Wi-Fi, geboren in 1997, heeft het menselijk leven veel meer beïnvloed dan welke andere Gen Z-beroemdheid dan ook. De gestage groei en rijping ervan hebben de netwerkconnectiviteit geleidelijk bevrijd van het oude regime van kabels en connectoren, in die mate dat draadloze breedbandinternettoegang – iets wat ondenkbaar was in de tijd van dial-up – vaak als vanzelfsprekend wordt beschouwd.
Ik ben oud genoeg om me de bevredigende klik te herinneren waarmee een RJ45-stekker een succesvolle verbinding met het snel groeiende online multiversum betekende. Tegenwoordig heb ik weinig behoefte aan RJ45's, en de met technologie verzadigde tieners uit mijn kennissenkring zijn zich misschien niet bewust van hun bestaan.
In de jaren 60 en 70 ontwikkelde AT&T modulaire connectorsystemen ter vervanging van omvangrijke telefoonconnectoren. Deze systemen werden later uitgebreid met de RJ45 voor computernetwerken
De voorkeur voor Wi-Fi onder de algemene bevolking is helemaal niet verrassend; Ethernet-kabels lijken bijna barbaars vergeleken met het wonderbaarlijke gemak van draadloos. Maar als ingenieur die zich alleen bezighoudt met de prestaties van datalinks, beschouw ik Wi-Fi nog steeds als inferieur aan een bekabelde verbinding. Zal 802.11 Wi-Fi een stap (of misschien zelfs een sprong) dichter brengen bij het volledig vervangen van Ethernet?
Een korte introductie tot Wi-Fi-standaarden: Wi-Fi 6 en Wi-Fi 7
Wi-Fi 6 is de gepubliceerde naam voor IEEE 802.11ax. Wi-Fi 2021 werd begin 802.11 volledig goedgekeurd en profiteert van meer dan twintig jaar aan geaccumuleerde verbeteringen in het 6-protocol. Het is een formidabele standaard die geen kandidaat lijkt te zijn voor snelle vervanging.
Een blogpost van Qualcomm vat Wi-Fi 6 samen als “een verzameling functies en protocollen die erop gericht zijn zoveel mogelijk gegevens naar zoveel mogelijk apparaten tegelijk te sturen.” Wi-Fi 6 introduceerde verschillende geavanceerde mogelijkheden die de efficiëntie verbeteren en de doorvoer verhogen, waaronder multiplexing van frequentiedomeinen, uplink MIMO voor meerdere gebruikers en dynamische fragmentatie van datapakketten.
Wi-Fi 6 bevat OFDMA-technologie (orthogonale frequentieverdeling meervoudige toegang), die de spectrale efficiëntie verhoogt in omgevingen met meerdere gebruikers
Waarom is de 802.11-werkgroep dan al goed op weg met het ontwikkelen van een nieuwe standaard? Waarom zien we nu al de krantenkoppen over de eerste Wi-Fi 7-demo? Ondanks de verzameling ultramoderne radiotechnologieën wordt Wi-Fi 6, althans in sommige kringen, als teleurstellend ervaren in twee belangrijke opzichten: datasnelheid en latentie.
Door de datasnelheid en latentieprestaties van Wi-Fi 6 te verbeteren, hopen de architecten van Wi-Fi 7 de snelle, soepele en betrouwbare gebruikerservaring te bieden die nog gemakkelijker kan worden bereikt met Ethernet-kabels.
Datasnelheden versus latenties met betrekking tot Wi-Fi-protocollen
Wi-Fi 6 ondersteunt datatransmissiesnelheden van bijna 10 Gbps. Of dit in absolute zin ‘goed genoeg’ is, is een zeer subjectieve vraag. In relatieve zin zijn de datasnelheden van Wi-Fi 6 echter objectief gezien matig: Wi-Fi 5 realiseerde een datasnelheidsverhoging van duizend procent vergeleken met zijn voorganger, terwijl Wi-Fi 6 de datasnelheid met minder dan vijftig procent verhoogde vergeleken met Wi-Fi 5.
De theoretische datasnelheid is zeker geen alomvattend middel om de “snelheid” van een netwerkverbinding te kwantificeren, maar is wel belangrijk genoeg om de aandacht te verdienen van degenen die verantwoordelijk zijn voor het aanhoudende commerciële succes van Wi-Fi.
Vergelijking van de afgelopen drie generaties Wi-Fi-netwerkprotocollen
Latentie als algemeen concept verwijst naar vertragingen tussen invoer en reactie.
In de context van netwerkverbindingen kan excessieve latentie de gebruikerservaring verslechteren tot (of zelfs meer dan) een beperkte datasnelheid. Razendsnelle transmissie op bitniveau helpt niet veel als je vijf seconden moet wachten voordat een webpagina verschijnt. begint te laden. Latentie is vooral belangrijk voor realtime toepassingen zoals videoconferenties, virtual reality, gaming en bediening van apparatuur op afstand. Gebruikers hebben slechts een beperkte mate van geduld voor glitchy video's, laggy games en trage machine-interfaces.
Wi-Fi 7's datasnelheid en latentie
Het Project Authorization Report voor IEEE 802.11be omvat zowel een verhoogde datasnelheid als een verminderde latentie als expliciete doelstellingen. Laten we deze twee upgradetrajecten eens nader bekijken.
Datasnelheid en kwadratuuramplitudemodulatie
De architecten van Wi-Fi 7 willen een maximale doorvoersnelheid van minimaal 30 Gbps zien. We weten niet welke functies en technieken in de definitieve 802.11be-standaard zullen worden opgenomen, maar enkele van de meest veelbelovende kandidaten voor het verhogen van de datasnelheid zijn een kanaalbreedte van 320 MHz, multi-link-werking en 4096-QAM-modulatie.
Met toegang tot extra spectrumbronnen uit de 6 GHz-band kan Wi-Fi de maximale kanaalbreedte op een haalbare manier vergroten tot 320 MHz. Een kanaalbreedte van 320 MHz verhoogt de maximale bandbreedte en de theoretische piekdatasnelheid met een factor twee ten opzichte van Wi-Fi 6.
Bij multi-link-werking functioneren meerdere clientstations met hun eigen links gezamenlijk als “multi-link-apparaten” die één interface hebben met de logische link-besturingslaag van het netwerk. Wi-Fi 7 heeft toegang tot drie banden (2.4 GHz, 5 GHz en 6 GHz); een Wi-Fi 7 multi-link-apparaat kan tegelijkertijd gegevens verzenden en ontvangen in meerdere banden. De multi-link-operatie heeft het potentieel voor grote doorvoerverhogingen, maar brengt enkele aanzienlijke implementatie-uitdagingen met zich mee.
Bij multi-link-werking heeft een multi-link-apparaat één MAC-adres, ook al bevat het meer dan één STA (wat staat voor station, wat een communicerend apparaat betekent, zoals een laptop of smartphone)
QAM staat voor kwadratuuramplitudemodulatie. Dit is een I/Q-modulatieschema waarin specifieke combinaties van fase en amplitude overeenkomen met verschillende binaire reeksen. We kunnen (in theorie) het aantal verzonden bits per symbool vergroten door het aantal fase-/amplitudepunten in de “constellatie” van het systeem te vergroten (zie het onderstaande diagram).
Dit is een constellatiediagram voor 16-QAM. Elke cirkel op het complexe vlak vertegenwoordigt een fase/amplitudecombinatie die overeenkomt met een vooraf gedefinieerd binair getal
Wi-Fi 6 maakt gebruik van 1024-QAM, dat 10 bits per symbool ondersteunt (omdat 2^10 = 1024). Met 4096-QAM-modulatie kan een systeem 12 bits per symbool verzenden, als het voldoende SNR bij de ontvanger kan bereiken om succesvolle demodulatie mogelijk te maken.
Wi-Fi 7 Latency-functies:
MAC-laag en PHY-laag
De drempel voor betrouwbare functionaliteit van realtime applicaties is in het slechtste geval een latentie van 5–10 ms; latenties van slechts 1 ms zijn in sommige gebruiksscenario's nuttig. Het realiseren van zulke lage latenties in een Wi-Fi-omgeving is geen gemakkelijke taak.
Functies die zowel op de MAC-laag (medium access control) als op de fysieke laag (PHY) werken, zullen de latentieprestaties van Wi-Fi 7 naar een bereik van minder dan 10 ms brengen. Deze omvatten gecoördineerde beamforming via meerdere toegangspunten, tijdgevoelige netwerken en multi-link-bediening.
Belangrijkste kenmerken van Wi-Fi 7
Uit recent onderzoek blijkt dat multi-link-aggregatie, dat valt onder de algemene noemer van multi-link-werking, van groot belang kan zijn om Wi-Fi 7 in staat te stellen te voldoen aan de latentievereisten van real-time toepassingen.
De toekomst van Wi-Fi 7?
Hoe Wi-Fi 7 er precies uit zal zien weten we nog niet, maar het zal ongetwijfeld indrukwekkende nieuwe RF-technologieën en dataverwerkingstechnieken bevatten. Zal al het onderzoek en de ontwikkeling de moeite waard zijn? Zal Wi-Fi 7 een revolutie teweegbrengen in draadloze netwerken en de weinige overgebleven voordelen van Ethernet-kabels definitief neutraliseren? Deel gerust uw mening in de opmerkingen hieronder.
