פרויקט OpenWifi עם הטמעת שבב Wi-Fi פתוח המבוסס על FPGA ו-SDR

בכנס FOSDEM 2020 האחרון הציג פרויקט openwifi, פיתוח היישום הפתוח הראשון של ערימת ה-Wi-Fi 802.11a/g/n המלאה, שצורת האות והאפנון שבו מצוינים בתוכנה (SDR, Software Defined Radio). OpenWifi מאפשרת ליצור מימוש מבוקר מלא של כל רכיבי התקן אלחוטי, כולל שכבות ברמה נמוכה, אשר במתאמים אלחוטיים קונבנציונליים מיושמים ברמת שבבים שאינם ניתנים לביקורת. קוד רכיבי תוכנהו - דיאגרמות ותיאורים בלוקי חומרה בשפת Verilog עבור FPGA מופצים תחת רישיון AGPLv3.

רכיב החומרה של אב הטיפוס הפועל שהודגם מבוסס על Xilinx Zynq FPGA ועל מקלט המשדר האוניברסלי AD9361 (RF). OpenWifi משתמש בארכיטקטורת SoftMAC, אשר מרמזת על הטמעת המחסנית האלחוטית הראשית של 802.11 (High-MAC) בצד הדרייבר ונוכחות של שכבת MAC נמוכה בצד FPGA. המחסנית האלחוטית משתמשת בתת-מערכת mac80211 המסופקת על ידי ליבת לינוקס. אינטראקציה עם SDR מתבצעת באמצעות נהג מיוחד.

תכונות עיקריות:

• תמיכה מלאה עבור 802.11a/g ותמיכה חלקית עבור 802.11n MCS 0~7 (PHY rx רק לעת עתה). יש תוכניות לתמוך ב-802.11ax;
• רוחב פס 20 מגה-הרץ וטווח תדרים מ-70 מגה-הרץ ל-6 גיגה-הרץ;
• מצבי הפעלה: אד הוק (רשת של התקני לקוח), נקודת גישה, תחנה וניטור;
• הטמעת פרוטוקול שכבת הקישור בצד FPGA DCF (Function Coordination Distributed), בשיטת CSMA/CA. מספק זמן עיבוד מסגרת (SIFS) ברמה 10us;
• פרמטרי עדיפות גישה לערוצים הניתנים להגדרה: משך RTS/CTS, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, משך משבצת וכו'.
• חיתוך זמן (חיתוך זמן) מבוסס על כתובת MAC;
• רוחב פס ותדר שניתן לשנות בקלות:
  2MHz עבור 802.11ah ו-10MHz עבור 802.11p;

נכון לעכשיו, OpenWifi מספק לתמוך פלטפורמות SDR מבוססות FPGA
Xilinx ZC706 עם מכשירים אנלוגיים FMCOMMS2/3/4 משדרים, כמו גם חבילות (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB ו-ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC. נוצר לטעינה תמונה מוגמרת כרטיסי SD מבוססי ARM Linux. יש תוכניות לתמוך ב-ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 ו
Xilinx ZCU102 + ADRV9371. עלות הרכיבים המעורבים באב הטיפוס הראשון של OpenWifi הייתה כ-1300 יורו, אך המעבר ללוחות זולים יותר מתבצע. לדוגמה, עלות פתרון המבוסס על התקנים אנלוגיים ADRV9364-Z7020 יהיה 700 יורו, ועל בסיס ZYNQ NH7020 - 400 יורו.

בדיקת הביצועים של חיבור לקוח עם מתאם USB TL-WDN4200 N900 לנקודת גישה מבוססת OpenWifi אפשרה לנו להשיג תפוקה של 30.6Mbps (TCP) ו-38.8Mbps (UDP) בעת העברת נתונים מנקודת הגישה ללקוח. 17.0Mbps (TCP) ו-21.5Mbps (UDP) כאשר משודרים מהלקוח לנקודת הגישה. לניהול, ניתן להשתמש בכלי עזר סטנדרטיים של לינוקס, כגון ifconfig ו- iwconfig, וכן כלי עזר מיוחד sdrctl, שפועל באמצעות netlink ומאפשר לך לשלוט בפעולת SDR ברמה נמוכה (מניפולציה של אוגרים, שינוי הגדרות פרוסת זמן, וכו.).

בין שאר הפרויקטים הפתוחים המתנסים בערימת ה-Wi-Fi, אנו יכולים לציין את הפרויקט Wimeפיתוח תואם IEEE 802.11 a/g/p משדר מבוסס על רדיו GNU ומחשב רגיל. ערימות אלחוטיות של תוכנות פתוחות 802.11 מפתחות גם פרויקטים זיריה и סורה (Microsoft Research Software Radio).

מקור: OpenNet.ru