OpenWifi projekt FPGA ja SDR-põhise avatud Wi-Fi kiibi rakendamisega

FOSDEM 2020 konverentsil esitati projekt OpenWifi, mis arendab esimest avatud rakendust täiuslikust Wi-Fi 802.11a/g/n tehnoloogiast, mille signaalivorm ja modulaator on määratletud tarkvara kaudu (SDR, Software Defined Radio). OpenWifi võimaldab luua täielikult kontrollitava teostuse kõikidest traadita seadme komponentidest, sealhulgas madala taseme kihtidest, mis traditsioonilistes traadita adapterites on realiseeritud auditeerimiskohustuslike kiipide tasemel. Kood tarkvarakomponentide, samuti skeemid ja kirjeldused riistvarablokkide kohta Verilog keeles FPGA-d jaotatakse AGPLv3 litsentsi alusel.

Demonstrandi tööprototüübi riistvara põhineb Xilinx Zynq FPGA-l ja universaalsel saatja-vastuvõtjal (RF) AD9361. OpenWifi kasutab SoftMAC arhitektuuri, mis tähendab Wi-Fi 802.11 (high-MAC) kesksete funktsioonide realiseerimist draiveri poolel ja madala taseme MAC kihti FPGA poolel. Traadita pinu jaoks kasutatakse Linuxi tuuma poolt pakutavat mac80211 alamsüsteemi. SDR-iga suhtlemiseks kasutatakse spetsiaalset draiverit.

Põhifunktsioonid:

• Täielik tugi 802.11a/g ja osaline tugi 802.11n MCS 0~7 (hetkel ainult PHY rx). Plaanis on toetada 802.11ax;
• Laius 20MHz ja sagedusvahemik 70 MHz kuni 6 GHz;
• Töörežiimid: Ad-hoc (klientseadmete võrk), juurdepääsupunkt, jaama ja jälgimisega;
• Protokolli realiseerimine FPGA poolel kanali tasandil DCF (Distributed Coordination Function), mis kasutab CSMA/CA meetodit. Raami töötlemise aeg tagatakse (SIFS) tasemel 10us;
• Konfigureeritavad parameetrid kanali ligipääsu prioriteedi osas: RTS/CTS kestus, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, slot-aeg jne.
• Aja kvantimine (Time slicing) MAC-aadressi alusel;
• Lihtsalt muudetav ribalaius ja sagedus:
  2MHz 802.11ah jaoks ja 10MHz 802.11p jaoks;

Praegu pakub OpenWifi toetamine SDR-platforme FPGA-l
Xilinx ZC706, milles on vastuvõtjad Analog Devices FMCOMMS2/3/4, samuti koosolekud (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB ja ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC. Laadimiseks on loodud valmis pilt ARM Linux'i SD-kaardile. Plaanis on toetada koosolekuid ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 ja
Xilinx ZCU102 + ADRV9371. Esimese OpenWifi prototüübi komponentide maksumus oli umbes 1300 eurot, kuid tehakse portimist odavamatele plaatidele. Näiteks lahenduse hind, mis põhineb Analog Devices ADRV9364-Z7020 on 700 eurot, ja sellel, mis põhineb ZYNQ NH7020 - 400 eurot.

Kliendiühenduse jõudluse testimine USB-adapteriga TL-WDN4200 N900 OpenWifi põhise punktiga tõi kaasa andmeedastuskiirusena 30,6 Mbps (TCP) ja 38,8 Mbps (UDP) andmete edastamisel punktist kliendile ning 17,0 Mbps (TCP) ja 21,5 Mbps (UDP) kliendilt punktile. Halduseks võivad kasutada tavalisi Linuxi utiliite, nagu ifconfig ja iwconfig, samuti spetsialiseeritud utiliiti sdrctl, mis töötab netlinkiga ja võimaldab SDR-i madalal tasemel juhtimist (registeride manipuleerimine, aja kvantimise seade erinevuste muutmine jne).

Teistest avatud projektidest, mis katsetavad Wi-Fi steki, võib märkida projekti Wime, mis arendab IEEE 802.11 a/g/p edastit GNU Radio ja tavalise PC alusel. Avatud tarkvara 802.11 traadita steke arendavad ka projektid Ziria ja Sora (Microsoft Research Software Radio).

Allikas: opennet.ru