Народжений у 1997 році Wi-Fi вплинув на життя людини набагато більше, ніж будь-яка інша знаменитість покоління Z. Його постійне зростання та зрілість поступово звільнили підключення до мережі від стародавнього режиму кабелів і з’єднувачів до такої міри, що бездротовий широкосмуговий доступ до Інтернету — щось немислиме за часів комутованого доступу — часто сприймається як належне.
Я достатньо старий, щоб пам’ятати приємне клацання, за допомогою якого штекер RJ45 означав успішне підключення до онлайн-мультивсесвіту, що швидко розростається. Зараз мені не дуже потрібні роз’єми RJ45, і мої знайомі підлітки, захоплені технікою, можуть і не знати про їх існування.
У 60-х і 70-х роках AT&T розробила модульні системи роз’ємів, щоб замінити громіздкі телефонні роз’єми. Пізніше ці системи були розширені, включивши RJ45 для комп’ютерних мереж
Перевага Wi-Fi серед широких верств населення зовсім не дивна; Кабелі Ethernet здаються майже варварськими в порівнянні з неймовірною зручністю бездротового зв’язку. Але як інженера, якого цікавить лише продуктивність каналу передачі даних, я все ще вважаю Wi-Fi гіршим за дротове з’єднання. Чи наблизить 802.11be Wi-Fi на крок — чи, можливо, навіть на стрибок — до повного витіснення Ethernet?
Короткий вступ до стандартів Wi-Fi: Wi-Fi 6 і Wi-Fi 7
Wi-Fi 6 — це оприлюднена назва IEEE 802.11ax. Повністю схвалений на початку 2021 року та виграючи від понад двадцяти років накопичених удосконалень у протоколі 802.11, Wi-Fi 6 є потужним стандартом, який, здається, не є кандидатом на швидку заміну.
У блозі Qualcomm Wi-Fi 6 описується як «набір функцій і протоколів, спрямованих на передачу якомога більшої кількості даних на якомога більше пристроїв одночасно». Wi-Fi 6 представив різні вдосконалені можливості, які підвищують ефективність і збільшують пропускну здатність, включаючи мультиплексування в частотній області, багатокористувацьку MIMO висхідної лінії зв’язку та динамічну фрагментацію пакетів даних.
Wi-Fi 6 включає технологію OFDMA (множинний доступ з ортогональним частотним поділом), яка підвищує спектральну ефективність у багатокористувацьких середовищах
Чому ж тоді робоча група 802.11 вже на шляху до розробки нового стандарту? Чому ми вже бачимо заголовки про першу демонстрацію Wi-Fi 7? Незважаючи на набір найсучасніших радіотехнологій, Wi-Fi 6 сприймається, принаймні в деяких колах, як неперевершений у двох важливих аспектах: швидкість передачі даних і затримка.
Покращуючи швидкість передачі даних і затримку Wi-Fi 6, архітектори Wi-Fi 7 сподіваються забезпечити швидкий, безперебійний і надійний досвід користувача, якого легше досягти за допомогою кабелів Ethernet.
Швидкість передачі даних проти затримок щодо протоколів Wi-Fi
Wi-Fi 6 підтримує швидкість передачі даних близько 10 Гбіт/с. Чи це «достатньо добре» в абсолютному сенсі, питання дуже суб’єктивне. Однак у відносному сенсі швидкість передачі даних Wi-Fi 6 об’єктивно невисока: Wi-Fi 5 досяг тисячовідсоткового збільшення швидкості передачі даних порівняно зі своїм попередником, тоді як Wi-Fi 6 збільшив швидкість передачі даних менш ніж на п’ятдесят відсотків. порівняно з Wi-Fi 5.
Теоретична швидкість потоку даних, безумовно, не є вичерпним засобом кількісної оцінки «швидкості» мережевого з’єднання, але вона досить важлива, щоб заслуговувати на пильну увагу тих, хто відповідає за постійний комерційний успіх Wi-Fi.
Порівняння трьох попередніх поколінь мережевих протоколів Wi-Fi
Затримка як загальне поняття відноситься до затримок між введенням і відповіддю.
У контексті мережевих з’єднань надмірна затримка може погіршити взаємодію з користувачем так само (або навіть більше, ніж) обмежена швидкість передачі даних — неймовірно швидка передача на бітовому рівні не дуже допоможе, якщо вам доведеться чекати п’ять секунд перед веб-сторінкою починає завантажуватися. Затримка особливо важлива для додатків у реальному часі, таких як відеоконференції, віртуальна реальність, ігри та дистанційне керування обладнанням. Користувачі мають стільки терпіння лише до відео з помилками, ігор із затримками та затягування інтерфейсів машин.
Швидкість передачі даних і затримка Wi-Fi 7
Звіт про авторизацію проекту для IEEE 802.11be включає як збільшення швидкості передачі даних, так і зменшення затримки як чіткі цілі. Давайте детальніше розглянемо ці два шляхи оновлення.
Швидкість передачі даних і квадратурна амплітудна модуляція
Архітектори Wi-Fi 7 хочуть бачити максимальну пропускну здатність не менше 30 Гбіт/с. Ми не знаємо, які функції та методи будуть включені в остаточний стандарт 802.11be, але деякі з найбільш перспективних кандидатів на збільшення швидкості передачі даних – це ширина каналу 320 МГц, багатоканальна робота та модуляція 4096-QAM.
Завдяки доступу до додаткових ресурсів спектру в діапазоні 6 ГГц Wi-Fi може реально збільшити максимальну ширину каналу до 320 МГц. Ширина каналу 320 МГц збільшує максимальну пропускну здатність і теоретичну пікову швидкість передачі даних у два рази порівняно з Wi-Fi 6.
У багатоканальній роботі декілька клієнтських станцій зі своїми власними з’єднаннями спільно функціонують як «багатоканальні пристрої», які мають один інтерфейс до рівня керування логічним з’єднанням мережі. Wi-Fi 7 матиме доступ до трьох діапазонів (2.4 ГГц, 5 ГГц і 6 ГГц); багатоканальний пристрій Wi-Fi 7 може надсилати та отримувати дані одночасно в кількох діапазонах. Багатоканальна робота має потенціал для значного збільшення пропускної здатності, але тягне за собою деякі значні проблеми впровадження.
У багатоканальному режимі багатоканальний пристрій має одну MAC-адресу, навіть якщо він містить більше одного STA (що означає станцію, тобто пристрій для зв’язку, наприклад ноутбук або смартфон).
QAM означає квадратурну амплітудну модуляцію. Це схема модуляції I/Q, у якій конкретні комбінації фази та амплітуди відповідають різним двійковим послідовностям. Ми можемо (теоретично) збільшити кількість бітів, що передаються на символ, збільшивши кількість точок фази/амплітуди в системі «сузір’я» (див. діаграму нижче).
Це сузір'я діаграми для 16-QAM. Кожне коло на комплексній площині представляє комбінацію фази/амплітуди, яка відповідає заздалегідь визначеному двійковому числу
Wi-Fi 6 використовує 1024-QAM, який підтримує 10 біт на символ (оскільки 2^10 = 1024). З модуляцією 4096-QAM система може передавати 12 біт на символ, якщо вона може досягти достатнього SNR на приймачі для забезпечення успішної демодуляції.
Wi-Fi 7 Особливості затримки:
MAC-рівень і PHY-рівень
Порогове значення для надійної роботи додатків у режимі реального часу — найгірша затримка 5–10 мс; затримки до 1 мс є корисними в деяких сценаріях використання. Досягти такої низької затримки в середовищі Wi-Fi непросте завдання.
Функції, що працюють як на рівні MAC (контроль середнього доступу), так і на фізичному рівні (PHY), допоможуть знизити продуктивність затримки Wi-Fi 7 до рівня менше 10 мс. До них відносяться скоординоване формування променя з кількома точками доступу, чутлива до часу мережа та багатоканальна робота.
Основні функції Wi-Fi 7
Нещодавні дослідження вказують на те, що багатоканальна агрегація, яка включена в загальний заголовок багатоканальної роботи, може допомогти Wi-Fi 7 задовольнити вимоги до затримки програм реального часу.
Майбутнє Wi-Fi 7?
Ми ще не знаємо, як саме виглядатиме Wi-Fi 7, але він, безсумнівно, міститиме вражаючі нові радіочастотні технології та методи обробки даних. Чи будуть усі дослідження та розробки того варті? Чи зробить Wi-Fi 7 революцію в бездротових мережах і остаточно нейтралізує кілька переваг кабелів Ethernet, що залишилися? Не соромтеся поділитися своїми думками в розділі коментарів нижче.
