Wi-Fi 6 : le dossier d’information

Le Wi-Fi² est une technologie de mise en réseau sans fil qui permet aux ordinateurs et autres appareils de communiquer sur un signal sans fil. Il décrit les composants réseau basés sur l’une des 802.11 normes développées par l’IEEE et adoptées par l’Alliance Wi-Fi.

Presque tous les ordinateurs modernes disposent de puces Wi-Fi intégrées qui permettent aux utilisateurs de trouver et de se connecter à des points d’accès sans fil. La plupart des appareils mobiles, des systèmes de jeux vidéo et d’autres appareils autonomes prennent également en charge le Wi-Fi, ce qui leur permet également de se connecter aux réseaux sans fil. Lorsqu’un périphérique établit une connexion Wi-Fi avec un routeur, il peut communiquer avec le routeur et les autres périphériques du réseau. Cependant, le routeur doit être connecté à Internet (via un DSL ou un modem câble) afin de fournir un accès à Internet aux appareils connectés.

Les réseaux cellulaires et Wi-Fi coexistent depuis des décennies et, à ce jour, aucun n’a remplacé l’autre. Au contraire, les deux ont prospéré, et il est largement admis que le besoin de technologies sans fil multiples se poursuivra. Bien que les technologies Wi-Fi et cellulaires soient similaires, elles prennent en charge en grande partie différents cas d’utilisation. Le plus souvent, cela a fait d’elles des compléments plutôt que des substituts.

Cellulaire

Les téléphones cellulaires, fonctionnant dans le spectre autorisé, impliquent la présence d’un propriétaire de spectre, sous la forme d’un opérateur de réseau mobile (ORM). Pour l’abonné, l’avantage est que la connexion au réseau est automatique, universelle et omniprésente. La technologie cellulaire dispose également d’une plus grande portée pour couvrir les grands espaces, et elle est intrinsèquement mobile, ce qui signifie que les sessions des utilisateurs sont maintenues même lorsqu’ils passent d’une radio à l’autre. La mobilité est l’une des fonctionnalités qui rend le cellulaire adapté aux appels vocaux, car l’expérience utilisateur des appels vocaux est perturbée par les interruptions de session, alors que de nombreuses expériences de données (par ex., e-mail) ne le sont pas. Le cellulaire est également la technologie sur laquelle les organisations de services d’urgence (incendie, police, ambulances) ont généralement normalisé leurs communications.

Wifi

En revanche, le Wi-Fi fonctionne dans le spectre sans licence, ce qui permet à une entreprise privée ou à un propriétaire de créer un réseau sans dépendre d’un fournisseur de services commerciaux. Il s’agit donc de l’accès par défaut au réseau d’entreprise ou domestique. Elle est appréciée pour sa capacité d’auto-déploiement et l’absence de coût d’abonnement. La technologie Wi-Fi fournit une connectivité haut débit sans compteur et permet la collecte de données utilisateur par des entités autres qu’un ORM. Notez toutefois que l’accès au Wi-Fi n’est pas automatique pour tout le monde, uniquement pour les utilisateurs autorisés réguliers. Les nouveaux utilisateurs ou les visiteurs, s’ils y sont autorisés, doivent se connecter.

En savoir plus sur RUCKUS®, les solutions de réseaux d’entreprise sans fil de CommScope

Le Wi-Fi a été inventé en 1997³ et est devenu disponible pour les consommateurs cette année-là, mais ses origines remontent beaucoup plus loin.

Depuis le début de l’année 2020, la dernière version du Wi-Fi s’appelait Wi-Fi 6, un rebranding convivial du format technique, 802.11ax. Les versions antérieures du Wi-Fi, telles que 802.11ac et 802.11n, sont désormais connues respectivement sous les noms Wi-Fi 5 et Wi-Fi 4⁶.

Les 802.11 normes portent sur :

• Jusqu’où les signaux sans fil atteignent (indirectement, car ils sont liés aux niveaux de puissance)
• Quantité de données que le signal peut transmettre

Ce graphique montre le nom des normes et les nouvelles conventions de dénomination Wi-Fi :

*La Wi-Fi Alliance n’a officiellement nommé que Wi-Fi 4, Wi-Fi 5 et Wi-Fi 6. Le Wi-Fi 1-3 est la convention de dénomination supposée.

Comme nous l’avons vu, une bande de spectre spécifique sans licence est attribuée aux systèmes Wi-Fi. Trois bandes de fréquences sont actuellement disponibles : 2.4 GHz (Wi-Fi 1*, 3*, 4 et 6), 5 GHz (Wi-Fi 2*, 4, 5 et 6) et 6 GHz (Wi-Fi 6E). En raison des réglementations variables, une règle générale peut être considérée comme étant la plus faible fréquence, plus la portée est longue et plus la vitesse maximale est faible (la puissance de transmission de chaque canal joue également un rôle). Si vous souhaitez plus de couverture Wi-Fi, vous pouvez utiliser la bande 2.4 GHz. Si vous souhaitez des vitesses plus élevées, vous pouvez utiliser la bande 5 GHz ou 6 GHz.

Dans ces bandes de fréquence Wi-Fi se trouvent des bandes plus petites, appelées canaux Wi-Fi. Les canaux sont les moyens par lesquels de nombreux appareils peuvent fonctionner sur la même bande de fréquences dans le même voisinage. Selon le pays, la bande 2.4 GHz a entre 11 et 14 canaux, et la bande 5 GHz a entre 17 et 25 canaux⁷.

Considérez les canaux Wi-Fi comme des voies dans une autoroute, bien qu’ils puissent avoir des largeurs différentes :

• Plages de fréquences prédéfinies dans une bande (2.4, 5 et 6 GHz)
• Tailles standard : 20, 40, 80 et 160 MHz
• En pratique, les canaux se chevauchent (espacement de 5 MHz) dans la bande de 2.4 GHz, il y a donc moins de canaux non chevauchants disponibles pour un point d’accès (AP) parmi lesquels choisir

Tout comme les voies routières, les canaux Wi-Fi peuvent être encombrés, et la gestion du bon canal à utiliser peut améliorer considérablement les performances du réseau (plus d’informations à ce sujet dans la Partie II de cet article).

5 Channelisation GHz

Exemple d’utilisation du canal

Aujourd’hui, presque tous les appareils sont compatibles Wi-Fi. Plus de 13 milliards d’appareils Wi-Fi sont installés dans le monde, et ce nombre augmente chaque jour.

Wi-Fi par les chiffres

Les consommateurs étaient connectés à une moyenne de 6.5 appareils par personne en 2017.⁸ Et cela ne ralentit pas. Il devrait atteindre 15 appareils connectés par personne d’ici 2030.⁹

Alors que certains de ces appareils utiliseront la technologie cellulaire 5G, les experts du secteur pensent que le Wi-Fi coexistera avec la 5Get sera un élément clé de nombreux cas d’utilisation de la 5G. Plus d’appareils utilisés signifie plus de demande sur les réseaux. C’est là que le Wi-Fi 6 entre en jeu.

Réseaux audio et vidéo

De nombreux réseaux utilisent le protocole de transport en temps réel (RTP) pour fournir des services audio et vidéo.

 Le trafic vocal a deux exigences réseau :

• Le trafic vocal est envoyé sans aucune attente de réception d’une réponse d’accusé de réception du client destinataire.
• Le trafic vocal est faible en termes de consommation de données. En fonction du compresseur/décompresseur utilisé dans les appareils, la charge utile est d’environ 64 kilo-octets, et d’environ 264 kilo-octets avec l’ajout d’en-têtes de gestion.

Le trafic vocal impose très peu de demande sur la bande passante du réseau. Cependant, lorsque la latence est un problème, des appels abandonnés et des interférences peuvent se produire.

Les applications de visioconférence ont les mêmes exigences que le trafic vocal, avec la demande supplémentaire d’audio. Le Wi-Fi 6 traite la latence et la gigue audio et vidéo, améliorant ainsi les performances applicatives.

Automatisation

Tout comme la voix et la vidéo, le trafic d'automatisation est de petite taille, mais sensible à la latence. Les réseaux ajoutent souvent des services d’automatisation sans tenir compte de leur capacité à prendre en charge ces services. Comme pour l'audio et la vidéo, le trafic d'automatisation ne nécessite pas de bande passante importante, mais il est sensible à la latence.

 
Le Wi-Fi 6 prend en charge la connectivité à haut débit et à faible latence et a une vitesse maximale théorique de 9.6 gigabits par seconde¹¹. C’est près de 2.6 fois plus que le Wi-Fi 5.

Alors que le Wi-Fi 6 s’étend et devient la nouvelle norme pour les réseaux, les entreprises commenceront à migrer leur infrastructure vers le Wi-Fi 6. Cela sera de plus en plus important dans les environnements à haute densité, tels que les stades, les centres de congrès et les centres de transport.

La nouvelle technologie maintient la rétrocompatibilité pour les appareils plus anciens tout en augmentant la capacité et la sécurité, en augmentant les débits de données, en réduisant la congestion du réseau et en améliorant la durée de vie de la batterie pour les appareils compatibles.

Les points d’accès Wi-Fi 6 déployés dans des environnements d’appareils denses seront probablement nécessaires pour prendre en charge des accords de niveau de service plus élevés pour des utilisateurs et des appareils plus connectés simultanément, avec des profils d’utilisation plus diversifiés.

Trois mises à jour technologiques clés contribuent à l’amélioration des performances du Wi-Fi 6 par rapport au Wi-Fi 5 :

• Multiutilisateur, entrées multiples, sorties multiples (MU-MIMO) : Permet à un point d’accès Wi-Fi de communiquer avec plusieurs appareils simultanément, améliorant ainsi l’expérience Wi-Fi globale. MU-MIMO peut améliorer considérablement le débit dans les réseaux haute densité, même ceux qui utilisent des services gourmands en bande passante.
   
• Accès multiple par division de fréquence orthogonale (OFDMA) : Divise un canal Wi-Fi en des allocations de fréquence plus petites appelées unités de ressources. Cela permet à un point d’accès de communiquer avec plusieurs clients en les affectant à des unités de ressources spécifiques.
   
• Modulation d’amplitude (QAM) enquadrature 1024 : Permet une augmentation de 25 % du débit de données des points d’accès et appareils Wi-Fi 6. En variant la phase et l'amplitude des ondes radio, la technologie améliore l'efficacité spectrale en incorporant plus de données dans chaque transmission.

Bien que le Wi-Fi 6 améliore considérablement la vitesse, grâce à un plus grand nombre de chaînes radio et de flux spatiaux, la plupart des appareils n’atteindront pas 9.6 gigabits par seconde. Pour les appareils mobiles, la puissance et les antennes nécessaires pour atteindre le taux maximal sont prohibitives en raison des restrictions de batterie et d’espace physique. De plus, la plupart des appareils mobiles ne peuvent même pas utiliser la quantité de données provenant d’une vitesse de connexion de plusieurs gigabits.

Imaginez une autoroute à quatre voies qui pourrait être étendue à huit voies et accueillir des camions de grande taille et entièrement chargés. Imaginez la même autoroute avec les camions à seulement 20 % pleins. Dans ce scénario, l’efficacité et la capacité possibles du réseau sont gaspillées, car les camions surpeuplent la route sans pleine capacité. Chaque camion ne peut transporter des produits (ou des données) que pour un seul client (un seul appareil).

Les véhicules (dispositifs) utilisant le réseau routier sont un système inefficace. La solution ? Au lieu d’avoir un camion par client, les entreprises de camionnage auront un camion qui récupèrera plusieurs colis de plusieurs clients, jusqu’à ce que le camion soit plein, avant de l’envoyer sur la route. Cela permet d’avoir plus de produits (données) sur la route.

Utilisation des ressources

La combinaison de plusieurs appareils en une seule ressource n’était pas possible avec les versions antérieures du Wi-Fi. Un seul appareil pouvait transmettre à la fois, qu’il ait une charge utile complète (camion complet) ou la charge utile moyenne (seulement 20 pour cent pleine). Le Wi-Fi 6 change cela.

Points d’accès Wi-Fi 6 avec clients Wi-Fi 5

Il est difficile de quantifier les améliorations exactes que les réseaux réaliseront avec le Wi-Fi 6. Cependant, les tests CommScope ont montré que le remplacement d’un point d’accès Wi-Fi 5 par un point d’accès Wi-Fi 6 augmente la vitesse du réseau jusqu’à 20 %, même dans un environnement avec tous les clients Wi-Fi 5. Ce pourcentage variera en fonction des différences de clients et d’applications utilisées.

Des améliorations supplémentaires sont observées lors de l’introduction d’un mélange d’appareils clients Wi-Fi 5 et Wi-Fi 6. Les améliorations justifient l’utilisation des points d’accès Wi-Fi 6 aujourd’hui en attendant l’afflux d’appareils Wi-Fi 6 qui seront disponibles demain.

Avant le Wi-Fi 6, les contraintes de capacité étaient dictées par l’efficacité globale des ressources auxquelles les appareils étaient connectés. Aujourd’hui, la demande permanente de connectivité et de mobilité sans fil rend essentiel d’avoir une capacité et une efficacité supplémentaires, ce qui est exactement ce que le Wi-Fi 6 fournit.

Les réseaux sans fil ne sont plus axés sur les appareils mobiles. Une étude d’International Data Corp. estime que, d’ici 2025, le monde disposera de 41,6 milliards d’appareils IoT connectés, y compris des machines, des capteurs et des caméras. Peu d’entre eux sont considérés comme mobiles. Dans une entreprise moyenne, plus de 30 % de tous les terminaux connectés au réseau sont des appareils IoT (à l’exclusion des appareils mobiles). Ces appareils généreront près de 80 zettaoctets de données au cours de la 2025e année. À titre de référence, un zettaoctet est de 1 000 x 10 kilooctets.

Clients supplémentaires avec OFDMA

Au lieu d’augmenter la vitesse des appareils individuels, le Wi-Fi 6 consiste à améliorer le réseau lorsque plusieurs appareils sont connectés. Les appareils clients auront plus d’opportunités de transmettre et de recevoir des données, réduisant ainsi la latence et la gigue.

Dans les normes Wi-Fi précédentes, une vitesse supplémentaire se présentait sous la forme de radios de transmission supplémentaires (TX), de radios de réception (RX) et de flux spatiaux (SS), lues comme « TX x RX : SS » (4x4 :4 signifie quatre radios émettrices, quatre radios réceptrices via quatre flux spatiaux), largeurs de canal supplémentaires (allant de 20 MHz à 320 MHz) ou augmentation du QAM (de 16-QAM à 1024-QAM). Ce matériel supplémentaire et une modulation améliorée ne sont pas le seul aspect qui aide le Wi-Fi 6 à augmenter la vitesse du réseau. Et les clients n’ont pas nécessairement besoin d’être des appareils Wi-Fi 6. Les avantages s’appliqueront également aux appareils plus anciens.

À propos de la modulation améliorée : Des débits de données plus élevés (vitesse réseau) impliquent plus de bits par seconde, ce qui nécessite une modulation plus sophistiquée, dans le cas du Wi-Fi 6, une constellation QAM plus dense. Pour établir correctement la communication, les radios doivent frapper un point spécifique au sein de la constellation QAM et le faire à la demande. Bien que le 64-QAM permette une vitesse réseau plus lente que les QAM plus élevés, il est beaucoup plus facile de frapper ces petits points dans la constellation, ce qui rend le système plus robuste. Si le Wi-Fi 6 s’appuyait uniquement sur le 1024-QAM pour obtenir une augmentation de la vitesse, l’amélioration ne serait pas aussi importante que prévu.

L’amplitude du vecteur d’erreur (EVM) est une zone imaginaire tracée autour de chaque point dans la constellation de modulation d’amplitude en quadrature (QAM). Équidtant de chaque point, il représente la marge d'erreur d'un signal lorsqu'il essaie d'atteindre la cible. Étant donné que la perfection dans le sans fil est difficile à obtenir, le point dans la constellation n’a pas besoin de frapper exactement au centre.

Plus le QAM est bas (16 contre 64), plus la cible est grande (l’EVM), mais avec une diminution de la valeur ou de la vitesse. Plus le QAM est élevé (64 vs 1024), plus la cible est petite. Compte tenu de la taille de l'EVM à 64 QAM, imaginez la taille de l'EVM à 1024 QAM.

À des taux de QAM plus élevés, les appareils doivent avoir un très « air propre » (rapport signal/bruit élevé) pour atteindre l’EVM à chaque fois. Si l’air n’est pas « propre », certains appareils passeront du 1024-QAM au 256-QAM, puis au 64-QAM et, enfin, au 16-QAM, ce qui changera de vitesse pour la fiabilité. À mesure que le nombre de QAM diminue, l’EVM dans la constellation s’agrandit, ce qui en fait une cible plus facile à atteindre.

Même avec les clients plus anciens (non Wi-Fi 6), un nouveau point d’accès sera bien meilleur pour atteindre sa cible, ou EVM, dans la constellation QAM, ce qui se traduira par une expérience plus rapide pour tous les appareils, pas seulement ceux qui sont capables de Wi-Fi 6 et 1024-QAM. Avec le Wi-Fi 6, tous les appareils ne pourront pas profiter du 1024-QAM, mais certains le feront. Les clients Wi-Fi 6 qui envoient leurs données plus rapidement, même parfois, créent un ensemble de services de base plus efficace (ensemble de cellules Wi-Fi), ce qui rend l’expérience plus rapide pour tous.

En ne s’appuyant pas uniquement sur des taux QAM plus rapides et plus élevés, la vitesse supplémentaire du Wi-Fi 6 s’accompagne d’une efficacité et d’une capacité accrues. Comme les appareils peuvent utiliser le spectre plus efficacement, cela ouvre des créneaux horaires pour que les appareils puissent transmettre, appelés opportunités de transmission (TXOP). En utilisant OFDMA, les appareils avec des charges utiles plus petites peuvent transmettre leurs données simultanément. Davantage d’opportunités sur le canal signifient que tous les appareils accéléreront naturellement, car plus de temps est disponible pour les appareils qui en ont besoin.

Amélioration de l’utilisation des ressources

Plus de TXOP, associé à des appareils qui peuvent utiliser des débits QAM plus élevés, signifie que les appareils reçoivent plus de données transmises plus rapidement, ce qui entraîne une diminution des TXOP dont l’appareil a besoin. Plus de TXOP pour les autres appareils, y compris les appareils Wi-Fi 4 et 5, signifie qu’ils vont aller plus vite.

Le résultat net ? La mise à niveau vers un réseau Wi-Fi 6, même si la majorité des clients ne sont pas capables de Wi-Fi 6, devrait résoudre de nombreux défis réseau actuels.

Cadres de gestion protégés

WPA3 nécessite l'activation des trames de gestion protégées (PMF). Les PMF améliorent la sécurité Wi-Fi et la protection du réseau contre les attaques malveillantes, telles que l’usurpation d’identité, en assurant la confidentialité des données et la protection des trames de gestion.

Le Wi-Fi 6E est conçu pour réduire la congestion, les goulots d’étranglement et la largeur de canal limitée des bandes Wi-Fi existantes :

• Moins de congestion : Le Wi-Fi actuel offre 28 canaux de 20 MHz qui ne se chevauchent pas ; le Wi-Fi 6E offrira 59 nouveaux canaux de 20 MHz¹⁴. Les canaux ajoutés contribueront à minimiser la plupart des problèmes de congestion actuels et à permettre une meilleure prise en charge d’un plus grand nombre d’appareils connectés et de types d’appareils.
   
• Vitesse plus élevée : 1 200 MHz de spectre contigu permet la liaison de canaux de 80 MHz (14 nouveaux canaux), voire 160 MHz (7 nouveaux canaux). C’est une bonne nouvelle pour les lieux à haute densité comme les centres de congrès et les auditoriums. À domicile, le Wi-Fi et le Wi-Fi 6E fourniront des vitesses qui complèteront les vitesses multigigabits des derniers réseaux fibre optique et DOCSIS 3.1. En combinant plusieurs canaux 20 MHz en un canal 80 MHz ou 160 MHz plus large et à haut débit, les clients Wi-Fi 6 existants peuvent atteindre leurs vitesses maximales sans les limites de fonctionnement dans des largeurs de canal plus petites. Le Wi-Fi 6E peut également prendre en charge davantage d’applications de remplacement filaires, telles que les liaisons point à point sans fil et les liaisons dorsales maillées intérieures.
   
• Faible latence : Le Wi-Fi 6E ne prend en charge que les appareils capables d’OFDMA ; multi-utilisateurs, entrées multiples, sorties multiples (MU-MIMO) ; 1024-QAM ; et 6 GHz. Tous les autres appareils Wi-Fi existants seront limités aux bandes 2.4 GHz et 5 GHz. Les nouveaux points d’accès devraient fournir une rétrocompatibilité pour prendre en charge les bandes Wi-Fi 6E et héritées.
   
• Applications de remplacement filaires : Le Wi-Fi 6E peut également prendre en charge davantage d’applications de remplacement câblées, y compris les liaisons point à point sans fil et les liaisons dorsales maillées intérieures.
   

Principales différences entre Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 et Wi-Fi 6E :

Les schémas de modulation précédents dans le Wi-Fi utilisaient le multiplexage par division de fréquence orthogonale (OFDM), qui ne permet qu’un seul appareil à la fois, quelle que soit la taille de la charge utile. Avec une trame complète (le nom d’un paquet lorsqu’il est en vol) attribuée à un périphérique client, qu’il ait besoin de la trame complète ou non, les inefficacités sont évidentes.

OFDM sur un canal de 20 MHz de large

Le Wi-Fi 6 utilise un nouveau schéma de modulation appelé OFDMA, qui permet désormais à neuf appareils de transmettre simultanément sur un canal de 20 MHz, si leurs charges utiles répondent aux exigences. Si la charge utile qui doit être transmise nécessite plus de capacité, celle-ci est ajustée et programmée à la volée par l’infrastructure afin de permettre la transmission simultanée des combinaisons de charges utiles les plus efficaces.

OFDMA sur un canal de 20 MHz de large

Lorsque les deux figures ci-dessus sont comparées, vous pouvez voir que ce qui avait pris trois trames pour le transport à l’aide de l’OFDM peut maintenant être combiné en une seule trame. Ce qui était une ressource à moitié vide (taille n° 1 pour le client A) est maintenant rempli avec les données supplémentaires pour deux clients supplémentaires (tailles 2 et 3 pour les clients B et C). Les deux figures utilisent toujours un canal de 20 MHz de large, mais dans la Figure 3, nous voyons l’introduction de l’unité de ressources (RU) ou de ce canal de 20 MHz de large se décomposer en neuf allocations de fréquence distinctes.

Ce qui avait pris huit images en OFDM peut désormais être accompli en seulement trois images d’OFDMA. La nouvelle efficacité du Wi-Fi 6 signifie que, à partir de la Taille 4, en utilisant OFDMA, les clients peuvent désormais envoyer plus de données, ou, comme le montre la Taille 5, des clients supplémentaires peuvent désormais envoyer leurs données. En utilisant pleinement les ressources disponibles, plus de données peuvent être envoyées dans le même laps de temps (huit cadres pour chaque exemple) et plus de clients ont la possibilité d’envoyer leurs données. Plus de données provenant de plus de clients en moins de temps se traduisent par un réseau qui semble plus rapide que les générations précédentes.

Il convient de noter que tous les clients n’ont pas besoin d’utiliser (ou de pouvoir) l’OFDMA. Le regroupement des clients OFDMA (Wi-Fi 6) en une seule trame ouvre les trames restantes pour qu’un client OFDM (Wi-Fi 5) utilise la ressource.

En d’autres termes, les points d’accès Wi-Fi 6 sont rétrocompatibles avec les anciens appareils Wi-Fi ; mais, puisque tous les clients peuvent désormais envoyer leurs données en moins de temps, l’expérience sera plus rapide.

OFDM en transition vers OFDMA

En utilisant un réseau Wi-Fi 6 et en tirant parti de l’OFDMA, les points d’accès Wi-Fi 6 seraient en mesure de gérer plus d’appareils sans avoir besoin d’ajouter plus de points d’accès plus tard pour transporter la charge à mesure que le nombre d’appareils continue d’augmenter.

La modulation d’amplitude (QAM) en quadridrature 1024 est un schéma de modulation hautement développé dans lequel les données sont transmises sur des fréquences radio. Pour les communications sans fil, le QAM est un signal dans lequel deux porteurs (deux ondes sinusoïdales) - décalés en phase de 90 degrés (un quart de phase hors phase) - sont modulés, et la sortie résultante est constituée de variations d'amplitude et de phase. Ces variations sont la base des informations que nous voyons dans les appareils clients.

MIMO signifie entrées et sorties multiples et se rapporte aux radios sans fil utilisant plusieurs antennes pour transmettre et recevoir le signal. Cette configuration permet aux points d’accès et aux dispositifs clients de bénéficier d’une variété de chemins de propagation, ce qui permet d’obtenir des vitesses plus rapides et des plages plus longues. Cette amélioration est apparue avec le Wi-Fi 4 et est toujours utilisée par des normes plus élevées.

En plus des avantages MIMO, le Wi-Fi 5 fournit également un débit de réseau sans fil multistation (MU) d’au moins 1 Gbit/s et un débit de station unique d’au moins 500 Mbit/s.

Cependant, la mise en œuvre du Wi-Fi 5 de la technologie multi-utilisateurs, à entrées multiples et sorties multiples (MU-MIMO), avait quelques limites, abordées plus en détail ci-dessous, qui affectaient son fonctionnement en dehors d’un laboratoire, et, au final, n’a entraîné presque aucun avantage dans le déploiement en situation réelle.

La première limite était la direction des données. Il ne s’agissait que d’une liaison descendante, ce qui signifie qu’il ne pouvait être utilisé que pour envoyer des données du point d’accès aux appareils client. Deuxièmement, au lieu d’utiliser des unités radio, il utilisait des flux spatiaux. Cela signifie que cela ne fonctionnerait que si tous les dispositifs clients participant à ce groupe étaient dans la bonne orientation vers le point d’accès, en envoyant les données pour permettre la séparation des flux spatiaux.

Si les clients n’étaient pas dans les zones vertes, comme indiqué ci-dessous, MU-MIMO ne fonctionnerait pas. En outre, à mesure que les faisceaux convergeaient, de plus en plus de problèmes survenaient. La limitation finale : MU-MIMO était limité à un maximum de quatre dispositifs à la fois.

Wi-Fi 5 MU-MIMO utilisant des flux spatiaux

Avec le Wi-Fi 6 utilisant des unités de ressources OFDMA au lieu de flux spatiaux (voir Figure 5 : OFDM passant à OFDMA), les limites du MU-MIMO dans le Wi-Fi 5 ont été résolues. Il s’applique non seulement à la liaison descendante (DL) du point d’accès au client, mais également à la liaison montante (UL) du client au point d’accès.

Le Wi-Fi 5 a utilisé des flux spatiaux pour séparer les flux de données, ce qui rend la mise en œuvre limitée et difficile à orchestrer. En utilisant les plus petites largeurs de canal des RU, un système Wi-Fi 6 permet à la station de réception, qu’il s’agisse du point d’accès ou du client, d’ajuster simplement son récepteur à la plus petite tranche de spectre et d’ignorer les données envoyées aux autres dispositifs.

OFDM (Wi-Fi 5) vs OFDMA MU-MIMO (Wi-Fi 6)

Le temps de réveil cible (TWT) permet aux appareils de déterminer quand et à quelle fréquence ils se réveilleront pour envoyer ou recevoir des données. Cela permet essentiellement aux 802.11ax¹⁵AP d’augmenter la durée de sommeil de l’appareil et d’améliorer considérablement la durée de vie de la batterie, une fonctionnalité importante pour l’Internet des objets.

En plus d’économiser de l’énergie côté client, TWT permet aux points d’accès et aux appareils sans fil de négocier et de définir des heures spécifiques pour accéder au support. Cela permet d’optimiser l’efficacité spectrale en réduisant les conflits et les chevauchements entre les utilisateurs. Le mécanisme TWT est apparu pour la première fois dans la norme IEEE 802.11ah« Wi-Fi HaLow ».

Publié en 2017, le standard basse consommation est spécifiquement conçu pour prendre en charge le déploiement à grande échelle de l’infrastructure IoT, telle que les stations et les capteurs, qui coordonnent intelligemment le partage des signaux. La fonctionnalité TWT a encore évolué avec la norme IEEE 802.11ax, car les stations et les capteurs ne sont désormais nécessaires que pour réveiller et communiquer avec la ou les balise(s) spécifiques transmettant des instructions pour les sessions de diffusion TWT auxquelles ils appartiennent. Cela permet à la norme sans fil IEEE 802.11ax¹⁶d’optimiser l’économie d’énergie pour de nombreux appareils, avec des performances plus fiables, déterministes et de type LTE.

Les anciens déploiements Wi-Fi haute densité voyaient généralement plusieurs points d’accès attribués aux mêmes canaux de transmission en raison du spectre limité, un paradigme inefficace qui contribuait à la congestion et aux ralentissements du réseau. De plus, les appareils IEEE 802.11 n’ont pas pu communiquer et négocier efficacement les uns avec les autres pour maximiser les ressources des canaux.

En revanche, les points d’accès Wi-Fi 6 sont conçus pour optimiser la réutilisation efficace du spectre dans les déploiements à haute densité à l’aide de techniques qui incluent la coloration d’ensemble de services de base (BSS). Ce mécanisme « code couleur » ou marque intelligemment les fréquences partagées avec un nombre inclus dans l’en-tête PHY (couche physique dans la pile OSI) qui est passé entre le dispositif et le réseau.

En termes réels, ces codes de couleur permettent aux points d’accès de décider si l’utilisation simultanée du spectre est autorisée, car le canal s’affiche comme occupé et indisponible à utiliser lorsque la même couleur est détectée. Cela permet d'atténuer le chevauchement des ensembles de services de base (OBSS). À son tour, ce protocole permet à un réseau de transmettre plus efficacement, et simultanément, des données vers plusieurs périphériques dans des zones encombrées.

Cet objectif est atteint en identifiant l’OBSS, en négociant les conflits moyens et en déterminant les techniques de gestion des interférences les plus appropriées. La coloration permet également aux points d’accès Wi-Fi 6 d’ajuster avec précision les paramètres d’évaluation des canaux transparents (CCA), y compris les niveaux d’énergie (puissance adaptative) et de détection de signal (seuils de sensibilité).

Avec le Wi-Fi 6, plusieurs points d’accès déployés dans des environnements d’appareils denses peuvent collectivement fournir la qualité de service (QoS) requise à plus de clients avec des profils d’utilisation plus diversifiés. Cela est rendu possible par une gamme de technologies, telles que la coloration BSS, qui maximise les performances du réseau en travaillant même dans des environnements d’interférences cocanaux très encombrés.

Restez à l’écoute pour découvrir d’autres innovations technologiques Wi-Fi 6 dans la deuxième partie de cet article.