Wi-Fi 6: il Wi-Fi di sesta generazione

Oggi le reti Wi-Fi sperimentano già contenuti multimediali ad alta intensità di banda e dispositivi multipli connessi. Andando avanti, le reti dovranno affrontare un drammatico continuo aumento del numero di dispositivi connessi, una triplicazione del traffico IP globale e una vasta gamma di nuove tecnologie che si baseranno tutte pesantemente sul Wi-Fi. La risposta a queste sfide risiede forse nell'ultima generazione di tecnologia Wi-Fi denominata 802.11ax, ma più semplicemente nota come Wi-Fi 6. In questo articolo vedremo in che modo Wi-Fi 6 tenti di soddisfare le richieste del nuovo panorama wireless.

Introduzione

Le precedenti generazioni Wi-Fi (802.11n e 802.11ac) focalizzavano gli sforzi sull'aumento della velocità di trasmissione dati rispetto alle vecchie versioni. Le reti Wi-Fi del futuro, invece, dovranno essere performanti ed efficienti per soddisfare una maggiore densità di clienti e una varietà di nuove applicazioni. In sostanza, un uso migliore e più efficiente dell'esistente mezzo a radiofrequenza. Wi-Fi 6 migliora le prestazioni ad alta densità e fornisce un throughput più elevato, aumentando la velocità e introducendo nuove funzionalità progettate per le tendenze tecnologiche del futuro. Wi-Fi 6 non solo aumenta le prestazioni complessive, ma introduce nuove funzionalità come OFDMA, up link MU-MIMO, TWT, BSS e nuovi schemi di modulazione. Tutte queste tecnologie lavorano insieme per consentire agli utenti finali di sperimentare una connettività sempre attiva senza colli di bottiglia o degrado delle prestazioni.

Il panorama wireless di nuova generazione

Il wireless di nuova generazione dovrà affrontare un utilizzo crescente di applicazioni ad alto throughput, una maggiore densità di dispositivi wireless e un cambiamento nelle esigenze delle reti. Vediamo più nel dettaglio queste sfide.

Requisiti di throughput più elevati

La quantità totale di traffico Internet nel periodo 2017-2022 sarà superiore a quella dei 32 anni precedenti. Il Wi-Fi sarà il meccanismo di trasporto per più della metà di quel traffico. Si prevede che il traffico dati per smartphone aumenterà di dieci volte dal 2016 al 2022. Questi sviluppi produrranno delle sfide notevoli per le reti Wi-Fi, che stanno già affrontando un aumento costante di utenti, una maggiore densità di client e applicazioni ad alto throughput (Figura 1).

Figura 1: la variazione dal 2017 al 2020 mette in evidenza la tendenza all'aumento delle connessioni internet per gli anni a venire

La fruizione dei video 4K dovrebbe crescere dal tre percento (di tutto il traffico IP) nel 2017, al ventidue percento nel 2022. I video 4K sfidano già le reti con un throughput da 15 a 18 Mbps, ma anche lo streaming di video 8K sta arrivando online, consumando all'incirca 1 Gbps di velocità effettiva. Le applicazioni di realtà aumentata e virtuale avranno un utilizzo crescente e consumeranno ovunque da 600 Mbps a 1 Gbps di traffico. Queste nuove sfide sulla larghezza di banda richiederanno che le velocità di connessione Wi-Fi in tutto il mondo aumentino di 2,2 volte tra il 2017 e il 2022.

Reti ad alta densità

I prossimi anni vedranno un aumento del 50% dei dispositivi in ​​rete per ogni persona, con una media di 3,6 dispositivi connessi a persona. Con l'aumento del numero di dispositivi, gli utenti si aspettano anche un'esperienza wireless più ricca e fluida. Tuttavia, laptop, dispositivi indossabili e telefoni cellulari causeranno interferenze significative e prestazioni ridotte al resto della rete. Oltre al flusso costante di clienti in aumento, gli amministratori di rete dovranno tenere conto anche dei cambiamenti dinamici poiché gli utenti mobili si spostano fisicamente più spesso. Quando più client mobili si spostano in spazi che hanno una copertura sovrapposta da stazioni wireless (STA), i protocolli tradizionali di prevenzione delle collisioni iniziano a diminuire in termini di efficienza. Questo effetto è particolarmente pronunciato a velocità di trasmissione dati più elevate e schemi di modulazione più suscettibili al rumore.

Cambiare le esigenze di rete

I giorni dei lavoratori legati alle postazioni di lavoro intorno ai data center aziendali centralizzati sono in declino. Le precedenti cinque generazioni Wi-Fi hanno assistito a questa transizione di "slegamento" e la generazione successiva cerca di spingere ulteriormente i limiti della mobilità. I dispositivi dell'Internet delle cose rappresenteranno più della metà di tutti i dispositivi connessi a livello mondiale entro il 2022 e l'80% dei nuovi progetti IoT sarà wireless. Risulta evidente la necessità di una rete che riesca a soddisfare le diverse esigenze.

Capacità e benefici del Wi-Fi 6

Nonostante le sfide poste dal panorama wireless in evoluzione, gli utenti si aspettano che le implementazioni wireless siano pervasive e supportino un'elevata capacità e un'alta densità di client.

Wi-Fi 6 è progettato per soddisfare le mutevoli esigenze del nuovo panorama wireless grazie ai seguenti benefici:

  • consistente throughput dati in ambienti densi
  • più ampia copertura
  • maggiore affidabilità e ridotte disconnessioni
  • spettro di frequenze addizionali per IoT e altri dispositivi
  • consumi di potenza ridotti per i dispositivi connessi
  • migliorate performance in ambiente esterno

Sebbene Wi-Fi 6 sia in grado di fornire una crescita teorica della velocità dei dati di circa il 37%, il suo più grande vantaggio è la capacità di fornire prestazioni ad alta efficienza negli ambienti del mondo reale. Con l'aumento del numero di client, Wi-Fi 6 è in grado di sostenere un throughput di dati molto più coerente rispetto alle precedenti versioni 802.11n e 802.11ac (Figura 2).

Figura 2: throughput dati all'aumentare del numero di utenti per 802.11ax rispetto a 802.11ac e 802.11n

I benefici introdotti da Wi-Fi 6 sono possibili grazie al contributo di diverse nuove tecnologie come OFDMA, ad esempio. Alcune di queste tecnologie vengono descritte brevemente di seguito.

Operazioni a 2,4 e 5 GHz

Mentre 802.11n ha migliorato il funzionamento con entrambe le bande a 2,4 GHz e 5 GHz, 802.11ac si concentrava solo su 5 GHz. 802.11ax aggiunge ulteriori flussi spaziali supportando sia le bande a 2,4 che a 5 GHz. Inoltre, 802.11ax funziona a 20, 40 e 80 MHz, in modo simile a 802.11ac. Lo spettro aggiuntivo di 2,4 GHz offre numerosi vantaggi per i casi d'uso all'aperto a lungo raggio e una migliore copertura per i dispositivi IoT. Sebbene lo spettro sia rumoroso e congestionato, le migliori capacità di propagazione di 2,4 GHz combinate con i miglioramenti dell'efficienza di 802.11ax dovrebbero aiutare a massimizzare il potenziale della banda a 2,4 GHz.

Da OFDM a OFDMA

Uno dei maggiori vantaggi dell'802.11ax è la transizione dal multiplexing a divisione di frequenza ortogonale (OFDM) all'accesso multiplo a divisione di frequenza ortogonale (OFDMA). Con 802.11n e 802.11ac, OFDM offre la possibilità di dividere l'intera larghezza di banda in più sotto canali. Con 802.11ax, OFDMA migliora l'efficienza della rete multiplexando gli utenti in frequenza e nello spazio, riducendo al minimo la contesa per il supporto wireless. La quantità crescente di dispositivi connessi, come i dispositivi IoT, può mettere a dura prova gli AP quando si cerca di connettersi insieme a una serie di altri dispositivi. Nelle precedenti generazioni di Wi-Fi, una piccola trasmissione da un singolo client era in grado di monopolizzare un intero canale. OFDMA consente una trasmissione più efficiente dei dati a più dispositivi, consentendo di suddividere un canale a 20 MHz in piccole unità risorsa (RU) o sotto canali. Un AP 802.11ax può utilizzare l'intero canale a 20 MHz per inviare dati a un singolo client o dividere il canale per inviare dati a 9 client utilizzando 9 RU (Figura 3). [...]

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