Projekt OpenWifi s implementací otevřeného Wi-Fi čipu založeného na FPGA a SDR

Na nedávné konferenci FOSDEM 2020 byl představen projekt OpenWifi, vyvíjející první otevřenou implementaci kompletního Wi-Fi 802.11a/g/n, jejíž forma signálu a modulace je určena softwarem (SDR, Software Defined Radio). OpenWifi umožňuje vytvořit plně kontrolovanou implementaci všech komponent bezdrátového zařízení, včetně nízkých vrstev, které jsou u běžných bezdrátových adaptérů implementovány na úrovni čipů, které nelze auditovat. Kód programových komponentů, a také schémata a popisy hardwarových bloků ve Verilogu pro FPGA se šíří pod licencí AGPLv3.

Hardwarová část předvedeného pracovního prototypu je založena na FPGA Xilinx Zynq a univerzálním přijímači (RF) AD9361. OpenWifi používá architekturu SoftMAC, která implikuje realizaci hlavního bezdrátového zásobníku 802.11 (high-MAC) na straně ovladače a existenci low-MAC vrstvy na straně FPGA. Jako bezdrátový zásobník slouží subsystém mac80211, který poskytuje jádro Linux. Interakce se SDR se provádí prostřednictvím speciálního ovladače.

Hlavní funkce:

• Plná podpora 802.11a/g a částečná podpora 802.11n MCS 0~7 (zatím pouze PHY rx). V plánu je podpora 802.11ax;
• Šířka pásma 20MHz a frekvenční rozsah od 70 MHz do 6 GHz;
• Režimy práce: Ad-hoc (síť z klientských zařízení), přístupový bod, stanice a monitorování;
• Implementace protokolu na straně FPGA DCF (Distributed Coordination Function), používající metodu CSMA/CA. Zajišťuje se doba zpracování rámce (SIFS) na úrovni 10us;
• Nastavitelné parametry prioritní úrovně přístupu k kanálu: doba RTS/CTS, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, slot-time atd.
• Kvantační čas (Time slicing) na základě MAC adresy;
• Snadno měnitelná šířka pásma a frekvence:
  2MHz pro 802.11ah a 10MHz pro 802.11p;

V současnosti OpenWifi zajišťuje podpora SDR platformy na bázi FPGA
Xilinx ZC706 s přijímači Analog Devices FMCOMMS2/3/4, a také svazky (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB a ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC. Pro nahrání bylo vytvořeno hotový obraz SD karty na bázi ARM Linux. V plánu je podpora svazků ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 a
Xilinx ZCU102 + ADRV9371. Cena komponentů použitých v prvním prototypu OpenWifi byla přibližně 1300 euro, ale probíhá portování na levnější desky. Například cena řešení založeného na Analog Devices ADRV9364-Z7020 bude 700 euro, a na základě ZYNQ NH7020 — 400 euro.

Testování výkonu připojení klienta s USB adaptérem TL-WDN4200 N900 k přístupovému bodu založenému na OpenWifi umožnilo dosáhnout propustnosti 30,6 Mbps (TCP) a 38,8 Mbps (UDP) při přenosu dat od přístupového bodu ke klientovi a 17,0 Mbps (TCP) a 21,5 Mbps (UDP) při přenosu od klienta k přístupovému bodu. Pro správu mohou být použity standardní utility Linux, jako jsou ifconfig a iwconfig, a také specializovaná utilita sdrctl, která pracuje přes netlink a umožňuje spravovat práci SDR na nízké úrovni (manipulovat registry, měnit nastavení kvantování času atd.).

Mezi dalšími otevřenými projekty, které experimentují se Wi-Fi stackem, můžeme zmínit projekt Wime, vyvíjející kompatibilní s IEEE 802.11 a/g/p přijímač na bázi GNU Radio a běžného PC. Otevřené softwareové bezdrátové stacky 802.11 také vyvíjejí projekty Ziria a Sora (Microsoft Research Software Radio).

Zdroj: opennet.ru