Projekt OpenWifi s realizáciou otvoreného Wi-Fi čipu na báze FPGA a SDR

Na minulom konferencii FOSDEM 2020 predstavené projekt OpenWifi, rozvíjajúci prvú otvorenú implementáciu kompletného stacks Wi-Fi 802.11a/g/n, forma signálu a modulácia sú definované programovo (SDR, Software Defined Radio). OpenWifi umožňuje vytvoriť úplne kontrolovanú implementáciu všetkých komponentov bezdrôtového zariadenia, vrátane nízkoúrovňových činidiel, ktoré sú v bežných bezdrôtových adaptéroch implementované na úrovni čipov, ktoré nie sú prístupné na audit. Kód programových komponentov, ako aj schémy a popisy hardvérových blokov v jazyku Verilog pre FPGA sú šírené pod licenciou AGPLv3.

Hardvérová súčať predvedeného pracovného prototypu je založená na FPGA Xilinx Zynq a univerzálnom prijímači (RF) AD9361. Vo OpenWifi je použitá architektúra SoftMAC, ktorá predpokladá implementáciu hlavného bezdrôtového stacksu 802.11 (high-MAC) na strane ovládača a prítomnosť low-MAC vrstvy na strane FPGA. Ako bezdrôtový stack sa používa subsystém mac80211, poskytovaný jadrom Linux. Interakcia so SDR sa uskutočňuje prostredníctvom špeciálneho ovládača.

Hlavné možnosti:

• Úplná podpora 802.11a/g a čiastočná podpora 802.11n MCS 0~7 (zatiaľ iba PHY rx). V pláne je podpora 802.11ax;
• Šírka pásma 20MHz a frekvenčný rozsah od 70 MHz do 6 GHz;
• Režimy prevádzky: Ad-hoc (sieť z klientských zariadení), prístupový bod, stanica a monitoring;
• Implementácia protokolu kanálovej úrovne na strane FPGA DCF (Distribuovaná koordinačná funkcia), využívajúca metódu CSMA/CA. Zaistená doba spracovania rámca (SIFS) na úrovni 10us;
• Konfigurovateľné parametre prístupu k kanálu: trvanie RTS/CTS, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, slot-time a pod.
• Kvantom čas (Time slicing) na základe MAC-adresy;
• Ľahko zmeniteľná šírka pásma a frekvencia:
  2MHz pre 802.11ah a 10MHz pre 802.11p;

V súčasnosti je v OpenWifi zabezpečená podpora SDR-platforma na báze FPGA
Xilinx ZC706 s prijímačmi Analog Devices FMCOMMS2/3/4, ako aj zostáv (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB a ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC. Na načítanie je vytvorený hotový obraz SD-karty na báze ARM Linux. V pláne je podpora zostáv ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 a
Xilinx ZCU102 + ADRV9371. Náklady na komponenty zapojené do prvého prototypu OpenWifi boli približne 1300 eur, ale prebieha portovanie na lacnejšie dosky. Napríklad náklady na riešenie na báze Analog Devices ADRV9364-Z7020 budú 700 eur, a na báze ZYNQ NH7020 — 400 eur.

Testovanie výkonnosti pripojenia klienta s USB adaptérom TL-WDN4200 N900 k prístupovému bodu na báze OpenWifi dosiahlo priepustnosť 30,6 Mbps (TCP) a 38,8 Mbps (UDP) pri prenose dát od prístupového bodu k klientovi a 17,0 Mbps (TCP) a 21,5 Mbps (UDP) pri prenose od klienta k prístupovému bodu. Na spravovanie môžu byť použité štandardné nástroje Linuxu, ako je ifconfig a iwconfig, ako aj špecializovaný nástroj sdrctl, ktorý funguje cez netlink a umožňuje spravovať prácu SDR na nízkej úrovni (manipulovať s registrami, meniť nastavenia kvantovania času atď.).

Z iných otvorených projektov, ktoré experimentujú s Wi-Fi stackom, je možné spomenúť projekt Wime, vyvíjajúci kompatibilný s IEEE 802.11 a/g/p vysielač na báze GNU Radio a bežného PC. Softvérové otvorené bezdrôtové stacky 802.11 tiež vyvíjajú projekty Ziria a Sora (Microsoft Research Software Radio).

Zdroj: opennet.ru