hos sådana styrenheter i allmänhet begränsats till långsiktig parameterkonfiguration och kanalval. Standardkommittén diskuterar närmare samarbete mellan angränsande åtkomstpunkter, vilket inkluderar samordnad överföringsschemaläggning, strålformning och till och med distribuerade MIMO-system. Vissa av tillvägagångssätten som övervägs använder sekventiell störningsavstängning (ungefär samma som i NOMA). Även om metoder för 11be-koordinering ännu inte har utvecklats, råder det ingen tvekan om att standarden kommer att tillåta åtkomstpunkter från olika tillverkare att samordna överföringsscheman med varandra för att minska ömsesidig störning. Andra, mer komplexa tillvägagångssätt (som distribuerad MU-MIMO) kommer att vara svårare att implementera i standarden, även om vissa medlemmar i gruppen är fast beslutna att göra det inom Release 2. Oavsett resultatet, ödet för åtkomstpunktskoordinationsmetoder är oklart. Även om de ingår i standarden kanske de inte når marknaden. En liknande sak har hänt tidigare när man försöker få ordning på Wi-Fi-överföringar med lösningar som HCCA (11e) och HCCA TXOP Negotiation (11be).
Sammanfattningsvis verkar det som att de flesta av förslagen som är kopplade till de första fem grupperna kommer att bli en del av Wi-Fi 7, medan förslagen som är kopplade till de två sista grupperna kräver betydande ytterligare forskning för att bevisa deras effektivitet.
Mer tekniska detaljer
Tekniska detaljer om Wi-Fi 7 kan läsas (på engelska)
Källa: will.com