Έργο OpenWifi με την υλοποίηση ενός ανοιχτού τσιπ Wi-Fi που βασίζεται σε FPGA και SDR

Στο τελευταίο συνέδριο FOSDEM 2020 παρουσιάζονται σχέδιο openwifi, αναπτύσσοντας την πρώτη ανοιχτή υλοποίηση της πλήρους στοίβας Wi-Fi 802.11a/g/n, το σχήμα και η διαμόρφωση του σήματος στην οποία καθορίζονται στο λογισμικό (SDR, Software Defined Radio). Το OpenWifi σάς επιτρέπει να δημιουργήσετε μια πλήρως ελεγχόμενη υλοποίηση όλων των στοιχείων μιας ασύρματης συσκευής, συμπεριλαμβανομένων των επιπέδων χαμηλού επιπέδου, τα οποία στους συμβατικούς ασύρματους προσαρμογείς υλοποιούνται στο επίπεδο των τσιπ που δεν μπορούν να ελεγχθούν. Κώδικας στοιχεία λογισμικούΚαι διαγράμματα και περιγραφές Τα μπλοκ υλικού στη γλώσσα Verilog για FPGA διανέμονται με την άδεια AGPLv3.

Το στοιχείο υλικού του αποδεδειγμένου λειτουργικού πρωτοτύπου βασίζεται στο Xilinx Zynq FPGA και στον καθολικό πομποδέκτη AD9361 (RF). Το OpenWifi χρησιμοποιεί την αρχιτεκτονική SoftMAC, η οποία συνεπάγεται την υλοποίηση της κύριας ασύρματης στοίβας 802.11 (high-MAC) στην πλευρά του προγράμματος οδήγησης και την παρουσία ενός επιπέδου χαμηλού MAC στην πλευρά του FPGA. Η ασύρματη στοίβα χρησιμοποιεί το υποσύστημα mac80211 που παρέχεται από τον πυρήνα του Linux. Η αλληλεπίδραση με το SDR πραγματοποιείται μέσω ειδικού προγράμματος οδήγησης.

Βασικά χαρακτηριστικά:

• Πλήρης υποστήριξη για 802.11a/g και μερική υποστήριξη για 802.11n MCS 0~7 (μόνο PHY rx προς το παρόν). Υπάρχουν σχέδια για υποστήριξη 802.11ax.
• Εύρος ζώνης 20 MHz και εύρος συχνοτήτων από 70 MHz έως 6 GHz.
• Τρόποι λειτουργίας: Ad hoc (δίκτυο συσκευών πελάτη), σημείο πρόσβασης, σταθμός και παρακολούθηση.
• Υλοποίηση του πρωτοκόλλου επιπέδου σύνδεσης στην πλευρά FPGA DCF (Συνάρτηση Κατανεμημένου Συντονισμού), χρησιμοποιώντας τη μέθοδο CSMA/CA. Παρέχει χρόνο επεξεργασίας πλαισίου (SIFS) στο επίπεδο 10us.
• Παραμετροποιήσιμες παράμετροι προτεραιότητας πρόσβασης καναλιού: διάρκεια RTS/CTS, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, slot-time, κ.λπ.
• Τεμαχισμός χρόνου (Τεμαχισμός χρόνου) με βάση τη διεύθυνση MAC.
• Εύκολα μεταβαλλόμενο εύρος ζώνης και συχνότητα:
  2MHz για 802.11ah και 10MHz για 802.11p.

Επί του παρόντος, το OpenWifi παρέχει υποστήριξη Πλατφόρμες SDR που βασίζονται σε FPGA
Xilinx ZC706 με αναλογικές συσκευές FMCOMMS2/3/4 πομποδέκτες, καθώς και πακέτα (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB και ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC. Σχηματίζεται για φόρτωση τελειωμένη εικόνα Κάρτες SD με βάση το ARM Linux. Υπάρχουν σχέδια για υποστήριξη ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 και
Xilinx ZCU102 + ADRV9371. Το κόστος των εξαρτημάτων που εμπλέκονται στο πρώτο πρωτότυπο OpenWifi ήταν περίπου 1300 ευρώ, αλλά η μεταφορά σε φθηνότερες πλακέτες βρίσκεται σε εξέλιξη. Για παράδειγμα, το κόστος μιας λύσης με βάση Αναλογικές Συσκευές ADRV9364-Z7020 θα είναι 700 ευρώ, και με βάση ZYNQ NH7020 - 400 ευρώ.

Η δοκιμή της απόδοσης της σύνδεσης ενός πελάτη με έναν προσαρμογέα USB TL-WDN4200 N900 σε ένα σημείο πρόσβασης που βασίζεται στο OpenWifi, μας επέτρεψε να επιτύχουμε απόδοση 30.6 Mbps (TCP) και 38.8 Mbps (UDP) κατά τη μεταφορά δεδομένων από το σημείο πρόσβασης στον πελάτη και 17.0 Mbps (TCP) και 21.5 Mbps (UDP) όταν μεταδίδονται από τον πελάτη στο σημείο πρόσβασης. Για τη διαχείριση, μπορούν να χρησιμοποιηθούν τυπικά βοηθητικά προγράμματα Linux, όπως ifconfig και iwconfig, καθώς και ένα εξειδικευμένο βοηθητικό πρόγραμμα sdrctl, το οποίο λειτουργεί μέσω netlink και σας επιτρέπει να ελέγχετε τη λειτουργία του SDR σε χαμηλό επίπεδο (χειρισμός καταχωρητών, αλλαγή ρυθμίσεων τμημάτων χρόνου, και τα λοιπά.).

Μεταξύ άλλων ανοιχτών έργων που πειραματίζονται με τη στοίβα Wi-Fi, μπορούμε να σημειώσουμε το έργο WimeΑνάπτυξη συμβατό με το IEEE 802.11 a/g/p πομπός με βάση το GNU Radio και έναν κανονικό υπολογιστή. Οι ανοιχτές ασύρματες στοίβες λογισμικού 802.11 αναπτύσσουν επίσης έργα Ζήρεια и Sora (Microsoft Research Software Radio).

Πηγή: opennet.ru