Новые стандарты Wi-Fi появляются с такой быстротой, что часто бывает трудно оценить различия между Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E – все эти стандарты используются в коммерческих продуктах. А теперь сюда можно добавить еще и Wi-Fi 7.

Китайский производитель сетевого оборудования H3C уже выпустил маршрутизатор Wi-Fi 7, несмотря на то, что стандарт Wi-Fi 7, по имеющимся прогнозам, будет утвержден не ранее 2024 года.

Что такое Wi-Fi 7?

Wi-Fi 7, или 802.11be, – очередной стандарт Wi-Fi, над которым работает сегодня Institute of Electrical and Electronics Engineers. Он обещает увеличение скорости до колоссальных 46 Гбит/с (что почти в пять раз превышает производительность Wi-Fi 6), а также уменьшение задержек. Ожидается, что оборудование стандарта Wi-Fi 7 (известного также под именем Extremely High Throughput) обеспечит более высокую эффективность использования частотного спектра, повышение эффективности энергопотребления, улучшение подавления помех и увеличение плотности имеющихся ресурсов, способствуя росту экономической эффективности.

Как работает Wi-Fi 7?

В тот момент, когда все подумали, что инженеры IEEE уже исчерпали способы улучшения Wi-Fi, они предложили целый ряд улучшений и сочетаний методов, обеспечивающих не просто постепенное развитие, а скачкообразный прирост производительности вкупе с сокращением задержек.

Удвоение ширины канала

Wi-Fi 7 увеличивает максимальную ширину канала в два раза, со 160 до 320 МГц, что сразу приводит к удвоению пропускной способности. Кроме того, Wi-Fi 7 обеспечивает дополнительную гибкость, благодаря которой сеть в зависимости от потребностей приложения сможет работать с двумя каналами шириной 160 МГц или с одним каналом шириной 320 МГц.

Удвоение числа пространственных потоков MU-MIMO

Wi-Fi 7 увеличивает количество пространственных потоков с восьми до 16, что влечет за собой удвоение пропускной способности. Многопользовательская технология с несколькими входами и выходами (MU-MIMO) разбивает доступную полосу пропускания на отдельные потоки, которые делят между собой ресурсы соединения в равных пропорциях. MU-MIMO уменьшает вероятность возникновения перегрузок, связанных с одновременными попытками нескольких оконечных узлов получить доступ к беспроводной сети. Кроме того, MU-MIMO обеспечивает двунаправленное функционирование, благодаря которому маршрутизатор может принимать и отправлять данные одновременно. (В сетях Wi-Fi 5 возможности MU-MIMO были ограничены только передачей по направлению к абоненту.)

Увеличение QAM в четыре раза

Ожидается, что увеличение квадратурной амплитудной модуляции (quadratic amplitude modulation, QAM) с 1024-QAM до 4096-QAM обеспечит дополнительный 20-процентный прирост пропускной способности. Таким образом, с 9,6 Мбит/с в сетях Wi-Fi 6 она в общей сложности увеличится до 46 Мбит/с в Wi-Fi 7.

Multi-link operation (MLO)

Благодаря MLO устройства смогут одновременно передавать и принимать данные во всех доступных диапазонах (2,4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц) и на всех каналах. Это будет способствовать росту производительности, сокращению времени ожидания и повышению надежности. Потоки данных могут быть предварительно привязаны к определенным каналам в соответствии с требованиями приложения или устройства, особенно в среде Интернета вещей и Промышленного интернета. Возможна также настройка сети на динамический выбор в реальном времени полосы частот с минимальными перегрузками с последующей передачей данных по соответствующему каналу.

Работа с несколькими точками доступа

В предыдущих стандартах Wi-Fi при приеме от оконечных узлов запросов на подключение и в процессе перемещения трафика в прямом и обратном направлении каждая точка доступа действовала независимо. При работе с несколькими точками доступа создается конфигурация ячеистого типа, в которой соседние точки доступа координируют свою деятельность для улучшения использования спектра и ресурсов. Работу с несколькими точками доступа можно запрограммировать таким образом, чтобы их совокупность образовывала подсистему, в которой доступ к каналу и графики передачи четко координируются.

Чувствительный к времени сетевой обмен данными

Wi-Fi 7 поддерживает стандарт IEEE TSN (time-sensitive networking), который помогает минимизировать задержки и повысить устойчивость. Технология TSN, первоначально разрабатывавшаяся для уменьшения буферизации, задержек и вариабельности в сетях Ethernet, предполагает составление расписания для обеспечения надежной доставки пакетов в приложениях реального времени (Интернет вещей и Промышленный интернет).

Multi-RU

Режим OFDMA (orthogonal frequency division multiple access) позволяет точкам доступа одновременно взаимодействовать с несколькими клиентами, распределяя единицы ресурсов (Resource Units) между отдельными клиентами. Технология Multi-RU повышает эффективность использования спектра, позволяя избегать помех на перегруженных каналах.

Детерминированная низкая задержка

Сочетание упомянутых выше технологий уменьшит задержку, благодаря чему Wi-Fi 7 сможет поддерживать приложения реального времени, в том числе приложения виртуальной и дополненной реальности, а также Интернета вещей. Задержка станет и более детерминированной, т.е., не будет превышать определенного предела, что имеет очень важное значение для некоторых приложений промышленной автоматизации, которые не могут нормально функционировать в условиях значительных колебаний параметров задержки.

Преимущества Wi-Fi 7

Хотя сегодня возможностей Wi-Fi 5 может быть вполне достаточно почти для всех приложений, кроме самых требовательных к пропускной способности, предполагается, что в дальнейшем беспроводной трафик будет расти, особенно в условиях перехода организаций к цифровой трансформации.

Бизнес-процессы, которые когда-то выполнялись вручную, перемещаются в цифровой мир, в том числе и в облако. А объем данных, которые необходимо передавать по беспроводной сети, растет в геометрической прогрессии.

Цифровая трансформация не просто означает, что конечные пользователи, проводившие определенные манипуляции над бумажным документом, теперь выполняют ту же функцию, обращаясь к его цифровой копии. Бизнес-процессы становятся все более сложными и взаимосвязанными. Данные циркулируют в гибридных облачных средах. Конкретная бизнес-функция может затрагивать сразу несколько приложений. Анализ больших объемов данных получает все более широкое распространение на предприятии. Платформы для организации взаимодействия при помощи видеотрансляций становятся нормой.

Стандарт Wi-Fi 7 призван обеспечить работу с увеличенным объемом трафика в условиях цифровых преобразований и поддержку конкретных приложений, которым нужна детерминированная задержка, а также высокий уровень надежности и качества обслуживания. К ним относятся средства промышленной автоматизации, видеонаблюдения, дистанционного управления, дополненной и виртуальной реальности и видеоприложения. Кроме того, Wi-Fi 7 и 5G будут поддерживать совместную работу при организации пограничных вычислений, в облаке и в частных беспроводных сетях.

Придет ли Wi-Fi 7 на смену Ethernet?

В определенных ситуациях сети Wi-Fi 7 могут прийти на смену кабельным сетям Ethernet, а это в свою очередь действительно приведет к изменению правил игры. Например, к появлению полностью беспроводных офисов, где ИТ-службе уже не придется прокладывать провода над потолком и тянуть кабели к каждому отсеку, каждому офисному помещению.

В то время как теоретическая максимальная скорость Wi-Fi 7 составляет 46 Гбит/с, реальная производительность может оказаться гораздо ниже – порядка 6 Гбит/с, но даже и это значительно превышает возможности Gigabit Ethernet.

Правда, в беспроводных сетях пропускная способность в различных оконечных узлах отличается, тогда как технология Gigabit Ethernet позволяет подключать к гигабитному каналу каждый оконечный узел, и это тоже следует учитывать. В беспроводных сетях могут использоваться несколько антенн и несколько потоков, а стандарт Wi-Fi 7 позволяет объединять несколько точек доступа, поэтому оценка реальной производительности в конкретной среде чрезвычайно сложна, но необходима.

По мнению представителей тайваньского производителя чипов MediaTek, построение первых сетей Wi-Fi 7 должно стать подтверждением того, что Wi-Fi может стать настоящей заменой кабельных сетей Ethernet для приложений, которым нужна сверхвысокая пропускная способность. В январе 2022 года компания MediaTek провела демонстрацию технологии Wi-Fi 7, высказав предположение, что чипы Wi-Fi 7 будут поставляться уже в следующем году, до момента окончательного утверждения стандарта. Другие крупные производители чипов, такие как Qualcomm, также активно осваивают технологию Wi-Fi 7. При этом Qualcomm поставляет чипы для упоминавшегося ранее маршрутизатора H3C Wi-Fi 7.

По мнению аналитиков IDC, ширина канала, QAM и новые функции Wi-Fi 7, например, многоканальная работа (MLO), делают этот стандарт весьма привлекательным для разработчиков флагманских смартфонов, поставщиков ПК, производителей потребительских устройств и вертикальных отраслей, таких как розничная торговля и промышленность.

Но делать какие-либо прогнозы относительно вытеснения Ethernet оборудованием Wi-Fi 7 в корпоративных локальных сетях пока слишком рано. На бумаге кажется, что Wi-Fi 7 подходит по всем параметрам независимо от того, идет ли речь о пропускной способности, надежности или безопасности (WPA3). Но силу инерции нельзя недооценивать, а у ИТ-команд могут быть более важные приоритеты, чем замена вполне предсказуемого и практически не требующего обслуживания оборудования Ethernet на Wi-Fi.

Однако существуют вполне конкретные направления (Интернет вещей, промавтоматизация, новые филиалы и крупные офисы, а также розничная торговля и отраслевые сценарии), где Wi-Fi 7 может обеспечить ускорение и упрощение развертывания по сравнению с Ethernet.

Поскольку у многих ИТ-служб беспроводная сеть уже дополняет ранее существовавшую локальную сеть Ethernet, обеспечивая мобильность сотрудников, Wi-Fi и Ethernet вполне могут сосуществовать в конфигурации, где Wi-Fi будет выступает в роли основной сети, а Ethernet останется в качестве резервной.

По оценкам Dell'Oro, несмотря на то, что скорость Wi-Fi 7 может достигать 46 Гбит/с, объемы поставок оборудования 400-Gigabit Ethernet (кабели и коммутаторы) в 2021 году выросли вдвое. А планы развития Ethernet предусматривают к 2030 году преодоление планки в 800 Гбит/с или даже выход на терабайтный уровень. Таким образом, Wi-Fi, конечно, может конкурировать с Ethernet на уровне доступа, но при этом Ethernet продолжает сохранять прочные позиции как в корпоративных ЦОДах, так и в ЦОДах гиперскейлеров.

Поскольку ожидается, что оборудование Wi-Fi 7, отвечающее требованиям стандарта, появится всего через три года после Wi-Fi 6E, организациям необходимо тщательно спланировать свои циклы обновления: если в настоящее время используется оборудование Wi-Fi 5, следует ли осуществлять переход на Wi-Fi 6 или Wi-Fi 6E? А может, имеет смысл дождаться Wi-Fi 7? Если же переход на Wi-Fi 6 уже осуществлен, стоит ли придерживаться статус-кво, инициируя переход на Wi-Fi 7 только в случае возникновения критичной для бизнеса необходимости в этом?

Проведенный аналитиками IDC в 2021 году анализ состояния корпоративного рынка беспроводных локальных сетей показал, что на Wi-Fi 6 приходится 60% от общего объема отгруженных устройств, а на Wi-Fi 5 – большая часть остального. Это означает, что большинство компаний делают выбор в пользу Wi-Fi 6, остальные же продолжают развивать свои сети Wi-Fi 5.

На пути к Wi-Fi 7

Wi-Fi 7 является самым свежим в длинном семействе стандартов Wi-Fi, которые обеспечивают построение все более быстрых, безопасных и надежных беспроводных сетей. Коснемся кратко основных особенностей последних представителей этого семейства.

- Wi-Fi 5. Стандарт, утвержденный в 2014 году, обеспечивает максимальную скорость в 3,5 Гбит/с, которой, безусловно, вполне достаточно для домашних сетей, филиалов и многих корпоративных сценариев.

- Wi-Fi 6. Сертифицированный Wi-Fi Alliance в 2019 году стандарт выводит теоретическую максимальную пропускную способность на уровень 9,6 Гбит/с и предназначен для сред с плотным размещением пользователей – стадионов, торговых центров и больших офисов. Соответствующее оборудование может эффективно использоваться и в сфере Интернета вещей.

- Wi-Fi 6E. Расширение Wi-Fi 6, появившееся в 2021 году, обеспечивает ту же скорость, но поддерживает недоступный ранее спектр в диапазоне 6 ГГц. Это способствует увеличению производительности за счет устранения помех от имеющихся приложений, использующих ту же полосу пропускания. Wi-Fi 6E ориентирован на новые приложения виртуальной и дополненной реальности, а также на передачу видео 4G и 8G.