Родившийся в 1997 году Wi-Fi повлиял на жизнь человека гораздо больше, чем любая другая знаменитость поколения Z. Его устойчивый рост и развитие постепенно освободили сетевое соединение от древнего режима кабелей и разъемов до такой степени, что беспроводной широкополосный доступ в Интернет — нечто немыслимое во времена коммутируемого доступа — часто воспринимается как нечто само собой разумеющееся.
Я достаточно взрослый, чтобы помнить приятный щелчок, которым вилка RJ45 означала успешное подключение к быстро расширяющейся онлайн-мультивселенной. Сейчас мне мало нужны RJ45, и мои знакомые подростки, насыщенные технологиями, могут и не подозревать об их существовании.
В 60-х и 70-х годах компания AT&T разработала модульные системы разъемов для замены громоздких телефонных разъемов. Позже эти системы были расширены за счет включения RJ45 для компьютерных сетей.
Предпочтение Wi-Fi среди населения в целом неудивительно; Кабели Ethernet кажутся почти варварством по сравнению с невероятным удобством беспроводной связи. Но как инженер, которого интересует просто производительность канала передачи данных, я по-прежнему считаю, что Wi-Fi уступает проводному соединению. Сможет ли 802.11 приблизить Wi-Fi на шаг – или, может быть, даже на скачок – к полной замене Ethernet?
Краткое введение в стандарты Wi-Fi: Wi-Fi 6 и Wi-Fi 7
Wi-Fi 6 — это публичное название стандарта IEEE 802.11ax. Полностью утвержденный в начале 2021 года и основанный на накопленных за двадцать лет улучшениях протокола 802.11, Wi-Fi 6 представляет собой мощный стандарт, который, похоже, не является кандидатом на быструю замену.
В блоге Qualcomm Wi-Fi 6 описывается как «набор функций и протоколов, направленных на передачу как можно большего количества данных на как можно большее количество устройств одновременно». В Wi-Fi 6 представлены различные расширенные возможности, повышающие эффективность и пропускную способность, включая мультиплексирование в частотной области, многопользовательский MIMO восходящей линии связи и динамическую фрагментацию пакетов данных.
Wi-Fi 6 включает технологию OFDMA (множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов), которая повышает спектральную эффективность в многопользовательских средах.
Почему же тогда рабочая группа 802.11 уже на пути к разработке нового стандарта? Почему мы уже видим заголовки о первой демо-версии Wi-Fi 7? Несмотря на набор самых современных радиотехнологий, Wi-Fi 6 воспринимается, по крайней мере в некоторых кругах, как неудовлетворительный в двух важных аспектах: скорости передачи данных и задержке.
Улучшив скорость передачи данных и задержку Wi-Fi 6, архитекторы Wi-Fi 7 надеются обеспечить быстрый, плавный и надежный пользовательский интерфейс, которого еще легче достичь с помощью кабелей Ethernet.
Скорость передачи данных и задержки в отношении протоколов Wi-Fi
Wi-Fi 6 поддерживает скорость передачи данных, приближающуюся к 10 Гбит/с. Является ли это «достаточно хорошо» в абсолютном смысле — весьма субъективный вопрос. Однако в относительном смысле скорость передачи данных Wi-Fi 6 объективно невысока: Wi-Fi 5 добился тысячепроцентного увеличения скорости передачи данных по сравнению со своим предшественником, тогда как Wi-Fi 6 увеличил скорость передачи данных менее чем на пятьдесят процентов. по сравнению с Wi-Fi 5.
Теоретическая скорость потока данных определенно не является исчерпывающим средством количественной оценки «скорости» сетевого соединения, но она достаточно важна, чтобы заслужить пристальное внимание тех, кто несет ответственность за постоянный коммерческий успех Wi-Fi.
Сравнение последних трех поколений сетевых протоколов Wi-Fi
Задержка как общая концепция относится к задержкам между вводом и ответом.
В контексте сетевых подключений чрезмерная задержка может ухудшить работу пользователя так же (или даже больше), как ограниченная скорость передачи данных — молниеносная передача на битовом уровне не поможет вам, если вам приходится ждать пять секунд перед веб-страницей. начинает загружаться. Задержка особенно важна для приложений реального времени, таких как видеоконференции, виртуальная реальность, игры и удаленное управление оборудованием. У пользователей не хватает терпения к глючному видео, тормозящим играм и медленным машинным интерфейсам.
Скорость передачи данных и задержка Wi-Fi 7
Отчет об авторизации проекта для IEEE 802.11be включает в себя как увеличение скорости передачи данных, так и снижение задержки в качестве явных целей. Давайте подробнее рассмотрим эти два пути обновления.
Скорость передачи данных и квадратурная амплитудная модуляция
Архитекторы Wi-Fi 7 хотят видеть максимальную пропускную способность не менее 30 Гбит/с. Мы не знаем, какие функции и технологии будут включены в окончательную версию стандарта 802.11be, но наиболее многообещающими кандидатами для увеличения скорости передачи данных являются ширина канала 320 МГц, многоканальная работа и модуляция 4096-QAM.
Имея доступ к дополнительным ресурсам спектра в диапазоне 6 ГГц, Wi-Fi может реально увеличить максимальную ширину канала до 320 МГц. Ширина канала 320 МГц увеличивает максимальную пропускную способность и теоретическую пиковую скорость передачи данных в два раза по сравнению с Wi-Fi 6.
При многоканальной работе несколько клиентских станций со своими собственными каналами работают вместе как «многоканальные устройства», которые имеют один интерфейс к уровню управления логическим каналом сети. Wi-Fi 7 будет иметь доступ к трем диапазонам (2.4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц); Многоканальное устройство Wi-Fi 7 может отправлять и получать данные одновременно в нескольких диапазонах. Многоканальная работа имеет потенциал для значительного увеличения пропускной способности, но она влечет за собой некоторые серьезные проблемы реализации.
В многоканальном режиме многоканальное устройство имеет один MAC-адрес, даже если оно включает в себя более одного STA (что означает станцию, то есть коммуникационное устройство, такое как ноутбук или смартфон).
QAM означает квадратурную амплитудную модуляцию. Это схема модуляции I/Q, в которой определенные комбинации фазы и амплитуды соответствуют различным двоичным последовательностям. Мы можем (теоретически) увеличить количество битов, передаваемых на символ, увеличив количество точек фазы/амплитуды в «созвездии» системы (см. диаграмму ниже).
Это диаграмма созвездия для 16-QAM. Каждый круг на комплексной плоскости представляет собой комбинацию фазы/амплитуды, соответствующую заранее определенному двоичному числу.
Wi-Fi 6 использует 1024-QAM, который поддерживает 10 бит на символ (поскольку 2^10 = 1024). При модуляции 4096-QAM система может передавать 12 бит на символ, если она может достичь достаточного отношения сигнал/шум на приемнике для обеспечения успешной демодуляции.
Wi-Fi 7 Особенности задержки:
MAC-уровень и PHY-уровень
Порогом надежной работы приложений реального времени является задержка в худшем случае 5–10 мс; в некоторых сценариях использования выгодны задержки всего в 1 мс. Достижение столь низких задержек в среде Wi-Fi — непростая задача.
Функции, работающие как на уровне MAC (управление доступом к среде передачи), так и на физическом уровне (PHY), помогут снизить задержку Wi-Fi 7 до уровня менее 10 мс. К ним относятся скоординированное формирование диаграммы направленности с несколькими точками доступа, работа в сети с учетом времени и многоканальная работа.
Ключевые особенности Wi-Fi 7
Недавние исследования показывают, что агрегация нескольких каналов, которая включена в общий заголовок «многоканальная работа», может сыграть важную роль в обеспечении Wi-Fi 7 удовлетворения требований к задержке приложений реального времени.
Будущее Wi-Fi 7?
Мы еще не знаем, как именно будет выглядеть Wi-Fi 7, но он, несомненно, будет включать в себя впечатляющие новые радиочастотные технологии и методы обработки данных. Оправдаются ли все исследования и разработки? Произведет ли Wi-Fi 7 революцию в беспроводных сетях и окончательно нейтрализует немногие оставшиеся преимущества кабелей Ethernet? Не стесняйтесь поделиться своими мыслями в разделе комментариев ниже.
