Das OpenWifi-Projekt implementiert einen offenen Wi-Fi-Chip basierend auf FPGA und SDR.

Auf der vergangenen FOSDEM 2020-Konferenz wurde vorgestellt Projekt OpenWifi, das die erste Open-Source-Implementierung des vollständigen Wi-Fi 802.11a/g/n-Stacks entwickelt, wobei die Signalform und Modulation softwareseitig (SDR, Software Defined Radio) definiert wird. OpenWifi ermöglicht die Erstellung einer vollständig kontrollierbaren Implementierung aller Komponenten eines drahtlosen Geräts, einschließlich der niedrigen Ebenen, die in herkömmlichen drahtlosen Adaptern auf Chips realisiert werden, die nicht auditiert werden können. Der Code der Softwarekomponenten, sowie Schemata und Beschreibungen von Hardwareblöcken in Verilog für FPGA werden unter der Lizenz AGPLv3 veröffentlicht.

Die Hardware des demonstrierten funktionierenden Prototyps basiert auf dem FPGA Xilinx Zynq und dem universellen Sender/Empfänger (RF) AD9361. In OpenWifi wird die SoftMAC-Architektur verwendet, die die Implementierung des Haupt-Drahtlosstapels 802.11 (high-MAC) auf der Treiberseite und eine low-MAC-Schicht auf der FPGA-Seite umfasst. Als drahtloser Stapel wird das mac80211-Subsystem des Linux-Kernels verwendet. Die Interaktion mit dem SDR erfolgt über einen speziellen Treiber.

Hauptfunktionen:

• Vollständige Unterstützung für 802.11a/g und teilweise Unterstützung für 802.11n MCS 0~7 (derzeit nur PHY rx). Geplant ist die Unterstützung von 802.11ax;
• Bandbreite von 20 MHz und Frequenzbereich von 70 MHz bis 6 GHz;
• Betriebsmodi: Ad-hoc (Netzwerk aus Client-Geräten), Zugangspunkt, Station und Monitoring;
• Implementierung des Protokolls auf Kanalebene auf FPGA-Seite DCF (Distributed Coordination Function), verwendet die CSMA/CA-Methode. Die Frame-Verarbeitungszeit wird gewährleistet (SIFS) auf Ebene von 10 us;
• Konfigurierbare Zugriffsprioritäten: Dauer von RTS/CTS, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, Slot-Zeit usw.;
• Zeitquantisierung (Time Slicing) basierend auf MAC-Adresse;
• Leicht anpassbare Bandbreite und Frequenz:
  2 MHz für 802.11ah und 10 MHz für 802.11p;

Derzeit bieten OpenWifi поддержка SDR-Plattformen basierend auf FPGA
Xilinx ZC706 mit Analog Devices FMCOMMS2/3/4-Transceivern sowie den Kombinationen (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB und ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC an. Für das Hochladen wurde ein fertiges Image für SD-Karten auf ARM Linux-Basis erstellt. Zukünftige Pläne umfassen die Unterstützung der Kombinationen ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 und
Xilinx ZCU102 + ADRV9371. Die Kosten der Komponenten, die im ersten Prototyp von OpenWifi verwendet wurden, lagen bei etwa 1300 Euro, aber es wird an einer Portierung auf kostengünstigere Boards gearbeitet. Zum Beispiel werden die Kosten für eine Lösung auf Basis von Analog Devices ADRV9364-Z7020 bei 700 Euro liegen, und auf Basis von ZYNQ NH7020 werden es 400 Euro sein.

Die Leistungstests der Verbindung eines Clients mit dem USB-Adapter TL-WDN4200 N900 zu einem Zugangspunkt auf Basis von OpenWifi erzielten eine Geschwindigkeit von 30.6 Mbps (TCP) und 38.8 Mbps (UDP) beim Datenverkehr vom Zugangspunkt zum Client und 17.0 Mbps (TCP) sowie 21.5 Mbps (UDP) beim Datenverkehr vom Client zum Zugangspunkt. Zur Verwaltung können Standard-Linux-Tools wie ifconfig und iwconfig sowie das spezialisierte Tool sdrctl verwendet werden, das über netlink arbeitet und eine tiefgreifende Verwaltung von SDR-Funktionen (Manipulation von Registern, Änderung der Zeitquantisierungseinstellungen usw.) ermöglicht.

Unter den anderen offenen Projekten, die mit dem Wi-Fi-Stack experimentieren, ist das Projekt Wime, das einen mit IEEE 802.11 a/g/p kompatiblen Sender auf Basis von GNU Radio und einem Standard-PC entwickelt. Auch die Software-Open-Source-Wireless-Stacks 802.11 fördern Projekte wie Ziria und und (Microsoft Research Software Radio).

Quelle: opennet.ru