Wi-Fi 7和5G-A如何協(xié)同發(fā)展？

編者按

隨著4K/8K、VR/AR、遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新型應(yīng)用的不斷出現(xiàn)，家庭、企業(yè)和工業(yè)環(huán)境對(duì)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)提出了更高要求。在此驅(qū)動(dòng)下，行業(yè)正向Wi-Fi7加速演進(jìn)，而2024年將迎來Wi-Fi7標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)、產(chǎn)品走向商用的關(guān)鍵一年。值此Wi-Fi7步入商用之際，通信世界全媒體特組織“Wi-Fi7步步為‘贏’”專題，以充分展示產(chǎn)業(yè)界在Wi-Fi7領(lǐng)域的探索實(shí)踐，聚力點(diǎn)亮Wi-Fi7的高光時(shí)刻。

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的背景下，通信技術(shù)已成為現(xiàn)代社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)的基石，它不僅服務(wù)于個(gè)人和家庭，還深入到智能制造、智慧能源、智慧城市等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。目前，社會(huì)對(duì)具備高速率、低時(shí)延、大容量和廣覆蓋特性的無線通信技術(shù)的需求日益增長，以Wi-Fi 7和5G-Advanced（以下簡稱“5G-A”）為代表的新一代無線通信技術(shù)正加速融入社會(huì)各領(lǐng)域、各環(huán)節(jié)，賦能經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

Wi-Fi 7作為Wi-Fi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最新的演進(jìn)版本，專注于高性能的局域無線場景，相比Wi-Fi 6在提高傳輸速率、降低傳輸時(shí)延和增加網(wǎng)絡(luò)容量等方面均取得了顯著進(jìn)步。與此同時(shí)，5G-A作為5G網(wǎng)絡(luò)的最新能力演進(jìn)，專注于廣域無線場景，在網(wǎng)絡(luò)智能化、行業(yè)網(wǎng)絡(luò)融合、確定性能力增強(qiáng)、定位和感知能力增強(qiáng)等方面取得了進(jìn)一步發(fā)展，可為用戶提供更智能、更易用、更穩(wěn)定的高速數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

Wi-Fi 7的局域高質(zhì)量連接和高性價(jià)比，與5G-A的廣域覆蓋和移動(dòng)性優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，能夠顯著提升網(wǎng)絡(luò)整體性能、網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋范圍，從而為用戶帶來更高效的通信體驗(yàn)。本文將圍繞共通技術(shù)、無線覆蓋、認(rèn)證安全以及數(shù)據(jù)傳輸四個(gè)核心方向，深入探討Wi-Fi 7和5G-A兩大通信系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展路徑。

01

共通技術(shù)協(xié)同驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)

Wi-Fi 7和5G-A作為復(fù)雜的通信系統(tǒng)，雖然在工作頻段、信道編碼、通信協(xié)議等方面存在較大差異，但兩者在未來演進(jìn)方向上均采用了共通的技術(shù)手段，例如ISAC、SDN、NFV、AI等，以下是對(duì)每項(xiàng)技術(shù)的簡要介紹和分析。

ISAC（Integrated sensing and communication）技術(shù)，即通信感知一體化技術(shù)，目前已在手勢(shì)識(shí)別和車輛識(shí)別等場景中得到應(yīng)用。該技術(shù)結(jié)合通信和感知功能，使設(shè)備能夠在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)。Wi-Fi基于信道狀態(tài)信息（CSI）進(jìn)行無線感知，通過菲涅爾區(qū)等先進(jìn)感知模型，實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別和人體軌跡追蹤等應(yīng)用；基于Wi-Fi的無線感知標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11bf將于2024年正式發(fā)布，預(yù)計(jì)可推動(dòng)Wi-Fi感知能力進(jìn)一步發(fā)展。5G-A系統(tǒng)結(jié)合高頻波束與多天線技術(shù)使能基站實(shí)現(xiàn)“雷達(dá)”功能，可識(shí)別車輛和低空飛行物的位置、速度與方向等。未來Wi-Fi與蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將在優(yōu)先考慮無線通信的基礎(chǔ)上優(yōu)化感知能力，在設(shè)計(jì)階段就面向通信指標(biāo)和感知指標(biāo)的需求，進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。

SDN（Software-defined Networking）技術(shù)和NFV（Network Functions Virtualization）技術(shù)，即軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)，兩大技術(shù)都以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化為目標(biāo)，通過實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備的資源池化，提升網(wǎng)絡(luò)管理和業(yè)務(wù)編排效率。SDN技術(shù)采用集中的網(wǎng)絡(luò)控制器和標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)了更加靈活、穩(wěn)健、快速的網(wǎng)絡(luò)部署與管理能力；NFV技術(shù)則將傳統(tǒng)物理設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)功能封裝成獨(dú)立的模塊化軟件，通過在硬件設(shè)備上運(yùn)行不同的模塊化軟件，在單一硬件設(shè)備上實(shí)現(xiàn)多樣化的網(wǎng)絡(luò)功能。Wi-Fi 7和蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)均使用了SDN和NFV架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能優(yōu)化和資源的高效利用，為用戶提供更加可靠、便捷的無線連接服務(wù)。

AI（Artificial Intelligence）技術(shù)，即人工智能技術(shù)，是當(dāng)下最熱門的技術(shù)之一，利用AI技術(shù)提升無線網(wǎng)絡(luò)性能已成為通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Wi-Fi 7可以利用AI的大數(shù)據(jù)處理和智能決策能力，為網(wǎng)絡(luò)帶來預(yù)測(cè)性維護(hù)和智能優(yōu)化，使網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)負(fù)載和用戶需求實(shí)時(shí)優(yōu)化。5G-A除了將AI能力應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和編排外，還將空口AI技術(shù)應(yīng)用于信道信息反饋、定位、波束管理等。未來，Wi-Fi和蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將與AI進(jìn)一步融合，從而達(dá)到提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行效率和用戶體驗(yàn)的效果。

02

無線覆蓋協(xié)同實(shí)現(xiàn)全域連接

移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)旨在提供廣域覆蓋，適用于大范圍的室外環(huán)境以及移動(dòng)性場景；而Wi-Fi在家庭、企業(yè)等室內(nèi)局域場景下，具備部署成本低、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)。因此，可以將Wi-Fi 7網(wǎng)絡(luò)作為5G-A的補(bǔ)充接入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)“局域+廣域”全覆蓋或局域覆蓋的進(jìn)一步增強(qiáng)，進(jìn)而提升用戶的通信體驗(yàn)。

在辦公樓宇等存在嚴(yán)重遮擋的部分室內(nèi)場景中，5G信號(hào)強(qiáng)度或因穿透損耗嚴(yán)重而無法滿足用戶的通信需求，從而形成室內(nèi)通信“死角”。Wi-Fi 7作為室內(nèi)場景中5G網(wǎng)絡(luò)的有效補(bǔ)充，可實(shí)現(xiàn)低成本的室內(nèi)場景“無死角”覆蓋，為用戶的穩(wěn)定通信提供雙重保障。

在城市邊緣、農(nóng)村等地區(qū)，5G基站建設(shè)相對(duì)受限，網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足成為了一大難點(diǎn)?！癢i-Fi 7+傳統(tǒng)IP承載網(wǎng)絡(luò)”的部署方案可有效解決這些地區(qū)5G覆蓋不足的問題，為該地區(qū)用戶提供廉價(jià)、穩(wěn)定的無線通信服務(wù)。

在機(jī)場、體育館等密集場景中，海量連接和超高吞吐量的用網(wǎng)需求可能超過5G-A的能力峰值，而作為無線局域網(wǎng)的Wi-Fi 7，可以在這些場景中進(jìn)行頻段資源和連接數(shù)量的補(bǔ)充，為密集場景下的海量用戶提供高質(zhì)量通信服務(wù)。

在飛機(jī)、高鐵等移動(dòng)場景中，Wi-Fi無法通過有線寬帶連接到互聯(lián)網(wǎng)，但筆記本電腦等不含5G模組的個(gè)人終端依舊存在聯(lián)網(wǎng)需求。通過CPE(Customer Premises Equipment)等網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備建立無線局域網(wǎng)，將5G信號(hào)轉(zhuǎn)換為Wi-Fi信號(hào)，以此滿足移動(dòng)場景下無5G模組的個(gè)人終端的聯(lián)網(wǎng)需求。

03

認(rèn)證安全協(xié)同提升

Wi-Fi 7認(rèn)證可靠性

盡管Wi-Fi 7在用戶鑒權(quán)認(rèn)證方面取得了重要進(jìn)展，但與5G-A相比，在安全性和可靠性方面仍存在一定差距。5G-A可憑借成熟的認(rèn)證流程和終端側(cè)加密的SIM卡信息，提供更高水平的安全性。因此，5G-A系統(tǒng)可通過專用網(wǎng)元和協(xié)議機(jī)制實(shí)現(xiàn)與Wi-Fi 7系統(tǒng)的安全協(xié)同，在酒店、機(jī)場等網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)較高的公共場所中，進(jìn)一步優(yōu)化Wi-Fi 7用戶的認(rèn)證可靠性，確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全。

5G-A系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與Wi-Fi 7安全協(xié)同最核心的技術(shù)是N3IWF（非3GPP互操作功能網(wǎng)元），專責(zé)處理非3GPP（非蜂窩）網(wǎng)絡(luò)。在非可信接入場景下，例如公共Wi-Fi 7熱點(diǎn)，N3IWF可通過構(gòu)建安全隧道和實(shí)施IPSec等安全協(xié)議，提供接入點(diǎn)并確保數(shù)據(jù)安全傳輸。N3IWF的功能不僅限于簡單的連接管理，還能通過嚴(yán)格的安全策略，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密和認(rèn)證，以防范潛在的威脅和攻擊。此外，N3IWF還支持身份認(rèn)證和授權(quán)流程，只允許經(jīng)過認(rèn)證的用戶接入網(wǎng)絡(luò)，確保了網(wǎng)絡(luò)的整體安全性。

04

數(shù)據(jù)傳輸協(xié)同提升確定性保障

Wi-Fi 7和5G-A在數(shù)據(jù)傳輸方面展現(xiàn)出強(qiáng)大的協(xié)同潛力，特別是在低時(shí)延、高穩(wěn)定性和大帶寬方面的應(yīng)用中，兩者可通過多通道協(xié)同技術(shù)提供具有確定性保障的通信體驗(yàn)。其中，應(yīng)用軟件改造、硬件設(shè)備部署以及5G-A內(nèi)生確定性協(xié)同是確定性多通道協(xié)同的三大關(guān)鍵技術(shù)方向。

軟件應(yīng)用升級(jí)是指將傳統(tǒng)的通信中間件替換成MP-TCP、QUIC等新技術(shù)構(gòu)建的傳輸通道，通過端側(cè)的軟件升級(jí)實(shí)現(xiàn)Wi-Fi 7和5G-A的數(shù)據(jù)協(xié)同傳輸。IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）提出的MP-TCP和QUIC技術(shù)，可通過在不同通信系統(tǒng)間建立多條傳輸通道，增強(qiáng)鏈路的冗余性和協(xié)同能力，為用戶提供更高的上下行速率、降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延、減少抖動(dòng)和丟包率，從而提高網(wǎng)絡(luò)對(duì)大帶寬、低時(shí)延和高可靠性業(yè)務(wù)的支持能力。

硬件設(shè)備升級(jí)是指將傳統(tǒng)的無線網(wǎng)關(guān)和CPE，替換成支持多網(wǎng)絡(luò)制式接入的新型多功能接入網(wǎng)關(guān)。在方案中，多功能接入網(wǎng)關(guān)作為一種實(shí)用的硬件解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作。它通過內(nèi)部的多發(fā)選收和流量分流匯聚功能，在移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi之間協(xié)調(diào)傳輸用戶數(shù)據(jù)，且無需修改應(yīng)用軟件即可實(shí)現(xiàn)Wi-Fi 7網(wǎng)絡(luò)與5G-A網(wǎng)絡(luò)的有效協(xié)作。簡而言之，通過引入多功能接入網(wǎng)關(guān)，運(yùn)營商能夠更靈活地整合不同網(wǎng)絡(luò)，提供傳輸更可靠、帶寬更充足的通信連接，以滿足行業(yè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)苛要求。

5G-A內(nèi)生確定性協(xié)同是5G-A系統(tǒng)的內(nèi)生能力之一。不同于傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的封閉架構(gòu)，5G-A設(shè)計(jì)了ATSSS（Access Traffic Steering, Switching and Splitting）功能，規(guī)定了外部數(shù)據(jù)協(xié)同接入及轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。在方案中，5G-A系統(tǒng)可基于內(nèi)生的ATSSS功能有效管理和整合通過Wi-Fi 7接入的流量，這種能力包括流量控制、流量切換以及流量分割，能夠在蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi之間無縫切換和分配流量，為用戶提供更順暢和高效的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

05

結(jié)語

在不遠(yuǎn)的將來，Wi-Fi 7和5G-A網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同發(fā)展將為生產(chǎn)生活帶來更多便利。例如，在工業(yè)核心生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)，通過Wi-Fi與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同傳輸，可顯著提高傳輸性能，確保無線工控業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行；在5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋“死角”，可通過Wi-Fi 7的“補(bǔ)盲”部署，提供高效且經(jīng)濟(jì)的無線通信服務(wù)；在酒店、餐廳、機(jī)場等區(qū)域，企業(yè)可以借助蜂窩網(wǎng)絡(luò)的管理架構(gòu)和SIM卡信息，實(shí)現(xiàn)區(qū)域Wi-Fi對(duì)用戶的高效認(rèn)證，這不僅降低了用戶認(rèn)證流程的復(fù)雜度，還顯著提升了認(rèn)證的安全性。同時(shí)，隨著共通技術(shù)的不斷演進(jìn)，Wi-Fi 7和5G-A的技術(shù)方案之間將相互補(bǔ)充完善。未來，產(chǎn)業(yè)各方應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)交流，推動(dòng)技術(shù)融合發(fā)展，拓展豐富的應(yīng)用場景，提升用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。