Il progetto OpenWifi con implementazione di un chip Wi-Fi open-source basato su FPGA e SDR

Alla conferenza FOSDEM 2020 presentato progetto OpenWifi, che sviluppa la prima implementazione open source dell'intero stack Wi-Fi 802.11a/g/n, la forma del segnale e la modulazione delle quali sono definite tramite software (SDR, Software Defined Radio). OpenWifi consente di creare un'implementazione completamente controllabile di tutti i componenti di un dispositivo wireless, compresi i livelli di basso livello, solitamente implementati in adattatori wireless con chip non verificabili. Il codice dei componenti software, così come schemi e descrizioni di moduli hardware in linguaggio Verilog per FPGA sono distribuiti sotto licenza AGPLv3.

La componente hardware del prototipo funzionante dimostrato si basa su FPGA Xilinx Zynq e su un trasmettitore-ricevitore universale (RF) AD9361. In OpenWifi viene utilizzata un'architettura SoftMAC, che prevede l'implementazione dello stack wireless 802.11 (high-MAC) dal lato del driver e la presenza di un livello low-MAC dal lato FPGA. Come stack wireless viene utilizzato il sottosistema mac80211 fornito dal kernel Linux. L'interazione con l'SDR avviene tramite un driver specifico.

Funzionalità principali:

• Supporto completo per 802.11a/g e supporto parziale per 802.11n MCS 0~7 (attualmente solo PHY rx). È prevista la supporto per 802.11ax;
• Larghezza di banda 20MHz e gamma di frequenze da 70 MHz a 6 GHz;
• Modalità operative: Ad-hoc (rete di dispositivi client), punto di accesso, stazione e monitoraggio;
• Implementazione su FPGA del protocollo a livello di collegamento DCF (Distributed Coordination Function), utilizzando il metodo CSMA/CA. Viene garantito un tempo di elaborazione del frame (SIFS) a livello di 10us;
• Parametri configurabili per la priorità di accesso al canale: durata RTS/CTS, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, slot-time, ecc.
• Quantizzazione del tempo (Time slicing) basata su indirizzo MAC;
• Larghezza di banda e frequenza facilmente modificabili:
  2MHz per 802.11ah e 10MHz per 802.11p;

Attualmente, OpenWifi supporta supporto piattaforme SDR basate su FPGA
Xilinx ZC706 con ricevitori Analog Devices FMCOMMS2/3/4, nonché combinazioni (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB e ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC. È stato creato un immagine pronta per schede SD basate su ARM Linux. È prevista la supporto per combinazioni ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx Zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 e
Xilinx ZCU102 + ADRV9371. Il costo dei componenti utilizzati nel primo prototipo di OpenWifi è stato di circa 1300 euro, ma si sta portando avanti la migrazione su schede più economiche. Ad esempio, il costo della soluzione basata su Analog Devices ADRV9364-Z7020 sarà di 700 euro, mentre su ZYNQ NH7020 sarà di 400 euro.

Il test delle prestazioni della connessione client tramite l'adattatore USB TL-WDN4200 N900 al punto di accesso basato su OpenWifi ha permesso di raggiungere una larghezza di banda di 30.6Mbps (TCP) e 38.8Mbps (UDP) durante il trasferimento di dati dal punto di accesso al client e 17.0Mbps (TCP) e 21.5Mbps (UDP) durante il trasferimento dal client al punto di accesso. Per la gestione possono essere utilizzati strumenti standard di Linux, come ifconfig e iwconfig, oltre a un'utility specializzata chiamata sdrctl, che opera tramite netlink e consente di gestire il funzionamento dell'SDR a basso livello (manipolando registri, modificando impostazioni di quantizzazione del tempo, ecc.).

Tra gli altri progetti open source che sperimentano con lo stack Wi-Fi, si può citare il progetto Wime, che sviluppa un trasmettitore compatibile con IEEE 802.11 a/g/p basato su GNU Radio e un comune PC. Gli stack wireless open source 802.11 stanno anche sviluppando progetti Ziria Sora e (Microsoft Research Software Radio). (Microsoft Research Software Radio).

Fonte: opennet.ru