Das OpenWifi-Projekt entwickelt einen offenen Wi-Fi-Chip auf Basis von FPGA und SDR

Auf der vergangenen FOSDEM 2020-Konferenz vorgestellt Projekt OpenWifi, das erste vollständige und offene Wi-Fi 802.11a/g/n-Stack realisiert, dessen Signalform und Modulation softwaredefiniert (SDR, Software Defined Radio) sind. OpenWifi ermöglicht die Erstellung einer vollständig kontrollierbaren Implementierung aller Komponenten des drahtlosen Geräts, einschließlich der unteren Schichten, die in herkömmlichen Wireless-Adaptern auf einer Ebene realisiert werden, die nicht auditiert werden kann. Der Code der Softwarekomponenten, sowie Schemas (Verilog) von FPGA-basierten Hardwareblöcken werden unter der AGPLv3-Lizenz verbreitet.

Die Hardwarekomponente des vorgestellten 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 grundlegenden drahtlosen 802.11-Stacks (high-MAC) auf der Treiber-Seite und die Verfügbarkeit einer low-MAC-Schicht auf der FPGA-Seite umfasst. Als drahtloser Stack wird die vom Linux-Kernel bereitgestellte mac80211-Subsystem verwendet. Die Interaktion mit 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 20MHz und Frequenzbereich von 70 MHz bis 6 GHz;
• Betriebsmodi: Ad-hoc (Netzwerk von Client-Geräten), Zugangspunkt, Station und Überwachung;
• Die Implementierung des Kommunikationsprotokolls auf der FPGA-Seite DCF (Distributed Coordination Function), das das CSMA/CA-Verfahren verwendet. Es wird eine Verarbeitungsgeschwindigkeit vonSIFS) auf der Ebene von 10us sichergestellt;
• Konfigurierbare Zugriffsprioritätsparameter: RTS/CTS-Dauer, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, Slot-Zeit usw.
• Zeitquantisierung (Time slicing) basierend auf MAC-Adressen;
• Leicht veränderbare Bandbreite und Frequenz:
  2MHz für 802.11ah und 10MHz für 802.11p;

Derzeit wird in OpenWifi sichergestellt, dass Support SDR-Plattformen auf Basis von FPGA
Xilinx ZC706 mit Analog Devices FMCOMMS2/3/4-Payloads sowie Kombinationen (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB und ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC. Zum Laden wurde ein bereites Image für SD-Karten auf Basis von ARM Linux erstellt. Geplant ist die Unterstützung von Kombinationen ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 und
Xilinx ZCU102 + ADRV9371.

Die Leistungstest des Client-Anschlusses mit dem USB-Adapter TL-WDN4200 N900 an einen Access Point auf Basis von Openwifi ergaben eine Durchsatzrate von 30,6 Mbps (TCP) und 38,8 Mbps (UDP) bei der Datenübertragung vom Access Point zum Client und 17,0 Mbps (TCP) und 21,5 Mbps (UDP) bei der Übertragung vom Client zum Access Point. Zur Verwaltung können die standardmäßigen Linux-Utilities wie ifconfig und iwconfig verwendet werden, sowie das spezialisierte Tool sdrctl, das über netlink arbeitet und eine Steuerung der SDR-Funktionalität auf niedriger Ebene ermöglicht (zum Beispiel Registrierungen manipulieren, Zeiteinstellungen ändern usw.).

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

Quelle: opennet.ru