Wi-Fi 6 expliqué: la nouvelle génération de Wi-Fi

Le Wi-Fi devrait être amélioré et plus rapide avec sa prochaine mise à jour majeure. Alors que de nombreux routeurs sont déjà disponibles avec des puces utilisant des spécifications provisoires, le Wi-Fi 802.11ax n'a été complètement finalisé qu'en septembre 2019, lorsque la certification Wi-Fi 6 a été officialisée. Cela inaugurera une vague d'appareils mis à jour vantant les nouvelles fonctionnalités sans fil qui contribueront à la création de réseaux de nouvelle génération avec plus de vitesse et moins de congestion.

802.11ax, également appelé «réseau sans fil à haute efficacité», sera communément appelé Wi-Fi 6.

Il s'agit d'une nouvelle norme de dénomination définie par la Wi-Fi Alliance. Les générations précédentes étaient désormais connues sous les noms de Wi-Fi 5 (802.11ac) et de Wi-Fi 4 (802.11n). Cette convention d'étiquetage est censée apparaître sur les périphériques, comme indiqué ci-dessous.

Techniquement, le Wi-Fi 6 aura un débit de données pour un utilisateur unique 37% plus rapide que le 802.11ac, mais ce qui est plus important encore, c'est que la spécification mise à jour offre un débit quatre fois supérieur à celui d'un utilisateur dans des environnements surchargés, ainsi qu'un meilleur rendement énergétique. ce qui devrait se traduire par une augmentation de la durée de vie de la batterie de l'appareil.

Pour parvenir à ces améliorations, 802.11ax met en œuvre diverses modifications, notamment plusieurs technologies multi-utilisateurs empruntées au secteur de la téléphonie mobile, notamment MU-MIMO et OFDMA, techniques qui améliorent considérablement la capacité et les performances en permettant des connexions plus simultanées et plus complètes. utilisation du spectre.

Les utilisateurs à domicile qui mettent à niveau leur matériel peuvent espérer des améliorations de ces technologies, en particulier avec le temps, à mesure que le nombre d'appareils par ménage augmente – certaines estimations suggèrent qu'il y aura jusqu'à 50 nœuds par maison d'ici 2022.

Toutefois, comme indiqué précédemment, le Wi-Fi 6 devrait avoir un impact plus immédiat dans les zones où les réseaux sont très encombrés et contribuer à la création du nombre de noeuds attendus sur l'infrastructure à venir (par exemple, les périphériques Internet of Things). Parallèlement à la couverture chevauchante du grand nombre d'appareils et de déploiements de réseaux qui émergent avec le déploiement de l'IoT, le Wi-Fi 6 sera équipé pour répondre à la demande toujours croissante de débits de données multi-utilisateurs plus rapides.

Source: Intel

Globalement, Wi-Fi 6 s'appuie sur la norme 802.11ac avec plus de cinquante fonctionnalités mises à jour, même si toutes ne seront pas nécessairement incluses dans la spécification finalisée.

Voici une partie de ce que le Wi-Fi 6 doit accomplir:

  • Plus de bande passante globale par utilisateur pour le streaming ultra-HD et la réalité virtuelle
  • Prise en charge de davantage de flux de données simultanés avec un débit accru
  • Spectre plus total (2,4 GHz et 5 GHz, éventuellement bandes dans 1 GHz et 6 GHz)
  • Ce spectre est divisé en plusieurs canaux pour permettre plus de routes de communication
  • Les paquets contiennent plus de données et les réseaux peuvent gérer simultanément différents flux de données
  • Amélioration des performances (jusqu'à 4x) à la portée maximale d'un point d'accès
  • Meilleure performance / robustesse dans les environnements extérieurs et les trajets multiples (encombrés)
  • Possibilité de décharger le trafic sans fil des réseaux cellulaires où la réception est mauvaise

802.11n vs. 802.11ac vs. 802.11ax

802.11n (Wi-Fi 4)802.11ac Wave 2 (Wi-Fi 5)802.11ax (Wi-Fi 6)
Libéré200920132019
Bandes2,4 GHz et 5 GHz5 GHz

2,4 GHz et 5 GHz, s'étendant à 1 GHz – 7 GHz finalement

Bande passante du canal

20 MHz, 40 MHz (40 MHz en option)

20 MHz, 40 MHz, 80 MHz, 80 + 80 MHz et 160 MHz (Prise en charge de 40 MHz rendue obligatoire)

20 MHz / 40 MHz à 2,4 GHz, 80 MHz, 80 + 80 MHz et 160 MHz à 5 GHz

Tailles FFT

64, 128

64, 128 256, 512

64, 128, 256, 512, 1024, 2048

Espacement des sous-porteuses

312,5kHz

312,5kHz

78,125 kHz

OFDM Symbole Durée

3.6ms (intervalle de garde court) 4ms (intervalle de garde long)

3.2ms (préfixe cyclique 0.4 / 0.8ms)

12.8ms (0.8 /1.6 / 3.2ms préfixe cyclique)

Plus haute modulation

MAQ 64

256-QAM

1024-QAM

Débits de données

Allant de 54 Mb / s à 600 Mb / s (maximum de 4 flux spatiaux)

433 Mo / s (80 MHz, 1 flux spatial) 6933 Mo / s (160 MHz, 8 flux spatial)

600 Mb / s (80 MHz, 1 flux spatial) 9607,8 Mb / s (160 MHz, 8 flux spatial)

SU / MU-MIMO-OFDM / A

SU-MIMO-OFDM

SU-MIMO-OFDM Vague 1, MU-MIMO-OFDM Vague 2

MU-MIMO-OFDMA

Publié en 2013, le 802.11ac (maintenant connu sous le nom de Wi-Fi 5) a été normalisé en 2013 et, bien que cette spécification soit largement adaptée à l'utilisation domestique typique d'aujourd'hui, il n'utilise que des bandes de fréquences de 5 GHz et manque du niveau de technologies multi-utilisateurs. qui supportera un nombre croissant d'appareils connectés à la fois.

En tant que point de référence pour les changements à venir dans Wi-Fi 6, voici ce que 802.11ac (Wi-Fi 5) a développé pour 802.11n (Wi-Fi 4):

  • Des canaux plus larges (80 MHz ou 160 MHz par rapport à un maximum de 40 MHz dans la bande des 5 GHz)
  • Huit flux spatiaux au lieu de quatre (flux spatiaux illustrés)
  • Modulation QAM 256 / QAM 64 (transmet plus de bits par symbole QAM)
  • Multi-utilisateur MIMO (MU-MIMO) sur 802.11ac Wave 2, permettant quatre connexions en liaison descendante simultanément au lieu d’une seule sur MIMO pour utilisateur unique (toujours 1×1 sur liaison montante)

Lorsque le Wi-Fi 6 sera lancé dans son intégralité, la spécification sera rétrocompatible avec les normes précédentes, incorporant à la fois les fréquences 2,4 GHz et 5 GHz, avec l’extension éventuelle de ce spectre à des bandes de 1 GHz et 6 GHz, le cas échéant.

Peut-être plus remarquable que l'inclusion de ce spectre supplémentaire sont les technologies qui utiliseront cette bande passante. Avec plus de spectre disponible, Wi-Fi 6 peut diviser la bande passante en sous-canaux plus étroits (plus), créant davantage de possibilités de communication pour les clients et les points d’accès, tout en permettant la prise en charge de périphériques supplémentaires sur un réseau donné.

Bien que Wi-Fi 5 puisse desservir quatre utilisateurs en aval à la fois avec la permission de MU-MIMO – une amélioration considérable par rapport au MIMO mono-utilisateur sur le Wi-Fi 4 – le sans fil AC (Wi-Fi 5) actuel ne peut toujours gérer qu'un seul utilisateur à la fois. un temps en amont. Sur papier, la norme 802.11ax augmentera ce nombre à huit utilisateurs sur les liaisons montante et descendante, avec le potentiel de fournir quatre flux simultanés à un seul client.

Cependant, nous avons lu que la MU-MIMO montante peut ne pas être prise en charge lors de la première série de matériels certifiés 802.11ax, et que peu de périphériques, voire aucun, ne peuvent bénéficier de quatre flux spatiaux, et encore moins des huit pris en charge par le Wi-Fi 6. comme la plupart des smartphones et ordinateurs portables équipés de MU-MIMO existants ne disposent que de radios 2×2: 2 ou 3×3: 3.

Ce formatage numérique (AxB: C) est utilisé pour démontrer le nombre maximal d'antennes d'émission (A), le nombre maximal d'antennes de réception (B) et le nombre maximal de flux de données spatiales (C) pris en charge par une radio MIMO. Alors qu'un périphérique Wi-Fi doit prendre en charge MU-MIMO pour bénéficier directement de cette technologie, le matériel sans puces MU-MIMO devrait bénéficier indirectement du temps d'antenne supplémentaire disponible sur les points d'accès activés pour MU-MIMO.

Wi-Fi 6 introduit également la prise en charge de l'accès multiple par répartition orthogonale de fréquence ascendante et descendante (OFDMA), un schéma de modulation assimilable à une version multi-utilisateur d'OFDM (la spécification sur 802.11ac / n), qui permettra de réduire la latence , augmentez la capacité et améliorez l'efficacité en permettant à 30 utilisateurs à la fois de partager un canal.

Pour vous aider à visualiser ces technologies, au lieu qu'un seul employé serve une seule ligne de clients individuellement, la combinaison de MU-MIMO et d'OFDMA peut être assimilée à avoir plusieurs employés et plusieurs lignes, chaque employé pouvant servir plusieurs clients à la fois.

En outre, 802.11ax informe plus clairement les clients quand un routeur est disponible au lieu de les contester pour un accès, tout en augmentant la quantité de données livrées dans chaque charge utile grâce au codage 1024-QAM par rapport à la modulation 256-QAM sur Wi-Fi 5 et 64-QAM sur le Wi-Fi 4.

Bien que les débits de données et la largeur des canaux du Wi-Fi 6 soient similaires à ceux du Wi-Fi 5, des dizaines de technologies ont été mises en œuvre conformément à la spécification mise à jour, ce qui devrait améliorer de manière significative l'efficacité et le débit des futurs réseaux Wi-Fi, qui pourraient potentiellement servir à des douzaines de réseaux. appareils sur un seul canal avec des vitesses de plusieurs concerts par seconde.

Voici certaines des technologies de base que Wi-Fi 6 changera des spécifications Wi-Fi actuelles:

MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input Multiple-Output) – Le Wi-Fi 5 Wave 2 introduit MIMO multi-utilisateur mais ne prend en charge que quatre connexions simultanées en aval (une en amont), tandis que le Wi-Fi 6 pourra gérer huit flux de données en liaison montante ou descendante, prenant en charge plusieurs utilisateurs à la fois et offrant quatre fois le débit théorique maximum du Wi-Fi 5.

Les points d’accès MU-MIMO gèrent également plus de traitement du signal que les points d’accès SU-MIMO, ce qui permet de décharger les périphériques de point final et le trafic MU-MIMO est considéré comme sécurisé jusqu’à ce que des outils de traitement des signaux soient développés, étant donné que seul le destinataire prévu peut les lire. les données.

OFDMA (Accès multiple par division orthogonale de la fréquence) – Ne fait pas partie du Wi-Fi 5, qui dispose d’un OFDM standard. Emprunté aux réseaux 4G LTE. Permet l'allocation d'unités de ressources dans une bande passante donnée. Incorporé sur le Wi-Fi 6 afin qu'un plus grand nombre de clients (jusqu'à 30) puissent partager le même canal au lieu d'attendre, tout en améliorant l'efficacité en combinant différents types de trafic. OFDMA est comparé en tant que version multi-utilisateur de OFDM.

1024-QAM (Modulation d'amplitude en quadrature) – Augmentation par rapport à la modulation QAM 256 sur le Wi-Fi 5, bien que certains routeurs de cette génération disposent de la technologie 1024-QAM à titre expérimental. Cela augmente le débit en mettant plus de données dans chaque paquet.

1024-QAM utilise 10 bits par symbole OFDM contre 8 bits pour 256 QAM, soit une augmentation de capacité de 25% générant un débit de données théorique à flux unique de 600 Mb / s sur un canal à 80 MHz (39% de mieux que le débit unique théorique à 433 Mo / s). débit de données en aval du Wi-Fi 5).

Symboles OFDM plus longs – Augmente la durée de transmission d'un symbole OFDM de 3,2 ms sur le Wi-Fi 5 à 12,8 ms sur le Wi-Fi 6 et prend en charge un préfixe cyclique plus long pour chaque symbole.

Un préfixe cyclique (CP) ajoute une partie de la fin du symbole OFDM à l'avant de la charge utile pour fournir un intervalle de garde contre les interférences intersymboles et pour améliorer la robustesse, cette partie pouvant être utilisée si nécessaire. Ce chiffre peut être ajusté en fonction des besoins en temps système (un CP plus long répète plus de données et occupe plus de place dans un symbole, ce qui entraîne un débit de données plus faible).

Fragmentation dynamique – Alors que le Wi-Fi 5 présente une fragmentation statique, qui exige que tous les fragments d’un paquet de données aient la même taille (à l’exception du dernier fragment), la fragmentation dynamique permet à ces éléments d’avoir une taille variable pour une meilleure utilisation des ressources réseau.

Réutilisation de fréquence spatiale / OBSS (Coloration BSS) – Si plusieurs points d’accès fonctionnent sur le même canal, ils peuvent transmettre des données avec un identificateur "couleur" unique qui leur permet de communiquer simultanément sur le support sans fil sans attendre, en fonction de l’activation des couleurs. pour différencier les données de chacun.

Formation de faisceau – Existe sur le Wi-Fi 5, bien que cette norme prenne en charge quatre antennes et que le Wi-Fi 6 augmente ce nombre à huit. Le Beamforming améliore les débits de données et étend la portée en dirigeant les signaux vers des clients spécifiques plutôt que dans toutes les directions à la fois. Cela facilite la MU-MIMO, qui ne fonctionne pas bien avec les appareils en mouvement rapide. Beamforming était disponible en option sur les périphériques Wi-Fi 4 mais est devenu nécessaire avec la mise en œuvre de MU-MIMO sur Wi-Fi 5 Wave 2.

TWT (Heure de réveil cible) – Planification de l'heure de réveil au lieu d'un accès basé sur la contention. Un routeur peut indiquer à un client à quel moment dormir et à quel moment se réveiller, ce qui devrait considérablement améliorer l'autonomie de la batterie puisqu'un appareil saura quand écouter sur un canal.

Planificateur de ressources en liaison montante – De même, au lieu que les utilisateurs se disputent le téléchargement de données comme sur les réseaux sans fil actuels, le Wi-Fi 6 planifie les liaisons montantes pour minimiser les conflits et améliorer la gestion des ressources.

Accès aléatoire basé sur un déclencheur – Réduit également les collisions / conflits de données en spécifiant la longueur d'une fenêtre de liaison montante parmi d'autres attributs améliorant l'allocation de ressources et augmentant l'efficacité.

Deux VNI (Vecteur d’allocation de réseau) – Quand une station sans fil est en train de transmettre, elle annonce la durée qu’elle prendra pour que les autres stations puissent régler leur NAV afin d’éviter les conflits lors de l’accès au support sans fil. Wi-Fi 6 introduit deux NAV: une pour le réseau auquel appartient la station et une pour les réseaux voisins. Cela devrait également réduire la consommation d'énergie en minimisant le besoin de détection de porteuse.

Amélioration du fonctionnement en extérieur – Plusieurs de ces fonctionnalités amélioreront les performances en extérieur, notamment un nouveau format de paquet, des intervalles de garde plus longs et des modes permettant une redondance améliorée et une reprise sur erreur.

Extension du Wi-Fi 6 à 6 GHz

Les leaders de l'industrie tels que Qualcomm ont déterminé qu'une qualité de service adéquate sur les futurs réseaux nécessiterait plus de spectre que ce que 2,4 GHz ou 5 GHz peuvent fournir. L'électronique commune a longtemps saturé la bande des 2,4 GHz, tandis que la bande 5 GHz ne propose pas un spectre suffisant pour des canaux plus larges (tels que 80 MHz ou 160 MHz) et des portions de 5 GHz sont soumises à des restrictions limitant son utilisation.

Qualcomm a suggéré aux régulateurs d'attendre d'attribuer environ 1280 MHz de spectre sans licence dans la bande des 5 GHz aux technologies sans licence.

En juillet 2017, en réponse à l'invitation de la FCC à formuler des observations sur l'extension du spectre de bande moyenne comprise entre 3,7 GHz et 24 GHz, plus de 30 sociétés de technologie, dont Qualcomm, ont soumis une proposition insistant pour que la bande 5925-7125 MHz (la "bande 6 GHz") est "essentiel pour répondre à la demande de la prochaine génération de services large bande sans fil".

Pour répondre à cette demande imminente de Wi-Fi, les sociétés ont proposé d'ouvrir la technologie 6 GHz aux technologies sans licence et de la scinder en quatre sous-bandes avec des règles techniques et des protections contre les interférences différentes.

Étant donné que le Wi-Fi 6 est en cours de développement et que les États-Unis, entre autres pays, ouvrent la bande 6 GHz, le groupe de travail IEEE 802.11ax a décidé de prendre en charge ce spectre sur le Wi-Fi 6 de nouvelle génération.

L'attribution de la bande des 6 GHz en tant qu'espace sans licence est intéressante pour les entreprises car elles peuvent utiliser cette fréquence sans passer par la FCC, ce qui devrait propulser l'innovation et les investissements à mesure que la soi-disant quatrième révolution industrielle se déroule.

"En ouvrant toute cette bande aux opérations de réseau d’accès local sans fil, le Conseil nous permettra d’offrir aux consommateurs un service plus rapide, une latence réduite et une couverture plus étendue, et de permettre à la nation de profiter des avantages économiques et en matière de sécurité publique associés aux licences sans licence. technologies ", ont écrit les entreprises dans leur proposition à la FCC.

Le Wi-Fi 6 ou 802.11ax n'est que l'une des nombreuses normes sans fil en cours d'élaboration pour répondre à la diversité des demandes réseau qui seront formulées par différents types d'appareils.

Les normes couvrent des fréquences allant de 802.11aj / ay pouvant fournir des dizaines de gigabits par seconde sur des fréquences d’onde millimétriques de 60 GHz, à des spécifications inférieures à 1 GHz, telles que 802.11ah, qui offre une bande passante inférieure / supérieure pour les capteurs IoT – le tout (et plus) étant partie du spectre sous licence et sans licence qui comprend la 5G.

Conclusion: une vue du ciel de Wi-Fi 6

Conçues pour remplacer à la fois les normes 802.11n et 802.11ac en tant que prochaine norme de réseau local sans fil, la norme 802.11ax ou Wi-Fi 6 est en cours de développement afin d'accroître considérablement l'efficacité et la capacité du réseau des centres de population denses, avec des améliorations modérées des débits de données maximaux, qui mieux supporté sur plusieurs appareils à la fois.

Ou, comme Qualcomm aime à le dire, "le problème n'est pas la vitesse à laquelle le Wi-Fi peut aller, mais si le réseau Wi-Fi a une capacité suffisante pour gérer la demande croissante de nombreux appareils et services connectés".

Etant donné que le Wi-Fi 6 aura un impact immédiat sur les performances des réseaux dans des lieux très fréquentés tels que des stades ou des immeubles résidentiels, la norme devrait être adoptée plus rapidement que les précédentes itérations Wi-Fi et elle deviendra éventuellement une nécessité pour les utilisateurs à domicile. Les connexions large bande de 100 Mb / s à 1 Gb / s sont de plus en plus disponibles et, avec le déploiement de l'IoT, «tout» est en ligne.

En ce qui concerne plus largement le Wi-Fi 6, l’augmentation de la prise en charge multi-utilisateur, et en particulier l’augmentation du nombre de connexions simultanées en amont, accompagnera une demande croissante de données utilisateur, qui seront collectées à partir d’appareils IoT et utilisées à des fins telles que l’apprentissage automatique, le l'intelligence artificielle, l'avenir de la technologie dans son ensemble et une économie numérique en croissance.

Comme indiqué dans l'introduction de cet article, les routeurs sont déjà disponibles sur la base du projet de spécifications 802.11ax, avec la ratification finale de la certification standard et de la certification finale émises en septembre 2019. Une fois de plus, la première série de périphériques officiels pourrait ne pas prendre en charge toutes les fonctionnalités de Wi-Fi 6, qui pourrait éventuellement être étendu à une deuxième vague de matériel, permettant un support supplémentaire pour des fonctionnalités telles que le spectre MU-MIMO et le spectre 6GHz d’ordre supérieur.

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