Né en 1997, le Wi-Fi a influencé la vie humaine bien plus que toute autre célébrité de la génération Z. Sa croissance et sa maturation constantes ont progressivement libéré la connectivité réseau de l’ancien régime des câbles et des connecteurs, à tel point que l’accès Internet haut débit sans fil – quelque chose d’impensable à l’époque de l’accès commuté – est souvent tenu pour acquis.
Je suis assez vieux pour me souvenir du clic satisfaisant par lequel une prise RJ45 signifiait une connexion réussie au multivers en ligne en expansion rapide. De nos jours, j'ai peu besoin de RJ45, et les adolescents saturés de technologie que je connais ignorent peut-être leur existence.
Dans les années 60 et 70, AT&T a développé des systèmes de connecteurs modulaires pour remplacer les connecteurs téléphoniques encombrants. Ces systèmes se sont ensuite étendus pour inclure le RJ45 pour les réseaux informatiques.
La préférence du grand public pour le Wi-Fi n’est pas du tout surprenante ; Les câbles Ethernet semblent presque barbares comparés à la prodigieuse commodité du sans fil. Mais en tant qu'ingénieur préoccupé uniquement par les performances de la liaison de données, je considère toujours le Wi-Fi comme inférieur à une connexion filaire. Le 802.11be rapprochera-t-il le Wi-Fi d'un pas, voire d'un bond, vers le remplacement complet d'Ethernet ?
Une brève introduction aux normes Wi-Fi : Wi-Fi 6 et Wi-Fi 7
Wi-Fi 6 est le nom publicisé de la norme IEEE 802.11ax. Entièrement approuvé début 2021, et bénéficiant de plus de vingt ans d’améliorations cumulées du protocole 802.11, le Wi-Fi 6 est une norme redoutable qui ne semble pas susceptible d’être remplacée rapidement.
Un article de blog de Qualcomm résume le Wi-Fi 6 comme « un ensemble de fonctionnalités et de protocoles visant à transmettre autant de données que possible vers autant d'appareils que possible simultanément ». Le Wi-Fi 6 a introduit diverses fonctionnalités avancées qui améliorent l'efficacité et augmentent le débit, notamment le multiplexage dans le domaine fréquentiel, le MIMO multi-utilisateurs de liaison montante et la fragmentation dynamique des paquets de données.
Le Wi-Fi 6 intègre la technologie OFDMA (accès multiple par répartition orthogonale de la fréquence), qui augmente l'efficacité spectrale dans les environnements multi-utilisateurs
Pourquoi, alors, le groupe de travail 802.11 est-il déjà en bonne voie pour développer une nouvelle norme ? Pourquoi voyons-nous déjà les gros titres sur la première démo du Wi-Fi 7 ? Malgré son ensemble de technologies radio de pointe, le Wi-Fi 6 est perçu, du moins dans certains milieux, comme décevant à deux égards importants : le débit de données et la latence.
En améliorant les performances de débit de données et de latence du Wi-Fi 6, les architectes du Wi-Fi 7 espèrent offrir une expérience utilisateur rapide, fluide et fiable qui est encore plus facilement obtenue avec les câbles Ethernet.
Débits de données et latences concernant les protocoles Wi-Fi
Le Wi-Fi 6 prend en charge des taux de transmission de données proches de 10 Gbit/s. Que cela soit « assez bon » dans l’absolu est une question hautement subjective. Cependant, d'une manière relative, les débits de données du Wi-Fi 6 sont objectivement médiocres : le Wi-Fi 5 a obtenu une augmentation de mille pour cent du débit de données par rapport à son prédécesseur, tandis que le Wi-Fi 6 a augmenté le débit de données de moins de cinquante pour cent. par rapport au Wi-Fi 5.
Le débit théorique du flux de données n'est certainement pas un moyen complet de quantifier la « vitesse » d'une connexion réseau, mais il est suffisamment important pour mériter l'attention particulière des responsables du succès commercial continu du Wi-Fi.
Comparaison des trois dernières générations de protocoles réseau Wi-Fi
La latence en tant que concept général fait référence aux délais entre l'entrée et la réponse.
Dans le contexte des connexions réseau, une latence excessive peut dégrader l'expérience utilisateur autant (voire plus) qu'un débit de données limité. Une transmission ultra-rapide au niveau des bits ne vous aide pas beaucoup si vous devez attendre cinq secondes avant d'accéder à une page Web. commence à se charger. La latence est particulièrement importante pour les applications en temps réel telles que la vidéoconférence, la réalité virtuelle, les jeux et le contrôle d'équipements à distance. Les utilisateurs n’ont qu’une patience limitée pour les vidéos problématiques, les jeux lents et les interfaces machine dilatoires.
Débit de données et latence du Wi-Fi 7
Le rapport d'autorisation de projet pour IEEE 802.11be inclut à la fois un débit de données accru et une latence réduite comme objectifs explicites. Examinons de plus près ces deux voies de mise à niveau.
Modulation du débit de données et de l'amplitude en quadrature
Les architectes du Wi-Fi 7 souhaitent un débit maximum d'au moins 30 Gbit/s. Nous ne savons pas quelles fonctionnalités et techniques seront incorporées dans la norme 802.11be finalisée, mais certains des candidats les plus prometteurs pour augmenter le débit de données sont une largeur de canal de 320 MHz, un fonctionnement multi-liens et une modulation 4096-QAM.
Avec l'accès à des ressources spectrales supplémentaires de la bande 6 GHz, le Wi-Fi peut augmenter la largeur maximale du canal à 320 MHz. Une largeur de canal de 320 MHz augmente la bande passante maximale et le débit de données maximal théorique d'un facteur deux par rapport au Wi-Fi 6.
En fonctionnement multi-liaison, plusieurs stations client avec leurs propres liaisons fonctionnent collectivement comme des « périphériques multi-liaison » dotés d'une interface avec la couche de contrôle de liaison logique du réseau. Le Wi-Fi 7 aura accès à trois bandes (2.4 GHz, 5 GHz et 6 GHz) ; un appareil multi-liens Wi-Fi 7 pourrait envoyer et recevoir des données simultanément sur plusieurs bandes. L'exploitation multi-liaison offre un potentiel d'augmentation considérable du débit, mais elle implique d'importants défis de mise en œuvre.
En fonctionnement multi-liens, un appareil multi-liens possède une adresse MAC même s'il comprend plusieurs STA (qui signifie station, c'est-à-dire un appareil communicant tel qu'un ordinateur portable ou un smartphone).
QAM signifie modulation d'amplitude en quadrature. Il s'agit d'un schéma de modulation I/Q dans lequel des combinaisons spécifiques de phase et d'amplitude correspondent à différentes séquences binaires. On peut (en théorie) augmenter le nombre de bits transmis par symbole en augmentant le nombre de points de phase/amplitude dans la « constellation » du système (voir le schéma ci-dessous).
Il s'agit d'un diagramme de constellation pour 16-QAM. Chaque cercle sur le plan complexe représente une combinaison phase/amplitude qui correspond à un nombre binaire prédéfini
Le Wi-Fi 6 utilise 1024-QAM, qui prend en charge 10 bits par symbole (car 2^10 = 1024). Avec la modulation 4096-QAM, un système peut transmettre 12 bits par symbole, s'il parvient à obtenir un SNR suffisant au niveau du récepteur pour permettre une démodulation réussie.
Wi-Fi 7 Caractéristiques de latence :
Couche MAC et couche PHY
Le seuil pour une fonctionnalité fiable des applications en temps réel est une latence dans le pire des cas de 5 à 10 ms ; des latences aussi faibles que 1 ms sont bénéfiques dans certains scénarios d'utilisation. Atteindre des latences aussi faibles dans un environnement Wi-Fi n’est pas une tâche facile.
Les fonctionnalités fonctionnant à la fois au niveau de la couche MAC (contrôle d'accès moyen) et de la couche physique (PHY) contribueront à amener les performances de latence du Wi-Fi 7 dans le domaine inférieur à 10 ms. Ceux-ci incluent la formation de faisceaux coordonnée multi-points d’accès, la mise en réseau sensible au temps et le fonctionnement multi-liaison.
Principales fonctionnalités du Wi-Fi 7
Des recherches récentes indiquent que l'agrégation multi-liens, qui est incluse dans la rubrique générale du fonctionnement multi-liens, peut jouer un rôle déterminant pour permettre au Wi-Fi 7 de satisfaire aux exigences de latence des applications en temps réel.
L’avenir du Wi-Fi 7 ?
Nous ne savons pas encore à quoi ressemblera exactement le Wi-Fi 7, mais il comprendra sans aucun doute de nouvelles technologies RF et techniques de traitement de données impressionnantes. Est-ce que toute la R&D en vaudra la peine ? Le Wi-Fi 7 va-t-il révolutionner les réseaux sans fil et neutraliser définitivement les quelques avantages restants des câbles Ethernet ? N'hésitez pas à partager vos réflexions dans la section commentaires ci-dessous.
