Проект OpenWifi с внедряване на отворен Wi-Fi чип, базиран на FPGA и SDR

На последната конференция FOSDEM 2020 г представени проект openwifi, разработвайки първото отворено внедряване на пълния Wi-Fi 802.11a/g/n стек, формата на сигнала и модулацията в който се определят в софтуера (SDR, софтуерно дефинирано радио). OpenWifi ви позволява да създадете напълно контролирана реализация на всички компоненти на безжично устройство, включително слоеве на ниско ниво, които в конвенционалните безжични адаптери се изпълняват на ниво чипове, които не подлежат на одит. Код софтуерни компонентиИ диаграми и описания хардуерните блокове на езика Verilog за FPGA се разпространяват под лиценза AGPLv3.

Хардуерният компонент на демонстрирания работещ прототип е базиран на Xilinx Zynq FPGA и универсалния трансивър (RF) AD9361. OpenWifi използва архитектурата SoftMAC, което предполага внедряването на основния 802.11 безжичен стек (висок MAC) от страната на драйвера и наличието на слой с нисък MAC от страната на FPGA. Безжичният стек използва подсистемата mac80211, предоставена от ядрото на Linux. Взаимодействието със SDR се осъществява чрез специален драйвер.

Основни возможности:

• Пълна поддръжка за 802.11a/g и частична поддръжка за 802.11n MCS 0~7 (PHY rx само за сега). Има планове за поддръжка на 802.11ax;
• Честотна лента 20MHz и честотен диапазон от 70 MHz до 6 GHz;
• Режими на работа: ad hoc (мрежа от клиентски устройства), точка за достъп, станция и мониторинг;
• Внедряване на протокола на ниво връзка от страна на FPGA DCF (функция за разпределена координация), използвайки метода CSMA/CA. Осигурява време за обработка на рамката (SIFS) на ниво 10us;
• Конфигурируеми параметри за приоритет на достъп до канала: RTS/CTS продължителност, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, време на слот и др.
• Разрязване на времето (Нарязване на времето) въз основа на MAC адрес;
• Лесно променяща се честотна лента и честота:
  2MHz за 802.11ah и 10MHz за 802.11p;

В момента OpenWifi предоставя подкрепа FPGA базирани SDR платформи
Xilinx ZC706 с аналогови устройства FMCOMMS2/3/4 трансивъри, както и пакети (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB и ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC. Оформен за товарене готово изображение ARM Linux базирани SD карти. Има планове за поддръжка на ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 и
Xilinx ZCU102 + ADRV9371. Цената на компонентите, включени в първия прототип на OpenWifi, беше около 1300 евро, но пренасянето към по-евтини платки е в ход. Например цената на решение, базирано на Analog Devices ADRV9364-Z7020 ще бъде 700 евро, а на осн ZYNQ NH7020 - 400 евро.

Тестването на производителността на свързване на клиент с TL-WDN4200 N900 USB адаптер към базирана на OpenWifi точка за достъп ни позволи да постигнем пропускателна способност от 30.6Mbps (TCP) и 38.8Mbps (UDP) при прехвърляне на данни от точката за достъп към клиента и 17.0Mbps (TCP) и 21.5Mbps (UDP) при предаване от клиента към точката за достъп. За управление могат да се използват стандартни помощни програми на Linux, като ifconfig и iwconfig, както и специализирана помощна програма sdrctl, която работи чрез netlink и ви позволява да контролирате работата на SDR на ниско ниво (манипулиране на регистри, промяна на настройките на времеви отрязъци, и т.н.).

Сред другите отворени проекти, експериментиращи с Wi-Fi стека, можем да отбележим проекта WimeРазработване на IEEE 802.11 a/g/p съвместимост предавател базиран на GNU Radio и обикновен компютър. Софтуерните отворени 802.11 безжични стекове също разработват проекти Зирия и Сора (Microsoft Research Software Radio).

Източник: opennet.ru