Недавно на рынок вышли устройства с поддержкой технологии Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax), о которой много говорят. Но мало кто знает, что уже ведется разработка нового поколения технологии Wi-Fi — Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be).
Узнайте, каким будет Wi-Fi 7, в этой статье.
Фон
В сентябре 2020 года мы будем отмечать 30-летие проекта IEEE 802.11, который существенно повлиял на нашу жизнь.В настоящее время технология Wi-Fi, определенная семейством стандартов IEEE 802.11, является самой популярной беспроводной технологией, используемой для подключения к Интернету, при этом Wi-Fi передает более половины пользовательского трафика.
В то время как сотовые технологии меняют свое название каждое десятилетие, например, заменяя название 4G на 5G, для пользователей Wi-Fi улучшения в скорости передачи данных, а также внедрение новых услуг и новых функций происходят почти незаметно.
Мало кого интересуют буквы «n», «ac» или «ax», следующие за «802.11» на коробках оборудования.
Но это не значит, что Wi-Fi не развивается.
Одним из доказательств эволюции Wi-Fi является резкое увеличение номинальной скорости передачи данных: с 2 Мбит/с в версии 1997 года до почти 10 Гбит/с в новейшем стандарте 802.11ax, также известном как Wi-Fi 6. Современный Wi-Fi достигает таких повышение производительности за счет более быстрого проектирования сигналов и кодов, более широких каналов и использования технологий МИМО .
Помимо основного направления высокоскоростных беспроводных локальных сетей, эволюция Wi-Fi включает в себя несколько нишевых проектов.
Например, Wi-Fi HaLow (802.11ah) был попыткой вывести Wi-Fi на рынок беспроводного Интернета вещей.
Wi-Fi миллиметрового диапазона (802.11ad/ay) поддерживает номинальную скорость передачи данных до 275 Гбит/с, хотя и на очень коротких расстояниях.
Новые приложения и сервисы, связанные с потоковым видео высокой четкости, виртуальной и дополненной реальностью, играми, удаленным офисом и облачными вычислениями, а также необходимостью поддержки большого количества пользователей с интенсивным трафиком в беспроводных сетях, требуют высокой производительности.
Wi-Fi 7 целей
В мае 2019 года подгруппа BE (TGbe) рабочей группы 802.11 Комитета по стандартам локальных и городских сетей начала работу над новым дополнением к стандарту Wi-Fi, которое увеличит номинальная пропускная способность до более 40 Гбит/с в одном частотном канале «типичного» диапазона Wi-Fi <= 7 GHz. Although many documents list "maximum throughput of at least 30 Gbps", the new physical layer protocol will provide nominal speeds in excess of 40 Gbps. Еще одним важным направлением развития Wi-Fi 7 является поддержка приложений реального времени (игры, виртуальная и дополненная реальность, управление роботами).Примечательно, что хотя Wi-Fi обрабатывает аудио- и видеотрафик особым образом, долгое время считалось, что обеспечение стандартной гарантированной низкой задержки (в миллисекундах), также известной как Time-Sensitive Networking, в сетях Wi-Fi принципиально важно.
невозможный.
В ноябре 2017 года наша команда из ИППИ РАН и Высшей школы науки? (не воспринимайте это как пиар) сделал соответствующее предложение в группе IEEE 802.11. Предложение вызвало большой интерес, и в июле 2018 года была создана специальная подгруппа для дальнейшего изучения этого вопроса.
Поскольку поддержка приложений реального времени требует как высоких номинальных скоростей передачи данных, так и расширенных функций канального уровня, рабочая группа 802.11 решила разработать методы поддержки приложений реального времени в Wi-Fi 7. Важным вопросом Wi-Fi 7 является его сосуществование с технологиями сотовых сетей (4G/5G), разрабатываемыми 3GPP и работающими в тех же нелицензируемых диапазонах частот. Речь идет о LTE-LAA/NR-U. Для изучения проблем, связанных с сосуществованием Wi-Fi и сотовых сетей, IEEE 802.11 создал Сосуществующий постоянный комитет (Coex SC).
Несмотря на многочисленные встречи и даже совместный семинар участников 3GPP и IEEE 802.11 в июле 2019 года в Вене, технические решения до сих пор не утверждены.
Возможное объяснение этой бесполезности состоит в том, что и IEEE 802, и 3GPP не хотят менять свои собственные технологии, чтобы они соответствовали друг другу.
Таким образом, В настоящее время неясно, повлияют ли обсуждения Coex SC на стандарт Wi-Fi 7. .
Процесс развития
Хотя процесс разработки Wi-Fi 7 находится на очень ранней стадии, на сегодняшний день поступило около 500 предложений по новым функциям будущего Wi-Fi 7, также известного как IEEE 802.11be. Большинство идей только обсуждаются в подгруппе be и решение по ним еще не принято.Недавно были одобрены и другие идеи.
Ниже будет четко указано, какие предложения одобрены, а какие только обсуждаются.
Первоначально планировалось, что разработка основных новых механизмов будет завершена к марту 2021 года.
Окончательная версия стандарта ожидается к началу 2024 года.
работа.
Чтобы ускорить стандартный процесс разработки, подгруппа согласилась выбрать небольшой набор высокоприоритетных функций, которые могут быть выпущены к 2021 году (Выпуск 1), а остальные оставить в Выпуске 2. Высокоприоритетные функции должны обеспечить основной прирост производительности.
и включают поддержку 320 МГц, 4K-QAM, очевидные улучшения OFDMA по сравнению с Wi-Fi 6, MU-MIMO с 16 потоками.
Из-за коронавируса группа в настоящее время не встречается лично, но регулярно проводит телеконференции.
Таким образом, развитие несколько замедлилось, но не остановилось.
Подробности технологии
Давайте рассмотрим основные нововведения Wi-Fi 7.- Новый протокол физического уровня является развитием протокола Wi-Fi 6 с двукратным увеличением полоса пропускания до 320 МГц, вдвое больше пространственных потоков MU-MIMO , что увеличивает номинальную пропускную способность в 2х2 = 4 раза.
Wi-Fi 7 также начинает использовать модуляцию 4К-КАМ , что добавляет еще 20% к номинальной пропускной способности.
Таким образом, Wi-Fi 7 обеспечит скорость передачи данных в 2x2x1,2 = 4,8 раза выше номинальной, чем Wi-Fi 6: максимальная номинальная пропускная способность Wi-Fi 7 составляет 9,6 Гбит/с x 4,8 = 46 Гбит/с.
Кроме того, произойдет революционное изменение протокола физического уровня для обеспечения совместимости с будущими версиями Wi-Fi, но оно останется невидимым для пользователей.
- Изменение метода доступа к каналу для поддержка приложений в режиме реального времени будет осуществляться с учетом опыта применения IEEE 802 TSN для проводных сетей.
Продолжающиеся дискуссии в комитете по стандартам касаются процедуры случайной отсрочки доступа к каналу, категорий обслуживания трафика и, следовательно, отдельных очередей для трафика в реальном времени, а также политики обслуживания пакетов.
- Представлено в Wi-Fi 6 (802.11ax).
ОФДМА – метод доступа к каналам с временным и частотным разделением каналов (аналогично используемому в сетях 4G и 5G) – предоставляет новые возможности для оптимального распределения ресурсов.
Однако в 11ax OFDMA недостаточно гибок.
Во-первых, это позволяет точке доступа выделить клиентскому устройству только один блок ресурсов заранее определенного размера.
Во-вторых, он не поддерживает прямую передачу между клиентскими станциями.
Оба недостатка снижают спектральную эффективность.
Кроме того, отсутствие гибкости устаревшего OFDMA Wi-Fi 6 снижает производительность в плотных сетях и увеличивает задержку, что критически важно для приложений реального времени.
11be решит эти проблемы OFDMA.
- Одним из подтвержденных революционных изменений Wi-Fi 7 является встроенная поддержка.
одновременное использование нескольких параллельных соединений на разных частотах , что очень полезно как для огромных скоростей передачи данных, так и для чрезвычайно низкой задержки.
Хотя современные чипсеты уже могут использовать несколько соединений одновременно, например, в диапазонах 2,4 и 5 ГГц, эти соединения независимы, что ограничивает эффективность такой операции.
В 11be будет найден такой уровень синхронизации между каналами, который позволит эффективно использовать ресурсы канала и повлечет за собой существенные изменения в правилах протокола доступа к каналу.
- Использование очень широких каналов и большого количества пространственных потоков приводит к проблеме высоких накладных расходов, связанных с процедурой оценки состояния канала, необходимой для MIMO и OFDMA. Эти накладные расходы сводят на нет любые выгоды от увеличения номинальной скорости передачи данных.
Ожидал, что процедура оценки состояния канала будет пересмотрена .
- В контексте Wi-Fi 7 комитет по стандартизации обсуждает использование некоторых «продвинутых» методов передачи данных.
Теоретически эти методы улучшают спектральную эффективность в случае повторных попыток передачи, а также одновременной передачи в одном или противоположных направлениях.
Речь идет о гибридном автоматическом запросе повторения (HARQ), используемом в настоящее время в сотовых сетях, полнодуплексном режиме и неортогональном множественном доступе (NOMA).
Эти методы теоретически хорошо изучены в литературе, но пока неясно, будет ли прирост производительности, который они обеспечивают, стоить усилий по их внедрению.
- Применение HARQ осложняется следующей проблемой.
В Wi-Fi пакеты склеиваются вместе, чтобы уменьшить накладные расходы.
В текущих версиях Wi-Fi доставка каждого пакета внутри склеенного подтверждается и, если подтверждение не приходит, передача пакета повторяется методами протокола доступа к каналу.
HARQ перемещает повторные попытки из канала передачи данных на физический уровень, где больше нет пакетов, а есть только кодовые слова, и границы кодовых слов не совпадают с границами пакетов.
Эта десинхронизация усложняет реализацию HARQ в Wi-Fi.
- Касательно Полнодуплексный режим , то в настоящее время ни в сотовых сетях, ни в сетях Wi-Fi невозможно одновременно передавать данные в одном и том же частотном канале к точке доступа (базовой станции) и обратно.
С технической точки зрения это связано с большой разницей в мощности передаваемого и принимаемого сигнала.
Хотя существуют прототипы, сочетающие в себе цифровое и аналоговое вычитание передаваемого сигнала из принятого сигнала, способные принимать сигнал Wi-Fi во время его передачи, выигрыш, который они могут обеспечить на практике, может быть незначительным из-за того, что в любой момент времени нисходящий не равен восходящему (в среднем «по больнице» нисходящий существенно больше).
Более того, такая двусторонняя передача существенно усложнит протокол.
- Хотя для передачи нескольких потоков с использованием MIMO требуется несколько антенн для отправителя и получателя, при неортогональном доступе точка доступа может одновременно передавать данные двум получателям с одной антенны.
В последние спецификации 5G включены различные варианты неортогонального доступа.
Опытный образец НОМА Впервые Wi-Fi был создан в 2018 году в ИППИ РАН (опять же, не считайте это пиаром).
Он продемонстрировал прирост производительности на 30-40%.
Преимуществом разработанной технологии является ее обратная совместимость: одним из двух получателей может быть устаревшее устройство, не поддерживающее Wi-Fi 7. В целом проблема обратной совместимости очень важна, поскольку одновременно могут работать устройства разных поколений.
в сети Wi-Fi. В настоящее время несколько команд по всему миру анализируют эффективность совместного использования NOMA и MU-MIMO, результаты которого определят дальнейшую судьбу подхода.
Мы также продолжаем работу над прототипом: его следующая версия будет представлена на конференции IEEE INFOCOM в июле 2020 года.
- Применение HARQ осложняется следующей проблемой.
- Наконец, еще одно важное нововведение, но с неясной судьбой.
слаженная работа точек доступа .
Хотя многие производители имеют собственные централизованные контроллеры для корпоративных сетей Wi-Fi, возможности таких контроллеров обычно ограничиваются долгосрочной настройкой параметров и выбором канала.
Комитет по стандартам обсуждает более тесное сотрудничество между соседними точками доступа, которое включает в себя скоординированное планирование передачи, формирование луча и даже распределенные системы MIMO. Некоторые из рассматриваемых подходов используют последовательное подавление помех (примерно так же, как в NOMA).
Хотя подходы к координации 11be еще не разработаны, можно не сомневаться, что стандарт позволит точкам доступа разных производителей согласовывать между собой графики передачи для уменьшения взаимных помех.
Другие, более сложные подходы (например, распределенный MU-MIMO) будет сложнее внедрить в стандарт, хотя некоторые члены группы полны решимости сделать это в рамках Релиза 2. Независимо от результата, судьба методов координации точек доступа неясно.
Даже если они включены в стандарт, они могут не попасть на рынок.
Подобная вещь случалась раньше при попытке навести порядок в передаче Wi-Fi с использованием таких решений, как HCCA (11e) и HCCA TXOP Negotiation (11be).
Больше технических подробностей
Технические подробности о Wi-Fi 7 можно прочитать Здесь (по-английски) Теги: #Беспроводные технологии #стандарты связи #wi-fi #Wi-Fi 7 #IEEE 802.11be-
Nand: Три Бита На Ячейку
19 Oct, 24 -
Саундтрек №30
19 Oct, 24 -
Информация За 2007 Год
19 Oct, 24
