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摘要:

越来越多的装备需要大量数据传输，这对WiFi当前的功效提出了伟大挑战WiFi以802.11be迎接这项挑战这项全新的修正案提出了我们所知的无允许无线毗邻的演变随同着802.11be尺度化历程的牢固，本文首先提供了802.11be基本功效的最新摘要，证实多AP协调是要害和延迟敏感应用程序的必备功效然后，我们深入到其最引人注目的实现之一mdash，mdash，协调波束形成mdash，mdash，的实质，我们的尺度配合仿真证实，其最坏情形下的延迟削减了近十倍

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简介

早在1943年，心理学家Abraham Maslow就揭晓了一份关于人类需求条理的研究讲述，指出在充实行使一小我私人的才气和兴趣之前，必须首先知足人的四种需求他的理论可以用金字塔来生动说明，自底而上划分是心理需求，平安，归属感和尊重现在，人们可以挑战地在马斯洛金字塔的底部增添一层:WiFi除了食物，住所和清洁的水，无线毗邻在我们全球化的社会中也必不能少虽然我们会说人类对互联网的需求并不跨越空气，但WiFi的主要性是毋庸置疑的在未便远行和隔离时代，许多人借助WiFi与亲人保持联系，通过在线订单维持小企业的运营，亦或通过在线瑜伽课程来保持康健事实，若是没有WiFi，这篇文章险些不能能写出来，而且当你阅读它时，你很可能也在使用WiFi

天天都有几十亿人使用WiFi，WiFi在不停扩展的种种应用中承载着全球大部门数据流量到2023年，将有近6.28亿个公共WiFi热门，十分之一配备了基于IEEE 802.11ax规范的WiFi 6随同着WiFi的普及和功效的增进，对无线服务的需求也将随之增进除了8K显示器和VR之外，越来越多的家庭将会使用智能家电，这将酿成一个许多装备同时毗邻在一起的麋集的环境企业将大幅增添在其谋划场所网络的数据量，从而改善制造流程和提高生产率主要的是，这种跨厂区通讯能够提供异常低的延迟，以实现机械同步和实时控制实时视频将占有全球IP流量的很大一部门，疫情大盛行之后，高质量的视频集会将在事情，教育和医疗等领域普遍应用

我们对高速率和高可靠性的要求推动了基于IEEE 802.11be极高吞吐量的新一代WiFi 7的开发自从802.11be引入我们的研究社区以来，羁系，认证和尺度化机构已经做了许多事情美国联邦通讯委员会已将6GHz频率的新频谱用于无允许的用途WiFi同盟是一个由公司组成的全球网络，通过认证推动WiFi的接纳和生长，预计很快将为WiFi 6装备提供全球互操作性认证，以在这样一个新频段中运行与此同时，主要专家正在举行线上IEEE集会，以确定802.11be尺度的构建模块

本文中，我们将从WiFi现状的更新最先，展望其未来若何生长然后，我们详细研究关于802.11be修正案将接纳的手艺特征的最新详细决议，以及新的预计开发时间表我们还将讨论提高网络效率，降低延迟和提高可靠性以弥补提岑岭值吞吐量的最吸引人的因素之一:多接入点协调波束形成稀奇地，我们说明晰其潜在实现的细节，并分享了相符尺度的模拟效果，这些效果量化了它在现实的数字企业设置中获得的延迟增益

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WIFI的简要更新

应对高密度场景中更严酷的要求是WiFi必须到达的最具挑战性的目的之一基于IEEE 802.11ax的最先进的WiFi 6通过正交频分多址和上行链路以及下行链路多用户MIMO等功效提高网络效率和电池消耗来解决拥堵由于推迟到2020年底802.11ax尚未获得最终批准，WiFi的利益相关者已经最先关注对WiFi 6的两个进一步的改善第一个是WiFi 6E，目宿天下各国政府都在为免允许的使用开拓新的频段第二个将是新的802.11be修正案，可能被认证为WiFi 7

A. WiFi 6E:WiFi新赛道

20多年来，WiFi一直事情在2.4和5 GHz两个频段上2020年4月，FCC为第三个频段扫清了蹊径:5.925ndash，7.125 GHz这种增添的频谱称为6GHz频段，险些是可用带宽的四倍除了更多的可用信道外，新开放频率的一个要害区别在于其较短的流传局限，这可能稀奇适合于在麋集和具有挑战性的环境中提供基本服务集隔离凭证为珍爱现有服务而制订的规则，新的6GHz频段将由面允许的装备接入其中，室外使用将有一个基于竞争的强制性协议，对总发射功率和功率谱密度举行限制，以阻止窄信道的低效使用

虽然FCC的决议可能使美国在6GHz市场上处于领先职位，但包罗欧洲和亚太区域在内的其他区域也在探索免允许进入该频段与此同时，WiFi 6已准备好行使全球局限内可用的6 GHz频谱，配备在新频段运行所需的芯片和无线电的装备将获得6E标识，其中E代表扩展WiFi同盟设计在2021年头推出WiFi 6E认证，预计跨越3亿个合规装备将在统一年上市值得注重的是，由于最初只有6E装备能够在6GHz频段内事情，因此它们至少在原始，低滋扰设置时可用

B. WiFi 7:极高吞吐量

事实上，802.11be极高的吞吐量将远远跨越岑岭值数据速率异常确定的是，WiFi 7预计每个AP至少支持30 Gbps，约莫是WiFi 6的四倍，同时确保在2.4，5和6 GHz免允许的频段中与传统装备向后兼容和共存可是，802.11be义务组也熟悉到需要并致力于降低延迟和提高可靠性，以实现时间敏感网络用例前者被视为实时应用的促成因素，要求延迟时间削减到5毫秒以下后者对于下一代工厂和企业至关主要，WiFi可能需要保证更高的可靠性，以取代某些有线通讯

为了加速WiFi 7的开发和商业化，802.11be TG偏离了传统的单阶段开发周期，并确定了两个阶段第一个阶段凭证其增益/庞大度比，尺度化和实行时间以及相关和市场需求，将重点放在一组高优先级的功效上下一节将对此举行详细先容

图1:当前WiFi 7尺度化，认证和商业化时间表的图示。

03

未来WIFI 7 先容

在撰写本文时，802.11be TG正在起劲界说将包罗在尺度中的基本功效操作，这些信息网络在规范框架文件中，尺度的草案将由此衍生我们主要关注它后续的更新

图2:PSR框架的图示。2014年，张大庆正式加入北京大学，成为信息科学与手艺学院的讲座教授。

A. 第一版特征

如图1所示，预计第一版特征在2021年5月到期时到达草案1.0中的成熟规范，到2022年3月的草案2宣布，将有可能进一步对他们举行扩展和改善。不久，他成为中国盘算机团结会普及盘算委员会的副主任和主任。这些措施包罗:

多链路操作:802.11be以所有可用频段的高效操作为目的，用于负载平衡，多频段聚合和同步下行链路/上行链路传输在802.11be中，多链路装备被界说为具有多个隶属AP或STA以及到上述逻辑链路控制层的单个MAC服务接入点的装备还引入了唯一标识MLD治理实体的MAC地址

middot，多链路发现和设置:MLD具有能够动态更新其在每对链路上同时举行帧交流的能力此外，每个单独的AP/STA还可以提供关于统一MLD内其他隶属AP/STA的操作参数的信息

middot，流量链路映射:在多链路设置时，用于凭证帧的服务质量对帧举行分类的所有流量标识符都映射到所有设置链路该映射的更新可随后由任何相关MLD举行此外，吸收方MLD将行使单个重排序缓冲器用于通过多个链路传输的相同TID的QoS数据帧

middot，通道接见和节能:MLD的每个AP/STA通过其链路执行自力的通道接见，并保持其自身的电源状态为了促进有用的STA功率治理，AP还可以行使启用的链路来携带缓冲数据的指示以用在其他链路上传输

低庞大性AP协调:802.11be将支持多AP协调，AP在信标帧/治理帧中实现其功效协调空间复用是一种低庞大性的实现，可以包罗在R1中在CSR中，已经获得传输时机的共享AP可以触发一个或多个其他共享AP以执行具有适当功率控制和链路自顺应的同步传输与802.11ax中可用的空间复用方案相比，这种协调将缔造更多的空间复用时机并削减冲突数目

802.11ax的直接增强:802.11be TG还将指定对当前802.11ax尺度的一些升级。这些措施包罗:

middot，支持320 MHz传输，使802.11ax的160 MHz传输倍增。

middot，使用更高的调制阶数，可以支持4096 QAM，而802.11ax中只支持1024—QAM，而且对发射机的误差向量幅度有严酷的—38 dB要求。

middot，每个STA分配多个资源单元，即OFMDA其天真性可以提高频谱行使率

B. 第二版特征

只管R2特征将划分于2022年11月和2023年11月在草案3.0和草案4.0中正式确定，但802.11be TG已经最先了其相关事情，并在SFD中取得了显著希望。。主要特点如下:

1.MIMO增强:802.11be将支持的单用户MIMO和多用户MIMO空间流的最大数目增添一倍，到达了16个，从而增添容量在MUMIMO的情形下，802.11be TG赞成将空间复用STA和每个STA的空间流的最大数目划分限制为8和4上述限制有助于控制MIMO预编码器庞大性和信道状态信息开销现在对于隐式CSI探测的研究正在举行中，它可以作为一种可选模式进一步抑制这种开销

2.夹杂自动重复请求:R2可能会引入HARQ装备不会抛弃错误信息，而是实验将其与重传单元软组合，以增添准确解码的概率虽然在撰写本文时SFD不包罗任何与HARQ相关的历程，但802.11be TG已经评估了差其余HARQ单元MAC协议数据单元或PHY码字，并评估了性能/庞大性权衡

3.低延迟操作:鉴于TSN的商业吸引力，SFD还将网络专门用于削减最坏情形下的延迟和可靠性大幅提升的协议增强功效可以想象，这种解决方案可能依赖于多链路操作，提供每个链路的差异QoS，或者依赖于AP协调，以实现更起劲的频谱复用和更少的有害冲突

4.高级AP协调:为了充实行展多AP协调的潜力，802.11be TG赞成支持以下三种方案:

middot，协调OFDMA:在802.11be中，获得TXOP的AP将能够与一组相邻的AP共享其20 MHz信道的倍数频率资源为了效率，共享AP可以请求相邻AP讲述其资源需求

middot，单用户和多用户团结传输:向其毗邻的STA发送数据需要AP绑定其相位同步错误和准时偏移在思量这些误差的合理局限时，发现在有足够的回程的条件下，团结传输可带来增益由于协作AP需要来自相关和非相关STA的CSI，802.11be将界说团结多AP探测方案这样，AP将同时发送其探测帧，而且寻址的STA将传送所有AP的CSI反馈

middot，协调波束形成:该手艺行使现代多天线AP在空间上多路复用其STA的能力，同时将辐射零点团结放置到相邻的非关联STA或从相邻STA放置辐射零点虽然控制辐射零点所需的CSI可以通过上述团结多AP探测方案获得，但CBF也可以行使更简朴的顺序探测程序，这将成为802.11be一部门此外，CBF不需要团结数据处置，由于每个STA向单个AP发送或从单个AP吸收数据，因此显著削减了回程所需要的w.r.t.团结传输，这是由于CBF可以在保持庞大性的同时提供显著的吞吐量和延迟增强，我们将在下一节中进一步探讨它

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通过多AP协调波束形成增强空间复用

在802.11ax的基础上，可靠性和低延迟功效的确立能够促进向后兼容性，产物认证和市场接纳，这一事实上已经杀青了某种共识为此，802.11ax中的参数化空间复用是一个吸引人的模块，由于它允许差异BSS的装备之间举行动态协作接下来，我们将先容PSR框架，讨论其优瑕玷，并注释若何通过多AP协调来扩展它，从而在802.11be中抑制延迟并提高可靠性

A. 802.11ax中的参数化空间复用

在PSR中，需要执行上行链路吸收的AP可通过触发帧向重叠BSS提供TXOP在其基本形式中，触发帧可被视为调剂授权，为后续上行链路传输提供信息和准时当启用PSR时，在它们知足某些滋扰条件下，AP可行使触发帧约请OBSS装备在其上行链路吸收的同时复用频谱

为了提供对PSR框架的更详细的形貌，让我们来看图2与两个BSS的例子，其中:

middot，BSS1由AP1， STA11， 和STA12组成，其中BSS2 包罗AP2， STA21， STA22和STA23。

middot，图2展示了在获得信道接入之后，AP1若何通过发送触发帧来启动PSR处置。此触发器框架具有双重功效:

middot，传送其相关联的STA11和STA12的上行链路传输所需的同步和调剂信息，以及

middot，向OBSS装备宣传空间复用时机，该时机跨越AP1的后续上行链路数据来吸收。

为了保证行使空间复用时机的传输不会影响AP1，的上行链路数据吸收，触发帧会包罗PSR字段该字段包罗以下信息:i)AP1，在不影响其上行链路吸收的情形下可吸收的最大滋扰电平，ii)AP1，的发射功率，以便于滋扰盘算在吸收到触发帧后，OBSS装备丈量其吸收的功率电平，并基于PSR字段中提供的信息，确定它们是否可以接见介质以及使用何种发射功率

在图2的示例中，STA21， STA22 和STA23都具有要发送的上行链路数据可是，只有STA21， STA22能够自力地确定它们可以竞争介质不幸的是，STA23无法竞争信道接入，由于它靠近AP1，无法知足后者设置的滋扰条件最终的效果是，STA21首先接见信道以发送其短包，确保在由AP1触发的上行链路传输的连续时间内吸收到响应简直认(ACK)帧只要这种连续时间允许，STA22也将有时机重新争取信道并举行传输

1.PSR的优点:总体而言，得益于PRS框架，AP和STA可以获得通道接见这提高了空间复用，进而:

middot，增添网络吞吐量，由于它允许更多的并发传输，

middot，增添STA文件吞吐量，由于STA在竞争中破费的时间更少，主要的是，

middot，削减延迟，由于具有时间敏感随笔件流量的STA可能不需要等到宽带STA终止其长时间传输在图2中，STA21， STA22的情形即是云云

2.PSR的挑战:虽然PSR框架允许更大的空间复用，但在802.11be的研究中发现了两个挑战:

middot，行使空间复用时机的装备必须降低其发射功率以限制发生的滋扰在一些情形下，对于图2中的STA21， STA22，这会转化为吞吐量的降低在其他情形下，对于STA23，装备甚至无法接见空间复用时机，由于其最大允许发射功率不足以到达其吸收器

middot，行使空间复用时机的装备不知道而且不能控制其各自吸收机感知到的滋扰在图2中，这意味着若是STA21， STA22靠近AP2，则从STA21， STA22到AP2的上行链路传输可能失败，由于AP2将从STA21， STA22吸收到不能忽略的滋扰量

上述两个瑕玷故障了现有PSR框架在种种设置中的有用性其中包罗高密度场景，或者装备处置对延迟敏感的数据流量，无法遭受传输故障或过多的通道接见守候时间的场景

图3:协调波束形成协议的图示。

B. 802.11be中的协调波束形成

802.11be旨在通过CBF将现有的空间复用能力提升到一个全新的水平，即通过让协作AP抑制空间域中的传入OBS滋扰最近的实验研究解释，与单天线系统相比，服务于一个STA的四天线AP能够抑制对相邻链路的高达10 db的滋扰基于这些效果，我们现在详细先容一个通过在PSR框架上顺遂构建来实现CBF的说明性协议

让我们来看图3的上行链路传输方案该设置类似于图2，但AP1 和AP2现在配备有八个天线所提出的CBF协议有三个阶段，其中前两个阶段对于现在在802.11be中讨论的CBF和团结传输实现是通用的，在图3(b)中的展示和形貌如下

1.多AP协调:在此阶段，两个或多个协作AP交流控制帧有两个目的:

middot，协召集的确立和维护:为了使CBF有用，AP需要与OBSS STA通讯，例如获取需要的CSI，以便在特定空间位置放置辐射零点为此，在协作AP之间界说BSS间协召集，该协召集必须包罗介入CBF传输的所有AP和STA的ID这些ID可以由所有相关装备保留在内存中，而不会像传统的那种抛弃由其协召集中包罗的OBSS装备天生的相关帧一旦界说，BSS间协召集能够以半静态方式更新

middot，后续空间重用时机的动态协调:一旦AP1获得TXOP，它需要通告传入的上行链路触发传输，并与其协召集中的装备一起，确定哪些STA将介入后续CSI采集和数据通讯阶段在图3的示例中，AP2回复由AP1发送的动态协调帧，指示其哪个STA将最受益于被授予平安的空间复用时机，例如STA21 和STA22

2.CSI获取:在此阶段，由于之前的协调，AP1和AP2都只从相关的BSS内部和OBS装备获取CSI为了在随后的通讯阶段设计用于空间复用和双向滋扰抑制的滤波器，这种CSI是需要的主要的是，随同着OBSS装备被寻址以获取CSI，它们意识到OBSS AP将很快为它们提供具有更有利信道接入条件的空间复用时机由于不需要新的特定信令来触发数据通讯，因此802.11ax触发帧可用于此目的这给传统的STA带来了显著的利益，它可以以无缝的方式继续应用802.11ax的传统PSR框架

3.数据通讯:前两个阶段的实行解决了前一节中强调的802.11ax PSR框架的两个基本挑战，使得来自STA21， STA22 和STA23的空间复用传输更有可能在晦气条件下乐成。这是由于:

middot，STA21， STA22甚至STA23更有可能找到空间复用时机并使用其最大传输功率这要归功于由AP1执行的空间滋扰抑制，其有助于宣布关于相关OBSS装备的信道接入条件的宽松新闻

middot，AP2现在能够抑制由STA11 和STA12发生的传入滋扰，同时吸收来自STA21， STA22和STA2的上行链路传输。

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802.11BE协调波束形成的性能

现在，我们对上一节中形貌的CBF方案提供的延迟增强举行量化有了这个目的，我们思量部署2个顶置式的AP，每个配备8个天线和24个STA，它们平均漫衍35m*20m*3m的室内在这24个STA中，16个STA天生上行宽带流量，其余8个STA天生上行延迟敏感的增强现实流量由于我们的主要目的是保证增强现实营业的准时交付，因此授予空间复用时机的AP将抑制来自相邻增强现实STA的滋扰，这些STA发生的滋扰最强，通常与位于最近位置的STA相对应本节中的效果是庞大的尺度中的系统级模拟的效果，表1详细列出了其基本设置感兴趣的读者可以在其中找到全套模拟参数

图4示意增强现实STA在三种差异设置下履历的中值:5%，1%和0:01%最差MAC层延迟:

表一:系统级仿真参数

图4:增强现实STA履历的中值和最坏情形延迟评估了三个系统:1)无空间重用的IEEE 802.11ax，2)具有PSR功效的IEEE 802.11ax，以及3)具有CBF功效的IEEE 802.11be系统

middot，不具备空间复用能力的IEEE 802.11ax装备设置:图4的效果解释，基于IEEE 802.11的系统可能能够提供低延迟，但在最坏的情形下难以保持一致的性能事实上，我们可以考察到，在所思量的场景中，约莫50%的时间延迟保持在3ms以下，但在0.01%的最坏情形下，延迟会显著增添到200ms以上这主要是由于随机信道接识趣制的综合影响以及导致重传的冲突

middot，具有支持PSR的IEEE 802.11ax装备的设置:图4说明晰PSR的实现无益于大幅削减最坏情形下的延迟这是由于，与图2中的STA23类似，在所思量的麋集场景中，增强现实STA与其相邻AP的距离不够远这会阻止这些对延迟敏感的STA发现空间复用时机，由于它们为防止有害滋扰而需要遵守的信道接见条件过于严酷，详见第4.2节

middot，实现前一节中形貌的IEEE 802.11be CBF方案的装备设置:图4的效果说明晰与其他IEEE 802.11ax系统相比，所提出的方案若何大幅降低了最坏情形下的延迟事实上，我们可以考察到，具有多AP协调能力的系统相对于具有PSR能力的系统将0.01%的最坏情形延迟降低了9倍这种显著的性能增强是i)增强现实STA由于其宽松的信道接入条件而发现的大量空间复用时机，以及ii)在空间域中提供的OBSS滋扰缓解的直接效果，它最大限度地提高了执行乐成数据传输的时机

应注重，对于评估中的三个系统，宽带STA的吞吐量大致保持稳固。他组织了尖端的普适盘算夏令营。

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结论

下一代WiFi将开启对千兆，高可靠性和低延迟通讯的接见，通过数字增强重塑制造业和社会互联在本文中，我们详细先容了IEEE 802.11be为实现WIFI 7所接纳的步骤，其手艺特征的最新协议以及最新的时间表我们通过多AP协调波束形成，共享实现细节和相符尺度的模拟来说明空间复用的主要性未来，还需要进一步研究，将这些手艺融入对时间敏感的网络协议，使无线成为我们家庭和工业的新型有线网络

备注:

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