Wi-Fi 7, prenosové rýchlosti a oneskorenie

Pochopenie štandardu IEEE 802.11be
Wi-Fi 7, prenosové rýchlosti a oneskorenie
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  141 zobrazení
1
 0
Počítače a výpočtová technika

Bude Wi-Fi 7 revolúciou alebo len evolúciou v oblasti bezdrôtového prístupu na internet? Tento článok sa zaoberá niektorými novými funkciami a možnosťami ďalšej iterácie štandardu 802.11.

Pri vyhľadávaní "slávnych príslušníkov generácie Z" v Googli som našiel rôzne mená, o ktorých som nikdy nepočul (spoznal som však Gretu Thunbergovú). Jedno meno však nápadne chýba: IEEE 802.11, známejší pod skratkou Wi-Fi.

Wi-Fi ako štandard bezdrôtového dátového prenosu sa narodil v roku 1997 a ovplyvnil ľudský život oveľa viac ako ktorákoľvek iná osobnosť z generácie Z. Jej neustály rast a dozrievanie postupne oslobodili bežné sieťové pripojenie od starého systému káblov a konektorov do takej miery, že bezdrôtový širokopásmový prístup na internet - niečo, čo bolo v časoch vytáčaného pripojenia nemysliteľné - sa často považuje za samozrejmosť.

Som dosť starý na to, aby som si pamätal na uspokojujúce cvaknutie, ktorým zástrčka RJ45 znamenala úspešné pripojenie k rýchlo sa rozširujúcemu online multiverzu. Dnes už RJ45 nepotrebujem a technicky nasýtení tínedžeri z radov mojich známych možno ani netušia o ich existencii (česť výnimkám).

V 60. a 70. rokoch spoločnosť AT&T vyvinula modulárne konektorové systémy, ktoré nahradili objemné telefónne konektory. Neskôr sa tieto systémy rozšírili o konektor RJ45 pre počítačové siete. Obrázok spoločnosti CUI Devices

Uprednostňovanie Wi-Fi medzi širokou verejnosťou nie je vôbec prekvapujúce; ethernetové káble sa zdajú byť takmer barbarské v porovnaní s obrovským pohodlím bezdrôtového pripojenia. Ale ako užívateľ, ktorý sa zaoberá len výkonom dátového spojenia, stále považujem Wi-Fi za horšie ako káblové pripojenie. Priblíži sa Wi-Fi vďaka 802.11be o krok - alebo možno dokonca o skok - k úplnému vytlačeniu Ethernetu?

Stručný úvod do štandardov Wi-Fi: Wi-Fi 6 a Wi-Fi 7

Wi-Fi 6 je názov pre štandard IEEE 802.11ax. Wi-Fi 6, ktorý bol plne schválený začiatkom roka 2021 a ktorý ťaží z viac ako dvadsaťročného zlepšovania protokolu 802.11, je impozantný štandard, ktorý sa nezdá byť kandidátom na jeho rýchle nahradenie.

Príspevok na blogu spoločnosti Qualcomm zhŕňa Wi-Fi 6 ako "súbor funkcií a protokolov zameraných na to, aby sa čo najviac dát dostalo do čo najväčšieho počtu zariadení súčasne". Wi-Fi 6 na tú dobu zaviedlo rôzne pokročilé funkcie, ktoré zlepšujú efektivitu a zvyšujú priepustnosť, vrátane multiplexovania vo frekvenčnej oblasti, uplinku s viacerými používateľmi MIMO a dynamickej fragmentácie dátových paketov.

Wi-Fi 6 využíva technológiu OFDMA (ortogonálny viacnásobný prístup s frekvenčným delením "orthogonal frequency division multiple access"), ktorá zvyšuje spektrálnu účinnosť v prostredí s viacerými používateľmi. Obrázok spoločnosti Cisco

Prečo je teda pracovná skupina 802.11 už na ceste k vytvoreniu nového štandardu? Napriek tomu, že Wi-Fi 6 obsahuje najmodernejšie rádiové technológie, je aspoň v niektorých kruhoch vnímaná ako nedostatočná v dvoch dôležitých aspektoch: rýchlosť prenosu dát a latencia. Architekti Wi-Fi 7 dúfajú, že zlepšením dátovej rýchlosti a latencie Wi-Fi 6 dosiahnu rýchly, plynulý a spoľahlivý používateľský zážitok, ktorý je však stále jednoduchšie dosiahnuť pomocou klasických ethernetových káblov.

Rýchlosť prenosu dát vs. latencie týkajúce sa protokolov Wi-Fi

Wi-Fi 6 podporuje prenosové rýchlosti blížiace sa k 10 Gb/s. Či je to "dostatočne dobré" v absolútnom zmysle, je veľmi subjektívna otázka. V relatívnom zmysle sú však prenosové rýchlosti Wi-Fi 6 objektívne nedostatočné, pretože Wi-Fi 5 dosiahla až tisícpercentný nárast rýchlosti prenosu dát v porovnaní so svojím predchodcom, zatiaľ čo Wi-Fi 6 zvýšila rýchlosť prenosu dát o menej ako päťdesiat percent v porovnaní s Wi-Fi 5.

Teoretická rýchlosť dátového toku rozhodne nie je komplexným prostriedkom na kvantifikáciu "rýchlosti" sieťového pripojenia, je ale dostatočne dôležitá na to, aby si zaslúžila zvýšenú pozornosť tých, ktorí sú zodpovední za pretrvávajúci komerčný úspech Wi-Fi.

Generácia / IEEE Štandard Frekvencia Maximálna rýchlosť pripojenia Rok
Wi-FI 6 (802.11ax) 2,4 / 5 GHz 600 - 9608 Mbit / s 2019
Wi-Fi 5 (802.11ac) 5 GHz 433 / 6933 Mbit / s 2014
Wi-Fi 4 (802.11n) 2.4 / 5GHz 72 / 600 Mbit / s 2009

Porovnanie posledných troch generácií sieťových protokolov Wi-Fi. Údaje spoločnosti Intel

Oneskorenie ako všeobecný pojem sa vzťahuje na oneskorenie medzi vstupom a odozvou. V kontexte sieťových pripojení môže nadmerné oneskorenie zhoršiť používateľský zážitok rovnako ako obmedzená rýchlosť prenosu dát - bleskurýchly prenos na bitovej úrovni vám veľmi nepomôže, ak musíte čakať päť sekúnd, kým sa začne načítavať webová stránka. Latencia je obzvlášť dôležitá pre aplikácie v reálnom čase, ako sú videokonferencie, virtuálna realita, hry a vzdialené ovládanie zariadení. Používatelia majú len toľko trpezlivosti, koľko potrebujú na sekané načítavanie videa, oneskorenie v hrách ...... Loading, please wait ...

Rýchlosť prenosu dát a oneskorenie siete Wi-Fi 7

Správa o autorizácii projektu IEEE 802.11be obsahuje ako explicitné ciele zvýšenie rýchlosti prenosu dát a zníženie latencie. Pozrime sa bližšie na tieto dve cesty modernizácie.

Dátová rýchlosť a kvadratúrna amplitúdová modulácia

Architekti Wi-Fi 7 chcú dosiahnuť maximálnu priepustnosť aspoň 30 Gb/s. Nevieme, ktoré funkcie a techniky budú začlenené do finalizovanej normy 802.11be, ale medzi najsľubnejších kandidátov na zvýšenie rýchlosti prenosu dát patria šírka kanála 320 MHz, prevádzka s viacerými linkami a modulácia 4096-QAM.

S prístupom k ďalším zdrojom frekvenčného spektra z pásma 6 GHz môže Wi-Fi reálne zvýšiť maximálnu šírku kanála až na 320 MHz. Šírka kanála 320 MHz zvyšuje maximálnu šírku pásma a teoretickú maximálnu rýchlosť prenosu dát dvojnásobne v porovnaní s Wi-Fi 6.

Pri viaclinkovej prevádzke viaceré klientske stanice s vlastnými linkami fungujú spoločne ako "viaclinkové zariadenia", ktoré majú jedno rozhranie s logickou vrstvou riadenia liniek siete. Wi-Fi 7 bude mať prístup k trom pásmam (2,4 GHz, 5 GHz a 6 GHz); viaclinkové zariadenie Wi-Fi 7 by mohlo odosielať a prijímať dáta súčasne vo viacerých pásmach. Prevádzka viacerých liniek má potenciál na výrazné zvýšenie priepustnosti, ale prináša so sebou niekoľko významných implementačných problémov.

Pri viaclinkovej prevádzke má viaclinkové zariadenie jednu adresu MAC, aj keď obsahuje viac ako jednu STA (čo je skratka pre stanicu, teda komunikujúce zariadenie, napríklad prenosný počítač alebo smartfón). Obrázok IEEE

QAM znamená kvadratúrnu amplitúdovú moduláciu. Ide o I/Q modulačnú schému, v ktorej špecifické kombinácie fázy a amplitúdy zodpovedajú rôznym binárnym sekvenciám. Počet bitov prenášaných na symbol môžeme (teoreticky) zvýšiť zvýšením počtu fázových/amplitúdových bodov v "konštelácii" systému (pozri schému nižšie).

Toto je diagram konštelácie pre 16-QAM. Každý kruh v komplexnej rovine predstavuje kombináciu fázy a amplitúdy, ktorá zodpovedá vopred definovanému binárnemu číslu. Obrázok IEEE

Wi-Fi 6 používa 1024-QAM, ktorá podporuje 10 bitov na symbol (pretože 210 = 1024). S moduláciou 4096-QAM môže systém vysielať 12 bitov na symbol - ak dosiahne dostatočný SNR na prijímači, aby umožnil úspešnú demoduláciu.

 Funkcie oneskorenia: Vrstva MAC a vrstva PHY

Prahovou hodnotou pre spoľahlivú funkčnosť aplikácií v reálnom čase je oneskorenie v najhoršom prípade 5 - 10 ms; v niektorých scenároch použitia je výhodné oneskorenie až 1 ms. Dosiahnutie takto nízkych latencií v prostredí Wi-Fi avšak nie je jednoduchá úloha. Funkcie fungujúce na vrstve MAC (riadenie prístupu k médiu) aj na fyzickej vrstve (PHY) pomôžu dostať latenciu Wi-Fi 7 do oblasti pod 10 ms. Patrí medzi ne koordinované formovanie lúča pre viacero prístupových bodov, časovo citlivé siete a prevádzka viacerých liniek.

Kľúčové funkcie Wi-Fi 7. Obrázok IEEE

Nedávny výskum naznačuje, že agregácia viacerých liniek, ktorá je zahrnutá do všeobecného pojmu "prevádzka viacerých liniek", môže mať zásadný význam pre splnenie požiadaviek na oneskorenie aplikácií v reálnom čase v sieti Wi-Fi 7.

Ste optimistickí, čo sa týka budúcnosti Wi-Fi 7?

Zatiaľ neviem, ako presne bude Wi-Fi 7 vyzerať, ale nepochybne bude obsahovať nové pôsobivé rádiové technológie a techniky spracovania dát. Bude všetok výskum a vývoj stáť za to? Spôsobí Wi-Fi 7 revolúciu v bezdrôtových sieťach a definitívne neutralizuje niekoľko zostávajúcich výhod ethernetových káblov? To všetko ukáže čas, takže nechajme sa prekvapiť.

Zdroje : Odkazy v článku

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 200.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
Webwiki Button