Urodzony w 1997 roku, Wi-Fi wpłynął na życie ludzkie znacznie bardziej niż jakakolwiek inna gwiazda pokolenia Z. Jej stały rozwój i dojrzewanie stopniowo uwolniły łączność sieciową od starożytnego reżimu kabli i złączy do tego stopnia, że bezprzewodowy, szerokopasmowy dostęp do Internetu – coś nie do pomyślenia w czasach komutacji telefonicznej – jest często brany za oczywistość.
Jestem na tyle dorosły, że pamiętam satysfakcjonujące kliknięcie, którym wtyczka RJ45 oznaczała pomyślne połączenie z szybko rozwijającym się multiwersem internetowym. Obecnie gniazda RJ45 nie są mi specjalnie potrzebne, a nasiąknięci technologią nastolatkowie, których znam, mogą nie być świadomi ich istnienia.
W latach 60. i 70. firma AT&T opracowała modułowe systemy złączy, które miały zastąpić nieporęczne złącza telefoniczne. Systemy te później rozszerzono o złącze RJ45 do sieci komputerowych
Preferencja Wi-Fi wśród ogółu społeczeństwa wcale nie jest zaskakująca; Kable Ethernet wydają się niemal barbarzyńskie w porównaniu z niezwykłą wygodą, jaką zapewnia łączność bezprzewodowa. Jednak jako inżynier zajmujący się wyłącznie wydajnością łącza danych nadal uważam, że Wi-Fi jest gorsze od połączenia przewodowego. Czy standard 802.11be przybliży Wi-Fi o krok – a może nawet o krok – do całkowitego wyparcia Ethernetu?
Krótkie wprowadzenie do standardów Wi-Fi: Wi-Fi 6 i Wi-Fi 7
Wi-Fi 6 to popularna nazwa standardu IEEE 802.11ax. W pełni zatwierdzony na początku 2021 r. i korzystający z ponad dwudziestu lat udoskonaleń protokołu 802.11, Wi-Fi 6 to potężny standard, który nie wydaje się kandydatem do szybkiego zastąpienia.
W poście na blogu Qualcomm podsumowano Wi-Fi 6 jako „zbiór funkcji i protokołów mających na celu przesyłanie jak największej ilości danych do jak największej liczby urządzeń jednocześnie”. W Wi-Fi 6 wprowadzono różne zaawansowane możliwości, które poprawiają wydajność i zwiększają przepustowość, w tym multipleksowanie w domenie częstotliwości, MIMO łącza zwrotnego dla wielu użytkowników i dynamiczną fragmentację pakietów danych.
Wi-Fi 6 wykorzystuje technologię OFDMA (wielokrotny dostęp z ortogonalnym podziałem częstotliwości), która zwiększa wydajność widmową w środowiskach wielu użytkowników
Dlaczego zatem grupa robocza ds. 802.11 jest już na dobrej drodze do opracowania nowego standardu? Dlaczego już pojawiają się nagłówki gazet dotyczące pierwszej wersji demonstracyjnej Wi-Fi 7? Pomimo kolekcji najnowocześniejszych technologii radiowych sieć Wi-Fi 6 jest postrzegana, przynajmniej w niektórych kręgach, jako niezadowalająca pod dwoma ważnymi względami: szybkości transmisji danych i opóźnienia.
Poprawiając szybkość transmisji danych i wydajność Wi-Fi 6, architekci Wi-Fi 7 mają nadzieję zapewnić użytkownikowi szybkie, płynne i niezawodne działanie, które jest jeszcze łatwiejsze do osiągnięcia przy użyciu kabli Ethernet.
Szybkość transmisji danych a opóźnienia w protokołach Wi-Fi
Wi-Fi 6 obsługuje prędkość transmisji danych dochodzącą do 10 Gb/s. To, czy jest to „wystarczające” w sensie absolutnym, jest kwestią wysoce subiektywną. Jednak w sensie względnym szybkości transmisji danych w Wi-Fi 6 są obiektywnie słabe: Wi-Fi 5 osiągnęło tysiącprocentowy wzrost szybkości transmisji danych w porównaniu do swojego poprzednika, podczas gdy Wi-Fi 6 zwiększyło szybkość transmisji danych o mniej niż pięćdziesiąt procent w porównaniu do Wi-Fi 5.
Teoretyczna przepływność strumienia danych z pewnością nie jest kompleksowym sposobem ilościowego określenia „prędkości” połączenia sieciowego, ale jest na tyle ważna, że zasługuje na szczególną uwagę osób odpowiedzialnych za ciągły sukces komercyjny sieci Wi-Fi.
Porównanie trzech poprzednich generacji protokołów sieci Wi-Fi
Opóźnienie jako ogólna koncepcja odnosi się do opóźnień między sygnałem wejściowym a odpowiedzią.
W kontekście połączeń sieciowych nadmierne opóźnienia mogą pogorszyć komfort użytkownika w takim samym stopniu (lub nawet bardziej) niż ograniczona szybkość transmisji danych — niesamowicie szybka transmisja na poziomie bitów niewiele pomoże, jeśli trzeba poczekać pięć sekund, zanim strona internetowa zostanie wyświetlona zaczyna się ładować. Opóźnienie jest szczególnie ważne w zastosowaniach czasu rzeczywistego, takich jak wideokonferencje, rzeczywistość wirtualna, gry i zdalne sterowanie sprzętem. Użytkownicy mają tylko tyle cierpliwości do wadliwych filmów, opóźnionych gier i opóźnionych interfejsów maszyn.
Szybkość transmisji danych i opóźnienie Wi-Fi 7
Raport autoryzacji projektu dla IEEE 802.11be jako wyraźne cele uwzględnia zarówno zwiększoną szybkość transmisji danych, jak i zmniejszone opóźnienia. Przyjrzyjmy się bliżej tym dwóm ścieżkom modernizacji.
Modulacja szybkości transmisji danych i kwadraturowej amplitudy
Architekci Wi-Fi 7 chcą, aby maksymalna przepustowość wynosiła co najmniej 30 Gb/s. Nie wiemy, jakie funkcje i techniki zostaną włączone do ukończonego standardu 802.11be, ale najbardziej obiecującymi kandydatami do zwiększenia szybkości transmisji danych są szerokość kanału 320 MHz, obsługa wielu łączy i modulacja 4096-QAM.
Dzięki dostępowi do dodatkowych zasobów widma z pasma 6 GHz, Wi-Fi może w realny sposób zwiększyć maksymalną szerokość kanału do 320 MHz. Szerokość kanału wynosząca 320 MHz zwiększa maksymalną szerokość pasma i teoretyczną szczytową szybkość transmisji danych dwukrotnie w porównaniu z Wi-Fi 6.
W trybie multi-link wiele stacji klienckich z własnymi łączami funkcjonuje wspólnie jako „urządzenia typu multi-link”, posiadające jeden interfejs do warstwy kontroli łącza logicznego sieci. Wi-Fi 7 będzie miało dostęp do trzech pasm (2.4 GHz, 5 GHz i 6 GHz); urządzenie z wieloma łączami Wi-Fi 7 może jednocześnie wysyłać i odbierać dane w wielu pasmach. Operacja obejmująca wiele łączy może potencjalnie znacznie zwiększyć przepustowość, ale wiąże się z pewnymi znaczącymi wyzwaniami wdrożeniowymi.
W trybie multi-link urządzenie multi-link ma jeden adres MAC, nawet jeśli zawiera więcej niż jedną stację STA (co oznacza stację, co oznacza urządzenie komunikujące się, takie jak laptop lub smartfon)
QAM oznacza kwadraturową modulację amplitudy. Jest to schemat modulacji I/Q, w którym określone kombinacje fazy i amplitudy odpowiadają różnym sekwencjom binarnym. Możemy (teoretycznie) zwiększyć liczbę bitów przesyłanych na symbol, zwiększając liczbę punktów fazowych/amplitudowych w „konstelacji” systemu (patrz diagram poniżej).
To jest diagram konstelacji dla 16-QAM. Każde koło na płaszczyźnie zespolonej reprezentuje kombinację fazy/amplitudy, która odpowiada wcześniej określonej liczbie binarnej
Wi-Fi 6 wykorzystuje 1024-QAM, który obsługuje 10 bitów na symbol (ponieważ 2^10 = 1024). Dzięki modulacji 4096-QAM system może przesyłać 12 bitów na symbol, jeśli może osiągnąć wystarczający współczynnik SNR w odbiorniku, aby umożliwić pomyślną demodulację.
Wi-Fi 7 Funkcje opóźnienia:
Warstwa MAC i warstwa PHY
Próg niezawodnej funkcjonalności aplikacji czasu rzeczywistego to opóźnienie w najgorszym przypadku wynoszące 5–10 ms; W niektórych scenariuszach użytkowania korzystne są opóźnienia rzędu 1 ms. Osiągnięcie tak niskich opóźnień w środowisku Wi-Fi nie jest łatwym zadaniem.
Funkcje działające zarówno w warstwie MAC (kontrola dostępu do medium), jak i w warstwie fizycznej (PHY) pomogą zwiększyć wydajność opóźnień Wi-Fi 7 do poziomu poniżej 10 ms. Należą do nich skoordynowane kształtowanie wiązki z wieloma punktami dostępu, sieci zależne od czasu i działanie z wieloma łączami.
Najważniejsze cechy Wi-Fi 7
Ostatnie badania wskazują, że agregacja wielu łączy, która jest objęta ogólnym nagłówkiem operacji wielu łączy, może odegrać kluczową rolę w umożliwieniu Wi-Fi 7 spełnienia wymagań dotyczących opóźnień aplikacji czasu rzeczywistego.
Przyszłość Wi-Fi 7?
Nie wiemy jeszcze, jak dokładnie będzie wyglądać Wi-Fi 7, ale niewątpliwie będzie zawierał imponujące nowe technologie RF i techniki przetwarzania danych. Czy wszystkie prace badawczo-rozwojowe będą tego warte? Czy Wi-Fi 7 zrewolucjonizuje sieci bezprzewodowe i definitywnie zneutralizuje kilka pozostałych zalet kabli Ethernet? Podziel się swoimi przemyśleniami w sekcji komentarzy poniżej.
