Wi-Fi 6 : un nouveau départ pour les LAN sans fil
L’année 2019 s’annonce comme un jalon pour la technologie sans fil. Non seulement les réseaux 5G seront déployés dans le monde entier, mais une nouvelle ère de la technologie Wi-Fi, connue sous le nom de Wi-Fi 6 (ou 802.11ax), sera introduite.
Ai-je bien dit “nouvelle ère“? C’est loin de lui donner le respect qu’il mérite! Le Wi-Fi 6 est bien plus qu’une simple technologie sans fil de nouvelle génération; il représente un changement fondamental et révolutionnaire quant au fonctionnement des réseaux Wi-Fi , à la façon dont ils seront déployés, et à leur utilité.
Le monde a initialement été introduit au Wi-Fi en 1999 avec l’arrivée de la norme 802.11b qui prenait en charge un énorme 11 Mbit/s, et c’était en fait assez impressionnant il y a 20 ans, alors que le monde émergeait de la technologie des concentrateurs filaires. En quelques années, nous avons constaté les progrès rapides de la technologie Wi-Fi; tout d’abord, la norme 802.11a qui pouvait fournir jusqu’à 54 Mbit/s et qui fonctionnait dans le spectre de 5,8 GHz. Avec le temps, des normes sans fil plus rapides et plus efficaces ont émergé et ont été rapidement adoptées par le marché, y compris la norme 802.11g et 802.11n, puis en 2013, nous avons été introduits à la norme 802.11ac (le prédécesseur de .ax et la cinquième génération de Wi-Fi), qui a été déployée en deux phases.
Et avec chaque nouvelle version, le Wi-Fi est devenu plus rapide et plus omniprésent. Bien que de nombreux aspects du Wi-Fi se soient améliorés au fil des ans, notamment la sécurité et la qualité de service (QoS), les gains de vitesse ont été possibles grâce à trois ingrédients de base qui n’ont cessé de s’améliorer. Il s’agit notamment de : 1) une meilleure modulation, nous permettant d’insérer plus de bits dans chaque symbole, 2), la technologie d’entrée multiple sortie multiple (Multiple Input Multiple Output ou MIMO) nous permettant de transmettre différents signaux et flux spatiaux sur différentes antennes, et enfin, 3) la combinaison des canaux plus petits de 20 MHz, dans des canaux plus larges capables de fournir plus de données (jusqu’à 160 MHz, principalement utilisés dans la norme 802.11ac).
Imaginez-vous en train de concevoir une nouvelle voiture de course améliorée. Comment feriez-vous pour construire une voiture plus rapide pour gagner des courses? Votre premier réflexe serait peut-être d’utiliser un plus gros moteur, ce qui, en théorie, pourrait améliorer l’accélération de votre voiture et sa vitesse de pointe globale. Cependant, inévitablement, à un certain point l’installation d’un plus gros moteur ne rend pas nécessairement la voiture plus rapide. Vous devez prendre du recul et examiner l’efficacité de l’ensemble de la voiture. Peut-être un châssis plus aérodynamique serait-il utile? Peut-être que de nouveaux matériaux rendront la voiture plus légère et donc plus rapide. Des innovations comme celles-ci contribueront a rendre la voiture plus rapide, en plus d’améliorer la sécurité et l’efficacité énergétique.
À bien des égards, cette évolution est similaire à celle du Wi-Fi. Les canaux plus larges, les meilleures techniques de modulation et l’utilisation de la technologie MIMO ont tous contribué à accélérer le Wi-Fi, sans pour autant le rendre plus efficace. Les cinq premières générations de Wi-Fi ont successivement amélioré la vitesse et la performance, mais les principes de base du fonctionnement du Wi-Fi sont demeurés les mêmes. Le Wi-Fi 6, d’autre part, nous donne non seulement un meilleur moteur, mais il réinvente complètement le véhicule !
Le Wi-Fi 6 a débuté en tant que norme IEEE 802.11ax, également connu sous le nom de groupe de travail à rendement élevé sans fil (High-Efficiency Wireless ou HEW). Leur objectif ne consistait pas nécessairement à augmenter la vitesse des réseaux Wi-Fi existants, mais plutôt d’améliorer l’efficacité globale du Wi-Fi afin de répondre aux besoins des réseaux modernes. Il s’agit d’une série d’innovations qui permettent non seulement au Wi-Fi de fonctionner plus efficacement et de prendre en charge un plus grand nombre d’applications, mais aussi d’améliorer considérablement les performances par rapport aux générations précédentes. Prenons quelques minutes pour voir ce qui rend le Wi-Fi 6 si supérieur aux générations précédentes et quels sont les avantages pour l’utilisateur moyen.
Lorsque le Wi-Fi en était à ses débuts, il y avait peu de périphériques client associés à chaque point d’accès. Aujourd’hui, cependant, presque tous les appareils électroniques sont compatibles avec le Wi-Fi, ce qui accroît considérablement les exigences en matière d’infrastructure. Il n’est pas surprenant de constater que ces exigences, ainsi que les nouvelles applications gourmandes en bande passante, poussent les réseaux sans fil existants vers le point de rupture. En revanche, le Wi-Fi 6 a été conçu intégralement pour prendre en charge les applications les plus exigeantes, notamment les systèmes vidéo et AR/VR à haute définition, les véhicules autonomes et les applications sensibles à l’ultra-latence, comme celles utilisées dans les systèmes de contrôle des processus de fabrication.
Bien que l’adoption quasi universelle du Wi-Fi témoigne clairement de son succès, elle fait également partie de son échec. Les cinq premières générations s’appuient sur le modèle de support partagé, ce qui signifie qu’une seule station a accès au canal Wi-Fi et peut transmettre seulement à un certain moment. Si plusieurs stations tentent de transmettre simultanément (y compris le point d’accès), une collision se produit et la transmission échoue. De toute évidence, ce modèle fonctionne très bien lorsque nous avons un petit nombre de clients associés à un point d’accès et que la congestion est faible, mais devinez ce qui se passe lorsque le nombre de clients augmente et que tout le monde veut parler en même temps? Une contention!
Avez-vous déjà participé à une grande conférence téléphonique où de nombreuses personnes veulent parler en même temps? Comme de plus en plus de personnes se joignent à l’invitation, il est fort possible que chaque personne doive attendre plus longtemps pour avoir une chance de parler, ou bien plusieurs personnes parlent à la fois et personne ne s’entend. L’accès au support sans fil fonctionne essentiellement de la même manière. Le Wi-Fi est traditionnellement une méthode basée sur la contention, où les différentes stations clients se disputent la chance de transmettre. Plus vous ajoutez de clients, plus ils doivent attendre avant d’avoir leur chance, ce qui entraîne une latence plus élevée et une plus grande gigue pour tous.
Les études menées par l’IEEE ont démontré que même avec la norme 802.11ac Wave 2, il existe une limite pratique de seulement 25 clients actifs par point d’accès où les performances commencent à s’affaiblir. À vrai dire, le problème s’aggrave si vous utilisez les canaux plus larges proposés par la norme 802.11ac Wave 2. Tandis que les canaux plus larges (80 MHz ou 160 MHz) sont parfaits pour améliorer le débit global, il s’avère également que de plus en plus de stations partagent le même canal et doivent donc lutter pour y accéder, entraînant ainsi des temps attente plus longs avant d’obtenir une transmission fructueuse.
Maintenant, vous êtes à l’ère du Wi-Fi 6.
Le Wi-Fi 6 offre une multitude de nouvelles capacités, notamment des améliorations impressionnantes de la vitesse grâce à la technologie MIMO 8×8 et l’amélioration de la densité de la constellation de 1024 QAM, ce qui représente une augmentation de 1,25x par rapport à la norme 802.11ac. Cependant, le véritable secret des capacités améliorées du Wi-Fi 6 n’est pas la densité de constellation supplémentaire, ni même la capacité de flux spatial supplémentaire, c’est la façon dont nous accèdons aux médias.
Avec le Wi-Fi 6, nous utilisons un mécanisme appelé “utilisateur multiple entrée multiple sortie multiple” (multi-user multiple input multiple output ou MU-MIMO). Cela permet au point d’accès d’examiner les stations clientes associées et de déterminer qui doit transmettre. Au lieu que chaque station rivalise pour accéder à l’ensemble du canal, c’est maintenant le point d’accès qui décide quel client peut transmettre et quelle partie du canal il peut utiliser. Pour ce faire, il faut scinder le canal en segments plus petits appelés “unités de ressources” (RU). Les RU spécifiques sont ensuite attribués à chaque station en fonction de ses besoins pour un intervalle donné, en divisant essentiellement le spectre entre les stations selon leur priorité et leur besoin. Mieux encore, toutes les stations clientes peuvent transmettre exactement en même temps, essentiellement en multiplexant leur signal sur le même canal de façon partagée, contournant ainsi l’algorithme de contention de l’ancien Wi-Fi et permettant d’utiliser le canal au maximum de son efficacité.
Cette modification de la méthode d’accès aux médias offre des améliorations importantes par rapport aux générations précédentes de Wi-Fi. Par exemple, supposons que vous utilisez un réseau 802.11ac offrant une capacité de 1,3 Gbit/s. Tous les clients ont-ils vraiment besoin d’autant de bande passante en tout temps? Bien sûr que non! Si un client ne doit transmettre qu’une petite quantité de données, la plus grande partie de la bande passante disponible est gaspillée, tandis que toutes les autres stations doivent attendre. En revanche, le Wi-Fi 6 permet de partager le canal sur plusieurs stations simultanément, réduisant ainsi les délais d’attente et de tentatives pour tous les clients. Il en résulte une utilisation plus efficace des canaux disponibles et, pour les utilisateurs américains, une expérience beaucoup plus fiable et plus flexible.
Cette nouvelle méthode d’accès aux médias permet également aux RU de transmettre à des vitesses plus lentes.
Des vitesses plus lentes?! Pourquoi faire? Nous nous efforçons toujours de disposer de données plus rapides et plus performantes, mais la réalité est que de nombreuses applications ne nécessitent pas des débits plus rapides et une bande passante élevée. Par exemple, dans le monde de l’IDO, la plupart des capteurs ne nécessitent qu’une quantité minimale de bande passante. Si un point d’accès allouait la plus petite norme 802.11ax de RU à un appareil d’IDO, il ne consommerait que 2 MHz du canal, fournissant une bande passante de seulement 375 kbit/s. Cela peut sembler trop peu pour les applications modernes, mais pour de nombreuses applications de l’IDO, c’est un débit de données idéal.
Cela implique deux choses lorsque vous utilisez Wi-Fi 6 dans un environnement d’IDO. Tout d’abord, vous pouvez prendre en charge beaucoup plus de périphériques clients simultanés que par le passé, et deuxièmement, la plus petite RU nous offre un budget de liaison amélioré de 8 dB par rapport à la norme 802.11ac classique. Plus de budget de liaison implique une plus grande portée; un autre grand avantage du Wi-Fi 6, ce qui en fait une solution naturelle pour l’IDO!
En résumé, le Wi-Fi 6 est bien plus qu’une simple évolution du débit et de la vitesse. Il repense la façon dont les réseaux sans fil opèrent et les réalisatons potentielles des entreprises – ce blog n’a fait qu’effleurer la surface de ses capacités. Nous n’avons même pas mentionné l’amélioration de l’efficacité grâce à la coloration du sous-système de stations de base, aux bandes de protection, à l’amélioration de l’autonomie des batteries grâce aux délais de réveil ciblés, et (roulement de tambour, s’il vous plaît)… le retour du spectre de 2,4 GHz! Oui, contrairement à son prédécesseur, le Wi-Fi 6 est conçu pour fonctionner dans les spectres de 2,4 GHz et 5,8 GHz.
