Projeto OpenWifi com implementação de chip Wi-Fi aberto baseado em FPGA e SDR

Na última conferência FOSDEM 2020 apresentado projeto wi-fi aberto, desenvolvendo a primeira implementação aberta da pilha Wi-Fi 802.11a/g/n completa, cujo formato e modulação do sinal são especificados em software (SDR, Software Defined Radio). OpenWifi permite criar uma implementação totalmente controlada de todos os componentes de um dispositivo sem fio, incluindo camadas de baixo nível, que em adaptadores sem fio convencionais são implementadas no nível de chips que não são auditáveis. Código componentes de softwareE diagramas e descrições blocos de hardware em linguagem Verilog para FPGA são distribuídos sob a licença AGPLv3.

O componente de hardware do protótipo funcional demonstrado é baseado no Xilinx Zynq FPGA e no transceptor universal (RF) AD9361. OpenWifi utiliza a arquitetura SoftMAC, o que implica a implementação da pilha wireless 802.11 principal (high-MAC) no lado do driver e a presença de uma camada low-MAC no lado FPGA. A pilha sem fio usa o subsistema mac80211 fornecido pelo kernel Linux. A interação com o SDR é realizada através de um driver especial.

Principais características:

• Suporte total para 802.11a/ge suporte parcial para 802.11n MCS 0~7 (PHY rx apenas por enquanto). Existem planos para suportar 802.11ax;
• Largura de banda de 20 MHz e faixa de frequência de 70 MHz a 6 GHz;
• Modos de operação: Ad hoc (rede de dispositivos clientes), ponto de acesso, estação e monitoramento;
• Implementação do protocolo da camada de link no lado FPGA DCF (Função de Coordenação Distribuída), utilizando o método CSMA/CA. Fornece tempo de processamento de quadros (SIFS) no nível 10us;
• Parâmetros configuráveis ​​de prioridade de acesso ao canal: duração RTS/CTS, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, slot-time, etc.
• Fatiamento de tempo (Fatiar o tempo) com base no endereço MAC;
• Largura de banda e frequência facilmente alteráveis:
  2 MHz para 802.11ah e 10 MHz para 802.11p;

Atualmente, OpenWifi fornece apoiar Plataformas SDR baseadas em FPGA
Xilinx ZC706 com transceptores Analog Devices FMCOMMS2/3/4, bem como pacotes (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB e ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC. Formado para carregamento imagem finalizada Cartões SD baseados em ARM Linux. Existem planos para suportar ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 e
Xilinx ZCU102 + ADRV9371. O custo dos componentes envolvidos no primeiro protótipo OpenWifi foi de cerca de 1300 euros, mas a portabilidade para placas mais baratas está em curso. Por exemplo, o custo de uma solução baseada em Dispositivos Analógicos ADRV9364-Z7020 será de 700 euros, e com base ZYNQNH7020 - 400 euros.

Testar o desempenho de conectar um cliente com um adaptador USB TL-WDN4200 N900 a um ponto de acesso baseado em OpenWifi nos permitiu atingir uma taxa de transferência de 30.6 Mbps (TCP) e 38.8 Mbps (UDP) ao transferir dados do ponto de acesso para o cliente e 17.0 Mbps (TCP) e 21.5 Mbps (UDP) quando transmitido do cliente para o ponto de acesso. Para gerenciamento, podem ser utilizados utilitários padrão do Linux, como ifconfig e iwconfig, bem como um utilitário especializado sdrctl, que funciona via netlink e permite controlar a operação do SDR em baixo nível (manipular registros, alterar configurações de intervalo de tempo, etc.).

Entre outros projetos abertos experimentando a pilha Wi-Fi, podemos destacar o projeto WimeDesenvolvimento compatível com IEEE 802.11 a/g/p transmissor baseado no GNU Radio e em um PC normal. Pilhas sem fio 802.11 abertas de software também estão desenvolvendo projetos Zíria и Sora (Rádio de software de pesquisa da Microsoft).

Fonte: opennet.ru