FPGA 및 SDR 기반 개방형 Wi-Fi 칩을 구현한 OpenWifi 프로젝트

지난 FOSDEM 2020 컨퍼런스에서 제시된 계획 오픈와이파이, 신호 형태와 변조가 소프트웨어(SDR, 소프트웨어 정의 라디오)에 지정되는 전체 Wi-Fi 802.11a/g/n 스택의 최초 개방형 구현을 개발했습니다. OpenWifi를 사용하면 기존 무선 어댑터에서 감사할 수 없는 칩 수준에서 구현되는 하위 수준 계층을 포함하여 무선 장치의 모든 구성 요소에 대해 완전히 제어되는 구현을 생성할 수 있습니다. 암호 소프트웨어 구성요소과 다이어그램 및 설명 FPGA용 Verilog 언어의 하드웨어 블록은 AGPLv3 라이센스에 따라 배포됩니다.

시연된 작업 프로토타입의 하드웨어 구성 요소는 Xilinx Zynq FPGA 및 AD9361 범용 트랜시버(RF)를 기반으로 합니다. OpenWifi는 SoftMAC 아키텍처를 사용합니다. 이는 드라이버 측에 기본 802.11 무선 스택(높은 MAC)이 구현되고 FPGA 측에 낮은 MAC 계층이 있음을 의미합니다. 무선 스택은 Linux 커널에서 제공하는 mac80211 하위 시스템을 사용합니다. SDR과의 상호 작용은 특수 드라이버를 통해 수행됩니다.

주요 기능 :

• 802.11a/g에 대한 전체 지원 및 802.11n MCS 0~7에 대한 부분 지원(현재 PHY rx만 해당) 802.11ax를 지원할 계획이 있습니다.
• 대역폭 20MHz 및 주파수 범위 70MHz ~ 6GHz;
• 작동 모드 : 애드 혹 (클라이언트 장치 네트워크), 액세스 포인트, 스테이션 및 모니터링;
• FPGA 측에서 링크 계층 프로토콜 구현 DCF (Distributed Coordination Function), CSMA/CA 방법을 사용합니다. 프레임 처리 시간 제공(사이프스) 레벨 10us에서;
• 구성 가능한 채널 액세스 우선순위 매개변수: RTS/CTS 기간, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, 슬롯 시간 등
• 시간 분할(타임 슬라이싱) MAC 주소 기반;
• 쉽게 변경 가능한 대역폭 및 주파수:
  2ah의 경우 802.11MHz, 10p의 경우 802.11MHz;

현재 OpenWifi는 지원 FPGA 기반 SDR 플랫폼
Analog Devices FMCOMMS706/2/3 트랜시버와 번들(FPGA + RF) ADRV4Z9361 SOM + ADRV7035CRR-BOB 및 ADRV1Z9361 SOM + ADRV7035CRR-FMC를 갖춘 Xilinx ZC1. 로딩을 위해 형성됨 완성된 이미지 ARM Linux 기반 SD 카드. ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 및
자일링스 ZCU102 + ADRV9371. 첫 번째 OpenWifi 프로토타입에 관련된 구성 요소 비용은 약 1300유로였지만 더 저렴한 보드로의 포팅이 진행 중입니다. 예를 들어, 다음을 기반으로 하는 솔루션 비용은 다음과 같습니다. 아날로그 장치 ADRV9364-Z7020 700유로가 될 것이며, 기본적으로 ZYNQ NH7020 - 400유로.

TL-WDN4200 N900 USB 어댑터를 사용하여 클라이언트를 OpenWifi 기반 액세스 포인트에 연결하는 성능을 테스트한 결과 액세스 포인트에서 클라이언트로 데이터를 전송할 때 30.6Mbps(TCP) 및 38.8Mbps(UDP)의 처리량을 달성할 수 있었습니다. 클라이언트에서 액세스 포인트로 전송 시 17.0Mbps(TCP) 및 21.5Mbps(UDP). 관리를 위해 ifconfig 및 iwconfig와 같은 표준 Linux 유틸리티는 물론 netlink를 통해 작동하고 낮은 수준에서 SDR 작업을 제어할 수 있는 특수 유틸리티 sdrctl을 사용할 수 있습니다(레지스터 조작, 타임 슬라이스 설정 변경, 등.).

Wi-Fi 스택을 실험하는 다른 공개 프로젝트 중에서 다음 프로젝트를 주목할 수 있습니다. 위메IEEE 802.11 a/g/p 호환 개발 송신기 GNU Radio와 일반 PC를 기반으로 합니다. 소프트웨어 개방형 802.11 무선 스택도 프로젝트를 개발 중입니다. 지르리아 и 소라 (Microsoft 연구 소프트웨어 라디오).

출처 : opennet.ru