Het OpenWifi-project met de implementatie van een open Wi-Fi chip op basis van FPGA en SDR

Op de afgelopen FOSDEM 2020-conferentie is gepresenteerd project OpenWifi, dat de eerste open implementatie van de volledige Wi-Fi 802.11a/g/n-stack ontwikkelt, waarbij de signaalvorm en modulatie programmatisch worden ingesteld (SDR, Software Defined Radio). OpenWifi maakt het mogelijk om een volledig gecontroleerde implementatie van alle componenten van een draadloos apparaat te creëren, inclusief de laag op een lager niveau, die in gewone draadloze adapters wordt geïmplementeerd op een niveau dat niet auditbaar is in chips. De code van softwarecomponenten, evenals schema's en beschrijvingen van hardwareblokken in Verilog voor FPGA's worden verspreid onder de AGPLv3-licentie.

De hardwarecomponent van het gedemonstreerde werkprototypen is gebaseerd op de Xilinx Zynq FPGA en de universele zender-ontvanger (RF) AD9361. In OpenWifi wordt een SoftMAC-architectuur toegepast, wat betekent dat de belangrijkste draadloze 802.11-stack (high-MAC) aan de stuurprogramma zijde wordt geïmplementeerd met een low-MAC-laag aan de FPGA-zijde. De mac80211-subsystemen die door de Linux-kernel worden verstrekt, worden gebruikt als draadloze stack. De interactie met de SDR gebeurt via een speciale stuurprogramma.

Belangrijkste mogelijkheden:

• Volledige ondersteuning voor 802.11a/g en gedeeltelijke ondersteuning voor 802.11n MCS 0~7 (tot nu toe alleen PHY rx). Er zijn plannen voor ondersteuning van 802.11ax;
• Bandbreedte van 20MHz en frequentiebereik van 70 MHz tot 6 GHz;
• Bedrijfsmodi: Ad-hoc (netwerk van klantapparaten), toegangspunt, station en monitoring;
• De implementatie aan de FPGA-zijde van het kanaalniveau-protocol DCF (Distributed Coordination Function), dat de CSMA/CA-methode gebruikt. De verwerkingstijd van het pakket wordt gegarandeerd (SIFS) op niveau van 10us;
• Configureerbare parameters voor toegang tot het kanaal: duur van RTS/CTS, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, slot-time, enz.
• Tijdkwantisering (Time slicing) op basis van MAC-adres;
• Gemakkelijk aanpasbare bandbreedte en frequentie:
  2MHz voor 802.11ah en 10MHz voor 802.11p;

Momenteel biedt OpenWifi ondersteuning voor SDR-platforms op basis van FPGA
Xilinx ZC706 met zender-ontvangers van Analog Devices FMCOMMS2/3/4, evenals combinaties (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB en ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC. Voor de upload is een kant-en-klare afbeelding SD-kaart op basis van ARM Linux. Er zijn plannen voor ondersteuning van combinaties van ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx Zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 en
Xilinx ZCU102 + ADRV9371. De kosten van de componenten die in het eerste prototype van OpenWifi zijn gebruikt, bedroegen ongeveer 1300 euro, maar er wordt gewerkt aan de portering naar goedkopere borden. Bijvoorbeeld, de kosten van de oplossing op basis van Analog Devices ADRV9364-Z7020 zullen 700 euro bedragen, en op basis van ZYNQ NH7020 — 400 euro.

Prestatietests van de klantverbinding met de USB-adapter TL-WDN4200 N900 naar een toegangspunt op basis van OpenWifi hebben een bandbreedte bereikt van 30,6 Mbps (TCP) en 38,8 Mbps (UDP) tijdens gegevensoverdracht van het toegangspunt naar de klant, en 17,0 Mbps (TCP) en 21,5 Mbps (UDP) bij overdracht van klant naar toegangspunt. Voor beheer kunnen standaard Linux-tools zoals ifconfig en iwconfig worden gebruikt, evenals een gespecialiseerde tool sdrctl, die via netlink werkt en een laag-niveau beheer van SDR mogelijk maakt (registers manipuleren, kwantiseringsinstellingen wijzigen, enz.).

Onder andere open projecten die experimenteren met de Wi-Fi-stack, kan het project worden opgemerkt Wime, dat compatibel is met IEEE 802.11 a/g/p zender gebaseerd op GNU Radio en een standaard pc. Ook ontwikkelt men software open draadloze stakken 802.11 projecten Ziria en Sora (Microsoft Research Software Radio).

Bron: opennet.ru