Kamakailan, ang mga device na sumusuporta sa Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) na teknolohiya, na pinag-uusapan ng marami, ay pumasok kamakailan sa merkado. Ngunit kakaunti ang nakakaalam na ang pagbuo ng isang bagong henerasyon ng teknolohiya ng Wi-Fi ay isinasagawa na - Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be). Alamin kung ano ang magiging Wi-Fi 7 sa artikulong ito.
prehistory
Sa Setyembre 2020, ipagdiriwang natin ang ika-30 anibersaryo ng proyektong IEEE 802.11, na may malaking epekto sa ating buhay. Sa kasalukuyan, ang teknolohiya ng Wi-Fi, na tinukoy ng pamilya ng mga pamantayan ng IEEE 802.11, ay ang pinakasikat na teknolohiyang wireless na ginagamit upang kumonekta sa Internet, na may Wi-Fi na nagdadala ng higit sa kalahati ng trapiko ng user. Bagama't ang cellular technology ay nagre-rebrand sa sarili nito bawat dekada, tulad ng pagpapalit sa pangalang 4G ng 5G, para sa mga user ng Wi-Fi, ang mga pagpapahusay sa bilis ng data, pati na rin ang pagpapakilala ng mga bagong serbisyo at mga bagong feature, ay halos hindi napapansin. Ilang customer ang nagmamalasakit sa mga letrang "n", "ac" o "ax" na kasunod ng "802.11" sa mga equipment box. Ngunit hindi iyon nangangahulugan na ang Wi-Fi ay hindi umuunlad.
Ang isang patunay ng ebolusyon ng Wi-Fi ay ang kapansin-pansing pagtaas ng rate ng bilis ng data: mula 2 Mbps noong 1997 na bersyon hanggang sa halos 10 Gbps sa pinakabagong 802.11ax standard, na kilala rin bilang Wi-Fi 6. Ang modernong Wi-Fi ay umaabot sa ganoong nadagdag sa performance dahil sa mas mabilis na disenyo ng signal at code, mas malawak na channel at paggamit ng teknolohiya .
Bilang karagdagan sa mainstream ng high-speed wireless local area network, ang ebolusyon ng Wi-Fi ay kinabibilangan ng ilang mga niche project. Halimbawa, ang Wi-Fi HaLow (802.11ah) ay isang pagtatangka na dalhin ang Wi-Fi sa wireless Internet of Things market. Sinusuportahan ng Millimeter wave Wi-Fi (802.11ad/ay) ang nominal na rate ng data na hanggang 275 Gbps, kahit na sa napakaikling distansya.
Ang mga bagong application at serbisyong nauugnay sa high-definition na video streaming, virtual at augmented reality, gaming, remote office at cloud computing, pati na rin ang pangangailangang suportahan ang malaking bilang ng mga user na may matinding trapiko sa mga wireless network, ay nangangailangan ng mataas na performance.
Wi-Fi 7 layunin
Noong Mayo 2019, ang BE (TGbe) subgroup ng 802.11 Working Group ng Local and Metropolitan Area Network Standards Committee ay nagsimulang gumawa ng bagong karagdagan sa Wi-Fi standard na tataas nominal throughput hanggang sa higit sa 40 Gbit/s sa isang frequency channel ng "karaniwang" hanay ng Wi-Fi <= 7 GHz. Bagama't maraming dokumento ang naglilista ng "maximum throughput na hindi bababa sa 30 Gbps", ang bagong physical layer protocol ay magbibigay ng mga nominal na bilis na lampas sa 40 Gbps.
Ang isa pang mahalagang direksyon ng pag-unlad para sa Wi-Fi 7 ay suporta para sa mga real-time na application (mga laro, virtual at augmented reality, kontrol ng robot). Kapansin-pansin na bagama't pinangangasiwaan ng Wi-Fi ang trapiko ng audio at video sa isang espesyal na paraan, matagal nang pinaniniwalaan na ang pagbibigay ng standard-level na garantisadong mababang latency (milliseconds), na kilala rin bilang Time-Sensitive Networking, sa mga Wi-Fi network ay pangunahing. imposible. Noong Nobyembre 2017, ang aming koponan mula sa IITP RAS at ang National Research University Higher School of Economics (huwag kunin ito para sa PR) ay gumawa ng kaukulang panukala sa grupong IEEE 802.11. Ang panukala ay nakabuo ng maraming interes at isang espesyal na subgroup ang inilunsad noong Hulyo 2018 upang pag-aralan pa ang isyu. Dahil ang pagsuporta sa mga real-time na application ay nangangailangan ng parehong mataas na nominal na rate ng data at pinahusay na link-layer functionality, nagpasya ang 802.11 Working Group na bumuo ng mga paraan upang suportahan ang mga real-time na application sa loob ng Wi-Fi 7.
Ang isang mahalagang isyu sa Wi-Fi 7 ay ang pagkakasabay nito sa mga teknolohiya ng cellular network (4G/5G) na binuo ng 3GPP at tumatakbo sa parehong hindi lisensyadong frequency band. LTE-LAA/NR-U ang pinag-uusapan natin. Upang pag-aralan ang mga problemang nauugnay sa magkakasamang buhay ng Wi-Fi at mga cellular network, inilunsad ng IEEE 802.11 ang Coexisting Standing Committee (Coex SC). Sa kabila ng maraming pagpupulong at maging ng magkasanib na workshop ng 3GPP at IEEE 802.11 na kalahok noong Hulyo 2019 sa Vienna, hindi pa naaaprubahan ang mga teknikal na solusyon. Ang isang posibleng paliwanag para sa kawalang-saysay na ito ay ang parehong IEEE 802 at 3GPP ay nag-aatubili na baguhin ang kanilang sariling mga teknolohiya upang umayon sa isa pa. kaya, Kasalukuyang hindi malinaw kung ang mga talakayan sa Coex SC ay makakaapekto sa pamantayan ng Wi-Fi 7.
Proseso ng pag-unlad
Bagama't ang proseso ng pag-develop ng Wi-Fi 7 ay nasa maagang yugto pa lamang, mayroon nang halos 500 na panukala para sa bagong functionality para sa paparating na Wi-Fi 7, na kilala rin bilang IEEE 802.11be, hanggang sa kasalukuyan. Karamihan sa mga ideya ay tinatalakay pa lamang sa be subgroup at hindi pa nagagawa ang desisyon tungkol sa mga ito. Ang ibang mga ideya ay naaprubahan kamakailan. Sa ibaba ay malinaw na ipahiwatig kung aling mga panukala ang naaprubahan at kung alin ang tinatalakay lamang.
Orihinal na pinlano na ang pagbuo ng mga pangunahing bagong mekanismo ay makukumpleto sa Marso 2021. Ang huling bersyon ng pamantayan ay inaasahan sa unang bahagi ng 2024. Noong Enero 2020, maghain ng mga alalahanin ang 11 tungkol sa kung mananatili sa iskedyul ang pag-unlad sa kasalukuyang bilis ng trabaho. Upang pabilisin ang karaniwang proseso ng pag-develop, sumang-ayon ang subgroup na pumili ng isang maliit na hanay ng mga feature na may mataas na priyoridad na maaaring i-release sa 2021 (Release 1), at iwanan ang natitira sa Release 2. Ang mga feature na may mataas na priyoridad ay dapat magbigay ng mga pangunahing pakinabang sa pagganap at kasama ang suporta para sa 320 MHz, 4K- QAM, malinaw na mga pagpapahusay sa OFDMA mula sa Wi-Fi 6, MU-MIMO na may 16 na stream.
Dahil sa coronavirus, ang grupo ay kasalukuyang hindi nagkikita nang personal, ngunit regular na nagdaraos ng mga teleconference. Kaya, medyo bumagal ang pag-unlad, ngunit hindi huminto.
Mga detalye ng teknolohiya
Tingnan natin ang mga pangunahing inobasyon ng Wi-Fi 7.
- Ang bagong physical layer protocol ay isang development ng Wi-Fi 6 protocol na may dalawang beses na pagtaas bandwidth hanggang 320 MHz, doble ang bilang ng mga spatial na stream ng MU-MIMO, na nagpapataas ng nominal throughput ng 2Γ2 = 4 na beses. Nagsisimula rin ang Wi-Fi 7 gamit ang modulasyon 4K-QAM, na nagdaragdag ng isa pang 20% ββsa nominal na throughput. Samakatuwid, ang Wi-Fi 7 ay magbibigay ng 2x2x1,2 = 4,8 beses ang rate ng rate ng data ng Wi-Fi 6: Ang maximum na rate ng throughput ng Wi-Fi 7 ay 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s. Bilang karagdagan, magkakaroon ng rebolusyonaryong pagbabago sa physical layer protocol upang matiyak ang pagiging tugma sa mga hinaharap na bersyon ng Wi-Fi, ngunit mananatili itong hindi nakikita ng mga user.
- Ang pagpapalit ng paraan ng pag-access ng channel para sa suporta sa real-time na application isasagawa nang isinasaalang-alang ang karanasan ng IEEE 802 TSN para sa mga wired network. Ang mga patuloy na talakayan sa komite ng mga pamantayan ay nauugnay sa random na pamamaraan ng pag-backoff para sa pag-access sa channel, mga kategorya ng serbisyo sa trapiko at samakatuwid ay magkakahiwalay na mga pila para sa real-time na trapiko, at mga patakaran sa packet service.
- Ipinakilala sa Wi-Fi 6 (802.11ax) OFDMA β paraan ng pag-access sa channel ng time- at frequency-division (katulad ng ginagamit sa 4G at 5G network) β nagbibigay ng mga bagong pagkakataon para sa pinakamainam na paglalaan ng mapagkukunan. Gayunpaman, sa 11ax, ang OFDMA ay hindi sapat na kakayahang umangkop. Una, pinapayagan nito ang access point na maglaan lamang ng isang resource block ng isang paunang natukoy na laki sa client device. Pangalawa, hindi nito sinusuportahan ang direktang paghahatid sa pagitan ng mga istasyon ng kliyente. Ang parehong mga disadvantages ay nagbabawas ng parang multo na kahusayan. Bukod pa rito, ang kakulangan ng flexibility ng legacy na Wi-Fi 6 OFDMA ay nagpapababa ng performance sa mga siksik na network at nagpapataas ng latency, na mahalaga para sa mga real-time na application. 11be ay malulutas ang mga problemang ito ng OFDMA.
- Isa sa mga nakumpirmang rebolusyonaryong pagbabago ng Wi-Fi 7 ay ang katutubong suporta sabay-sabay na paggamit ng ilang parallel na koneksyon sa iba't ibang frequency, na lubhang kapaki-pakinabang para sa parehong malalaking rate ng data at napakababang latency. Kahit na ang mga modernong chipset ay maaari nang gumamit ng maraming koneksyon nang sabay-sabay, halimbawa, sa 2.4 at 5 GHz band, ang mga koneksyon na ito ay independyente, na naglilimita sa pagiging epektibo ng naturang operasyon. Sa 11be, makikita ang isang antas ng pag-synchronize sa pagitan ng mga channel na nagbibigay-daan sa mahusay na paggamit ng mga mapagkukunan ng channel at magkakaroon ng mga makabuluhang pagbabago sa mga panuntunan ng channel access protocol.
- Ang paggamit ng napakalawak na mga channel at isang malaking bilang ng mga spatial stream ay humahantong sa problema ng mataas na overhead na nauugnay sa pamamaraan ng pagtatantya ng estado ng channel na kinakailangan para sa MIMO at OFDMA. Kinakansela ng overhead na ito ang anumang mga nadagdag mula sa pagtaas ng nominal na mga rate ng data. Expected na ang pamamaraan ng pagtatasa ng kondisyon ng channel ay babaguhin.
- Sa konteksto ng Wi-Fi 7, tinatalakay ng komite ng pamantayan ang paggamit ng ilang "advanced" na paraan ng paglilipat ng data. Sa teorya, ang mga pamamaraang ito ay nagpapabuti sa kahusayan ng parang multo sa kaso ng paulit-ulit na mga pagtatangka sa paghahatid, pati na rin ang sabay-sabay na mga pagpapadala sa pareho o magkasalungat na direksyon. Pinag-uusapan natin ang tungkol sa hybrid automatic repeat request (HARQ), na kasalukuyang ginagamit sa mga cellular network, full-duplex mode at non-orthogonal multiple access (NOMA). Ang mga pamamaraan na ito ay pinag-aralan nang mabuti sa literatura sa teorya, ngunit hindi pa malinaw kung ang mga natamo sa produktibidad na kanilang ibinibigay ay sulit sa pagsisikap na ipatupad ang mga ito.
- Gamitin HARQ kumplikado ng sumusunod na problema. Sa Wi-Fi, pinagdikit ang mga packet para mabawasan ang overhead. Sa kasalukuyang mga bersyon ng Wi-Fi, ang paghahatid ng bawat packet sa loob ng nakadikit na isa ay nakumpirma at, kung hindi dumating ang kumpirmasyon, ang pagpapadala ng packet ay paulit-ulit gamit ang channel access protocol method. Ang HARQ ay naglilipat ng mga muling pagsubok mula sa link ng data patungo sa pisikal na layer, kung saan wala nang mga packet, ngunit mga codeword lamang, at ang mga hangganan ng mga codeword ay hindi nag-tutugma sa mga hangganan ng mga packet. Ang desynchronization na ito ay nagpapalubha sa pagpapatupad ng HARQ sa Wi-Fi.
- tungkol sa buong duplex, at sa kasalukuyan ay wala sa mga cellular network o sa mga Wi-Fi network ay posible na sabay na magpadala ng data sa parehong frequency channel papunta at mula sa access point (base station). Mula sa isang teknikal na pananaw, ito ay dahil sa malaking pagkakaiba sa kapangyarihan ng ipinadala at natanggap na signal. Bagama't may mga prototype na pinagsasama ang digital at analog na pagbabawas ng ipinadalang signal mula sa natanggap na signal, na may kakayahang makatanggap ng signal ng Wi-Fi sa panahon ng paghahatid nito, ang pakinabang na maibibigay nila sa pagsasanay ay maaaring bale-wala dahil sa katotohanan na sa anumang oras ang ibaba ng agos ay hindi katumbas ng pataas (sa karaniwan "sa ospital" ang pababang isa ay mas malaki). Bukod dito, ang naturang two-way transmission ay makabuluhang magpapalubha sa protocol.
- Habang ang pagpapadala ng maraming stream gamit ang MIMO ay nangangailangan ng maraming antenna para sa nagpadala at tatanggap, na may hindi orthogonal na pag-access ang access point ay maaaring sabay na magpadala ng data sa dalawang tatanggap mula sa iisang antenna. Ang iba't ibang opsyon sa pag-access na hindi orthogonal ay kasama sa pinakabagong mga detalye ng 5G. Prototype HINDI PERO Unang ginawa ang Wi-Fi noong 2018 sa IITP RAS (muli, huwag itong ituring na PR). Nagpakita ito ng 30-40% na pagtaas ng pagganap. Ang bentahe ng binuo na teknolohiya ay ang backward compatibility nito: ang isa sa dalawang tatanggap ay maaaring isang lumang device na hindi sumusuporta sa Wi-Fi 7. Sa pangkalahatan, ang problema ng backward compatibility ay napakahalaga, dahil ang mga device ng iba't ibang henerasyon ay maaaring sabay na gumana sa isang Wi-Fi network. Sa kasalukuyan, sinusuri ng ilang mga koponan sa buong mundo ang pagiging epektibo ng pinagsamang paggamit ng NOMA at MU-MIMO, ang mga resulta kung saan tutukuyin ang hinaharap na kapalaran ng diskarte. Patuloy din kaming gumagawa sa prototype: ang susunod na bersyon nito ay ipapakita sa IEEE INFOCOM conference sa Hulyo 2020.
- Sa wakas, ang isa pang mahalagang pagbabago, ngunit may hindi malinaw na kapalaran, ay coordinated na operasyon ng mga access point. Bagama't maraming vendor ang may sariling mga sentralisadong controller para sa mga enterprise Wi-Fi network, ang mga kakayahan ng naturang mga controller ay karaniwang limitado sa pangmatagalang configuration ng parameter at pagpili ng channel. Ang komite ng pamantayan ay tinatalakay ang mas malapit na kooperasyon sa pagitan ng mga kalapit na access point, na kinabibilangan ng coordinated transmission scheduling, beamforming, at maging ang mga distributed MIMO system. Ang ilan sa mga diskarte na isinasaalang-alang ay gumagamit ng sequential interference cancellation (halos kapareho ng sa NOMA). Bagama't hindi pa nabubuo ang mga diskarte para sa koordinasyon ng 11be, walang duda na ang pamantayan ay magbibigay-daan sa mga access point mula sa iba't ibang mga tagagawa na i-coordinate ang mga iskedyul ng paghahatid sa isa't isa upang mabawasan ang interference sa isa't isa. Ang iba, mas kumplikadong mga diskarte (tulad ng ipinamahagi na MU-MIMO) ay magiging mas mahirap na ipatupad sa pamantayan, bagama't ang ilang miyembro ng grupo ay determinadong gawin ito sa loob ng Release 2. Anuman ang kinalabasan, ang kapalaran ng mga pamamaraan ng koordinasyon ng access point ay hindi malinaw. Kahit na kasama sa pamantayan, maaaring hindi nila maabot ang merkado. Ang isang katulad na bagay ay nangyari bago kapag sinusubukang ayusin ang mga pagpapadala ng Wi-Fi gamit ang mga solusyon tulad ng HCCA (11e) at HCCA TXOP Negotiation (11be).
Sa buod, lumilitaw na karamihan sa mga panukalang nauugnay sa unang limang grupo ay magiging bahagi ng Wi-Fi 7, habang ang mga panukalang nauugnay sa huling dalawang grupo ay nangangailangan ng makabuluhang karagdagang pananaliksik upang patunayan ang kanilang pagiging epektibo.
Higit pang mga teknikal na detalye
Mababasa ang mga teknikal na detalye tungkol sa Wi-Fi 7 (sa Ingles)
Pinagmulan: www.habr.com