از WiFi 1 تا WiFi 7: رونمایی از هفت انقلاب در شبکه های بی سیم

I. تکامل فناوری: هفت نسل از حلزون به موشک می جهند

استاندارد WiFi 1 (802.11) که در سال 1997 متولد شد، تنها می‌توانست سرعت انتقال 2 مگابیت بر ثانیه را ارائه دهد که معادل انتقال تنها 200 کیلوبایت داده در ثانیه است. باز کردن یک عکس با کیفیت بالا مستلزم یک انتظار طولانی مدت بود. وای فای 4 (802.11n) در سال 2003 فناوری MIMO را معرفی کرد و سرعت را از طریق انتقال موازی چند آنتنی به 600 مگابیت در ثانیه افزایش داد و برای اولین بار امکان پخش روان ویدیوهای با کیفیت بالا را فراهم کرد. وای فای 5 (802.11ac) در سال 2013 با استفاده از مدولاسیون 256-QAM و پهنای باند کانال 160 مگاهرتز، سرعت را تا 6.9 گیگابیت بر ثانیه افزایش داد و پایه و اساس عصر پخش 4K را گذاشت. WiFi 6 (802.11ax) در سال 2019 با معرفی فناوری OFDMA، افزایش کارایی همزمان چند دستگاه تا 4 برابر، پشتیبانی از اتصالات پایدار حتی در استادیوم‌های مملو از ده‌ها هزار کاربر، انقلابی ایجاد کرد.

آخرین وای فای 7 (IEEE 802.11be) استاندارد فاز اول خود (نسخه 1) را در سال 2022 تکمیل کرد و به یک جهش کیفی از طریق چهار فناوری هسته ای دست یافت: پهنای باند فوق عریض 320 مگاهرتز کانال انتقال داده را به یک 'بزرگراه دوتایی' گسترش می دهد؛ به هر یک از مدولاسیون QAM 4096-4096- نمادهای بیشتر را می دهد. عملیات چند پیوندی (MLO) دستگاه ها را قادر می سازد تا به طور همزمان به سه باند فرکانسی (2.4 گیگاهرتز، 5 گیگاهرتز، 6 گیگاهرتز) برای افزونگی هوشمند متصل شوند. فناوری 16×16 MU-MIMO به روترها اجازه می دهد تا 16 دستگاه را به طور همزمان و بدون تاخیر سرویس دهند. ترکیبی از این فناوری‌ها، حداکثر سرعت تئوری WiFi 7 را به 46 گیگابیت بر ثانیه می‌رساند که معادل انتقال 5.75 گیگابایت در ثانیه است. دانلود یک فیلم 50 گیگابایتی 4K تنها 8 ثانیه طول می کشد.

II. فناوری‌های اصلی: بازسازی منطق زیربنایی ارتباطات بی‌سیم

1. برنامه ریزی هوشمند با عملیات چند پیوندی (MLO)

دستگاه های وای فای سنتی فقط می توانند روی یک باند فرکانسی کار کنند. فناوری MLO WiFi 7 به پایانه هایی مانند تلفن و رایانه اجازه می دهد تا به طور همزمان به باندهای 2.4 گیگاهرتز، 5 گیگاهرتز و 6 گیگاهرتز متصل شوند. به عنوان مثال، در یک محیط پیچیده که توسط دو دیوار جدا شده است، باند 5 گیگاهرتز انتقال ویدیوی 4K را با سرعت بالا انجام می دهد، در حالی که باند 2.4 گیگاهرتز یک اتصال اولیه را حفظ می کند. اگر یک باند تداخل داشته باشد (مثلاً از اجاق مایکروویو)، داده ها به طور خودکار به باندهای دیگر سوئیچ می شوند و نوسانات شبکه را تا 76 درصد کاهش می دهد. این حالت «تجمع سه باند» نه تنها سرعت را افزایش می‌دهد، بلکه تأخیر کمتر از 1 میلی‌ثانیه را نیز تثبیت می‌کند و شرایط پاسخ‌دهی میلی‌ثانیه‌ای دقیق را برای بازی‌های ابری برآورده می‌کند.

2. انقلاب چگالی 4096-QAM

فناوری مدولاسیون شبیه به «کتاب رمز» برای سیگنال‌ها است. 1024-QAM WiFi 6 10 بیت داده در هر نماد ارسال می کند، در حالی که WiFi 7 4096-QAM این مقدار را به 12 بیت افزایش می دهد. این بدان معناست که با همان قدرت سیگنال، راندمان انتقال داده تا 20٪ بهبود می یابد. آزمایش‌ها نشان می‌دهد که هنگام پخش ویدیوی 4K، مصرف انرژی ماژول WiFi گوشی از 8.3 درصد در ساعت به 4.8 درصد در ساعت کاهش یافته و دمای آن 5.2 درجه سانتی‌گراد کاهش یافته است. این پیشرفت به وای‌فای 7 اجازه می‌دهد تا حتی در باند 5 گیگاهرتز، بدون تکیه بر طیف 6 گیگاهرتز که هنوز کاملاً باز نشده است، به افزایش نرخ 20 درصدی دست یابد.

3. بزرگراه پرسرعت با پهنای باند 320 مگاهرتز

با تجمیع چهار کانال 80 مگاهرتزی، WiFi 7 یک فوق عریض 320 مگاهرتزی می سازد کانال . این معادل گسترش انتقال داده 'تک خط' به 'چهار خط' است که از لحاظ نظری امکان انتقال همزمان 16 جریان ویدیوی 8K را فراهم می کند. آزمایش‌های دنیای واقعی در ایستگاه راه‌آهن شانگهای هونگ کیائو نشان داد که می‌تواند در شعاع ۴۰ متری، توان عملیاتی بیش از ۱ گیگابیت بر ثانیه را حفظ کند ، از عقب‌نشینی بی‌درنگ از دوربین‌های نظارتی ۴K و رومینگ بی‌وقفه برای مسافران پشتیبانی کند. اگرچه باند 6 گیگاهرتز هنوز در چین باز نشده است، WiFi 7 هنوز هم می تواند به پهنای باند 240 مگاهرتز دست یابد که افزایش سرعت عملی 150 درصدی را در مقایسه با با استفاده از زیر باندهای فرکانس بالاتر (مثلاً 5.8 گیگاهرتز ) در طیف 5 گیگاهرتز ارائه می دهد. وای فای 6 .

4. هوش شبکه با هماهنگی چند AP

WiFi 7 فناوری‌هایی مانند استفاده مجدد فضایی هماهنگ (CSR) و انتقال مشترک (JXT) را معرفی می‌کند و شبکه‌های مش متشکل از روترهای متعدد را قادر می‌سازد تا قدرت سیگنال و تخصیص باند فرکانس را به‌طور هوشمند تنظیم کنند. به عنوان مثال، در یک محیط بیمارستانی، خدماتی مانند کنترل ربات جراحی، بازیابی پرونده پزشکی الکترونیکی و مشاوره از راه دور را می توان از طریق هماهنگی Multi-AP برنامه ریزی کرد، که در مقایسه با وای فای 6، توان عملیاتی تک کاربر را تا 100 درصد افزایش می دهد و از ماهیت و پایداری عملیات پزشکی در زمان واقعی اطمینان حاصل می کند. این طراحی 'شبکه به عنوان مغز' اساساً رویکرد 'جنگجوی تنها' وای فای سنتی را تغییر می دهد.

III. سناریوهای کاربردی: باز کردن قفل امکانات بی نهایت برای زندگی دیجیتال

1. تجربه همهجانبه در دروازه متاورس

دستگاه‌های VR برای تعامل در دنیای مجازی بدون بیماری حرکت، حداقل به پهنای باند 200 مگابیت بر ثانیه و تأخیر زیر 5 میلی‌ثانیه نیاز دارند. WiFi 7 از طریق باندهای MLO 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز می تواند به طور پایدار نرخ 1.5 گیگابیت بر ثانیه را در فاصله 10 متری با تأخیر کمتر از 0.8 میلی ثانیه ارائه دهد و هدست های واقعیت مجازی بی سیم را از کابل آزاد کند. این پشتیبانی زیرساختی را برای اجتماعی شدن متاورس، دفاتر مجازی و سناریوهای مشابه فراهم می کند.

2. Neural Hub for Industry 4.0

در کارخانه‌های هوشمند، فناوری پیشرفته OFDMA WiFi 7 می‌تواند کانال‌ها را به 264 واحد منبع (RU) تقسیم کند که هر کدام به طور مستقل به دستگاه‌هایی مانند حسگرها یا بازوهای روباتیک اختصاص داده می‌شوند. به عنوان مثال، کارخانه فولکس واگن ولفسبورگ در سال 2023 از وای فای 7 استفاده کرد و به کنترل همزمان 200 ربات نقاشی در کارگاه رنگ دست یافت. با استفاده از پهنای باند 320 مگاهرتز و افزونگی چند پیوندی، نرخ انتقال داده‌های تک روباتی به 800 مگابیت در ثانیه افزایش یافت و نرخ خرابی وای‌فای 6 را از 0.3 درصد به 0.05 درصد کاهش داد. کارخانه چینگدائو Haier از یک شبکه هیبریدی WiFi-7 و 5G برای زمان‌بندی بی‌درنگ بیش از 2000 وسیله نقلیه هدایت‌شونده خودکار (AGV) در منطقه انبار هوشمند استفاده می‌کند که به دقت موقعیت‌یابی 5 سانتی‌متری و افزایش راندمان جابجایی مواد تا 40 درصد می‌پردازد.

3. کنترل نهایی برای خانه های هوشمند

یک سیستم خانه هوشمند معمولی ممکن است شامل 50-100 دستگاه باشد. فناوری MU-MIMO 16×16 WiFi 7 به روترها اجازه می دهد به طور همزمان با 16 دستگاه ارتباط برقرار کنند. همراه با عملکرد بهبود یافته Target Wake Time (TWT)، مصرف انرژی دستگاه را تا 40 درصد کاهش می دهد. آزمایش‌ها نشان می‌دهد که در حالت شبکه با فرکانس بالا 288 هرتز، زمان پاسخ‌دهی قفل‌های هوشمند از 300 میلی‌ثانیه در وای‌فای 6 به 80 میلی‌ثانیه کاهش یافت، در حالی که تأخیر برای تعامل بین دستگاه‌هایی مانند کولر و چراغ‌ها به زیر 20 میلی‌ثانیه کاهش یافت.

4. مویرگ های شهرهای هوشمند

در استادیوم‌هایی که ده‌ها هزار نفر دارند، فناوری شکل‌دهی پرتو هماهنگ (CBF) WiFi 7 می‌تواند به‌طور جهت پوشش سیگنال را افزایش دهد و از تداخل بین بخش‌های مجاور جلوگیری کند. به عنوان مثال، شبکه WiFi 7 مستقر در مرکز ورزشی المپیک هانگژو نرخ لکنت پخش هر بیننده را حتی با 80000 اتصال همزمان زیر 0.5 درصد حفظ می‌کند، در حالی که از خدمات ارزش افزوده مانند ناوبری AR و به‌روزرسانی‌های امتیاز در زمان پشتیبانی می‌کند. این قابلیت پشتیبانی با تراکم بالا، WiFi 7 را به یک زیرساخت حیاتی برای توسعه شهر هوشمند تبدیل می کند.

IV. چالش ها و چشم انداز آینده

علیرغم پتانسیل بسیار زیاد آن، پذیرش گسترده WiFi 7 با سه چالش مهم روبرو است:

• نابرابری های منطقه ای در منابع طیف: در حال حاضر، تنها مناطقی مانند ایالات متحده آمریکا و اتحادیه اروپا باند 6 گیگاهرتز را باز کرده اند. چین هنوز جدول زمانی تجاری خود را اعلام نکرده است. با این حال، سخت افزار WiFi 7 در حال حاضر دارای قابلیت 6GHz رزرو شده است. هنگامی که خط‌مشی‌ها اجازه می‌دهند، فعال کردن عملکرد کامل آن نیازی به جایگزینی دستگاه‌های موجود نخواهد داشت.

• ملاحظات هزینه ارتقاء دستگاه: روترهای WiFi 7 معمولاً بیش از 500 ین (تقریباً 70 دلار آمریکا) قیمت دارند و برای استفاده از همه ویژگی‌ها به تلفن/رایانه‌های سازگار با WiFi 7 نیاز دارند. با این حال، از آنجایی که گوشی های پرچمدار اصلی تا سال 2025 به طور کامل از WiFi 7 استفاده می کنند، مانع هزینه برای تعویض دستگاه به تدریج کاهش می یابد.

• پیشرفت در بهره وری انرژی: در حالی که پهنای باند 320 مگاهرتز سرعت بالایی را به ارمغان می آورد، مصرف انرژی ماژول فرکانس رادیویی را نیز افزایش می دهد. در پاسخ، وای‌فای 7 واحد چند منبعی (MRU) و فناوری صرفه‌جویی در انرژی پویا را معرفی می‌کند که مصرف انرژی تحت بار بالا را تا 25 درصد در مقایسه با وای‌فای 6 کاهش می‌دهد..

با نگاهی به آینده، WiFi 7 مکمل 5G خواهد بود: سناریوهای داخلی به دلیل هزینه کمتر و پهنای باند بالاتر، از WiFi 7 به عنوان راه حل اصلی استفاده می کنند، در حالی که سناریوهای تلفن همراه برای رومینگ یکپارچه به 5G متکی خواهند بود. این شبکه همگرا باعث بلوغ فناوری‌های پیشرفته مانند رانندگی مستقل و ارتباطات هولوگرافیک می‌شود. همانطور که Jeetu Patel، مدیر ارشد محصولات سیسکو، اظهار داشت: ' وای فای 7 فقط افزایش سرعت نیست، بلکه یک تحول جامع در هوشمندی، امنیت و سازگاری شبکه است.' با تکمیل فاز دوم استاندارد (نسخه 2) در سال 2024، WiFi 7 از ویژگی هایی مانند خواهد کرد 16 × 16 × RepeatQU پشتیبانی . زمینه سازی برای ارتباطات بی سیم در عصر 6G.

از وای فای 1 تا وای فای 7، فناوری شبکه های بی سیم طی 28 سال به افزایش ده هزار برابری سرعت دست یافته است. این انقلاب بی‌امان فناوری، نحوه ارتباط انسان‌ها با دنیای دیجیتال را دوباره تعریف می‌کند. از آنجایی که سیگنال های WiFi 7 در هر گوشه ای پوشانده می شود، ما نه تنها سرعت های سریع تری به دست می آوریم، بلکه دروازه ای برای باز کردن یک عصر هوشمند جدید است که با هوش به هم پیوسته و پاسخگویی در زمان واقعی مشخص شده است.