Wi-Fi 7 přichází

Proti předchozím generacím Wi-Fi přináší uživatelům hmatatelné výhody. Je výrazně rychlejší. Přenáší data s nižším zpožděním (latencí). Je odolnější proti rušení. Zvyšuje stabilitu spojení. Funguje lépe v místech s vysokou hustotou stanic. Šetří energii připojených zařízení.

Díky těmto vlastnostem zvládne náročné aplikace, které se stále více prosazují. Příkladem jsou virtuální, rozšířená nebo smíšená realita (VR, AR, MR), video s vysokou kvalitou (4K, 8K), prostorové video, teleprezence, IoT aplikace, řízení strojů, aplikace v automobilovém průmyslu, herní aplikace a další.

Cesta k Wi-Fi 7

Wi-Fi 7 vychází ze standardu 802.11be organizace IEEE. Wi-Fi Alliance mu přidělila označení Wi-Fi 7.

Wi-Fi Alliance (wi-fi.org) pečuje o Wi-Fi značku, uvádí standardy 802.11 IEEE do života, testuje zařízení a potvrzuje, že mají požadované vlastnosti. Otestovaným zařízením přiděluje štítky, např. „Wi-Fi CERTIFIED 7“.

Obrázek 1 ukazuje historický vývoj Wi-Fi, vztah standardů IEEE a názvů Wi-Fi Alliance. Data ukazují, kdy standardy 802.11 schválila pracovní skupina IEEE 802.11 organizace IEEE Standard Association.

První označení dostal standard 802.11n – Wi-Fi 4. Předchozí generace dostaly jména zpětně.

Tabulka 1 shrnuje, jak se vyvíjela maximální přenosová rychlost, využití frekvenčních pásem, šířka komunikačních kanálů, modulace, latence, způsob anténního přenosu (MIMO).

Tabulka 1: Vlastnosti Wi-Fi generací

Wi-Fi 7 zlepšuje parametry přenosu dalšími funkcemi, jako jsou Multi-link Operation (MLO), Preamble Puncturing, Multiple Resource Units (MRU), Target Wait Time (TWT), Compressed Block Ack a další. Některých se dále dotkneme.

Rychlost přenosu

Maximální rychlost přenosu je 46 Gbit/s. V tomto parametru zrychluje Wi-Fi 7 oproti Wi-Fi 6E téměř pětkrát. Nenechme se tímto parametrem příliš nadchnout. Jde o maximální teoretickou bitovou rychlost přenosu, které může dosáhnout jeden Access Point (AP) komunikující se stanicemi za ideálních podmínek.

Notebooky nebo mobilní telefony připojíme výrazně nižší rychlostí – obvykle mezi 1 a 2 Gbit/s. Záleží na členitosti prostředí, překážkách, rušení a dalších parametrech.

V příznivých podmínkách vytáhneme ze stanice 3,5 Gbit/s.

Ke skoku v rychlosti přispívá zejména jemnější modulace 4096-QAM (Quadrature Amplitude Modulation), dvojnásobná maximální šíře přenosových kanálů (až 320 MHz) a technologie MLO (Multi-link Operation).

Nižší latence přenosu

Wi-Fi 7 snižuje latenci přenosu oproti Wi-Fi 6 mnohonásobně.

Nižší latenci zajišťuje zejména funkce Multi-Link Operation (MLO), viz obrázek 1. Zařídí, že se AP a stanice mohou současně spojit v různých pásmech. Souběžná spojení mohou využívat pro zvýšení rychlosti přenosu, zvýšení odolnosti nebo výběru spoje s lepšími parametry pro přenos.

Latenci snižuje i zdokonalené plánování přenosů, širší přenosové kanály, lepší využití dílčích jednotek přenosu (Multi-RU), lepší využití OFDMA a zvýšená odolnost proti rušení.

Vyšší odolnost proti rušení

Širší kanály mohou být citlivější k rušení. Jednou z funkcí, která odolnost Wi-Fi 7 proti rušení zlepšuje, je preamble puncturing (ořezání preambule). Pokud část kanálu zasáhne rušení, lze nerušenou část kanálu použít pro přenos dat.

K odolnosti přispívají i MLO, adaptivní modulace, vylepšené řízení OFDMA a MU-MIMO.

Úspora energií na stanicích

Spotřebu energie na stanicích snižuje zejména zdokonalená funkce TWT (Target Wait Time). Koncové stanice si mohou vyjednat s AP časové intervaly, kdy začnou přenášet data. Mezitím mohou přejít do spánku. Díky tomu stanice i AP omezí služební komunikaci a uspoří energii související s vyjednáváním.

Bezpečný přenos

WPA3 je povinnou součástí standardů Wi-Fi 6, 6E, 7. Nabízí silnější šifrování, příležitostné šifrování ve veřejných sítích, jednodušší a bezpečnější připojení IoT zařízení. Díky Forward Secrecy zůstanou data v bezpečí, i když někdo později odhalí aktuální šifrovací klíče. Wi-Fi 7 chrání metodou WPA3 i souběžné kanály v MLO.

K bezpečnosti přispívá vyšší odolnost proti rušení a ochrana služebních rámců (management frame protection).

Pásmo 6GHz a rozšíření kanálů

Wi-Fi 7 může využívat 6GHz pásmo. Obrázek zachycuje nepřekrývající se kanály v pásmu 6 GHz dostupné v Evropě.

Vidíme, že 320MHz kanál je v Evropě k dispozici jenom jeden. To omezuje případy jeho využití. Lze jej ale využít v menších kancelářích, v domácnostech, laboratořích, v některých průmyslových prostředích nebo pro přenos mezi AP.

Vyšší hustota stanic

Díky širšímu spektru, jeho účinnému využití a odolností proti rušení obslouží Wi-Fi 7 místa s vysokou hustotou stanic ještě lépe než Wi-Fi 6E.

Pro jaké scénáře se Wi-Fi 7 hodí

Vysokou rychlost Wi-Fi 7, nízkou latenci, odolnost proti rušení, zvládání vysoké hustoty připojených klientů využijeme s výhodou v následujících scénářích.

• Máme aplikace citlivé na zpoždění nebo jeho kolísání (jiter). Sem patří interaktivní video, aplikace pro interaktivní ovládání strojů, virtuální, rozšířená nebo smíšená realita (VR, AR, MR), 3D výuka. Tyto aplikace často přenášejí vysoce kvalitní prostorový videozáznam a musejí okamžitě reagovat na pokyny uživatele. Potřebují přenést až na stovky Mbit/s pro jeden proud videa, latenci udržet pod 20 ms, zajistit kolísání latence pod 2 ms a ztratit méně než jedno promile paketů. Tady může mít problém i Wi-Fi 6E.
• Provozujeme aplikace s vysokými nároky na rychlost přenosu, jako je video s vysokým rozlišením a rychlým snímkováním (například 8K při 120 fps). Pokrýváme místa s vysokou hustotou uživatelů. Sem patří například univerzity, stadiony, kongresová centra, nemocnice, obchodní centra a podobně.
• Využíváme aplikace citlivé na ztráty paketů. Příkladem jsou videokonference. Jejich adaptivní kodeky snižují kvalitu obrazu a zvuku při ztrátách paketů a potřebují čas na zotavení.
• Wi-Fi 7 se může prosadit v propojování, připojování a pokrytí vozidel (connected vehicles).
• Wi-Fi 7 může v mnoha případech plně nahradit pevný Ethernet, poskytnout vyšší mobilitu, uspořit za kabeláž a porty přepínačů.

Na co si dát pozor při nasazení Wi-Fi 7

Pokud chceme vytěžit z Wi-Fi 7 maximum, obvykle nestačí vyměnit starší AP na jejich původních místech. Před nasazením je vhodné udělat průzkum prostředí (site survey), navrhnout rozmístění AP, vzít v úvahu vlastnosti stanic, promyslet využití kanálů a začlenění Wi-Fi do LAN sítě. Důvody jsou následující:

• Signál ve vyšších frekvencích má nižší dosah a hůře překonává překážky. V 6 GHz pásmu budeme ve volném prostoru potřebovat zhruba o 2 dB silnější signál než v 5GHz pásmu. Pokud chceme využít 6GHz pásmo a většinu výhod Wi-Fi 7, je možné, že budeme zvýšit počet AP a jinak je rozmístit.
• Nesprávné využití širších kanálů může zvýšit interferenci.
• AP mohou posílat do LAN sítě výrazně větší objem dat. To může vést k přetížení existující LAN sítě. Povýšení LAN sítě může znamenat výměnu LAN přepínačů, modulů, rozhraní, případně kabeláže.
• Musíme vzít v úvahu vliv stanic, které Wi-Fi 7 nepodporují, na celkovou komunikaci v bezdrátovém prostředí.
• Wi-Fi 7 šetří spotřebu energie na koncových stanicích. AP ale mají spotřebu vyšší. Pokud napájíme AP před Ethernet, musíme prověřit, zda porty přepínačů poskytují dostatečný výkon pro napájení nových AP. Doporučeným napájením pro Wi-Fi 7 AP je UPOE (802.3 bt).
• Ve smíšeném prostředí Wi-Fi 7 se staršími standardy můžeme narazit na problém s roamingem, pokud nesladíme ověřovací metody v celém prostředí (například WPA2 ve Wi-Fi 5 vs. WPA3 ve Wi-Fi 7).
• Funkce MLO využívající více přenosových pásem současně může ztížit monitoring a zachytávání paketů.
• Přesvědčme se, že nástroj pro správu bezdrátové sítě a plánování kanálů je připraven na nové prostředí.

Závěr

Wi-Fi 7 je zřetelně lepší než předchozí generace Wi-Fi. Při správném návrhu a nasazení umožní běh velmi náročných aplikací.

Wi-Fi 8, vycházející z 802.11bn, by se mohla objevit kolem roku 2027. Měla by dále zvýšit propustnost, snížit latenci pod 1 ms, přinést prediktivní řízení, zlepšit přenos v reálném čase.

Odkazy

• Meraki Wi-Fi 7 (802.11be) Technical Guide
• Cisco Design Guide: Wi-Fi 7 and the Growing Future of Wireless
• Wi-Fi 7 In Depth, Jerome Henry

Autor: Ivo Němeček, technický ředitel ve společnosti Simac Technik ČR