Projekt OpenWifi z implementacijo odprtega Wi-Fi čipa na osnovi FPGA in SDR

Na zadnji konferenci FOSDEM 2020 predstavljeno Projekt openwifi, ki razvija prvo odprto izvedbo celotnega sklada Wi-Fi 802.11a/g/n, katerega oblika signala in modulacija sta določeni v programski opremi (SDR, Software Defined Radio). OpenWifi vam omogoča, da ustvarite popolnoma nadzorovano izvedbo vseh komponent brezžične naprave, vključno z nizkonivojskimi plastmi, ki so v običajnih brezžičnih adapterjih implementirane na ravni čipov, ki jih ni mogoče revidirati. Koda komponente programske opremein diagrami in opisi bloki strojne opreme v jeziku Verilog za FPGA se distribuirajo pod licenco AGPLv3.

Strojna komponenta prikazanega delujočega prototipa temelji na Xilinx Zynq FPGA in univerzalnem oddajniku (RF) AD9361. OpenWifi uporablja arhitekturo SoftMAC, kar pomeni implementacijo glavnega brezžičnega sklada 802.11 (high-MAC) na strani gonilnika in prisotnost nizkega MAC sloja na strani FPGA. Brezžični sklad uporablja podsistem mac80211, ki ga zagotavlja jedro Linuxa. Interakcija s SDR se izvaja prek posebnega gonilnika.

Ključne značilnosti:

• Popolna podpora za 802.11a/g in delna podpora za 802.11n MCS 0~7 (za zdaj samo PHY rx). Obstajajo načrti za podporo 802.11ax;
• Pasovna širina 20MHz in frekvenčno območje od 70 MHz do 6 GHz;
• Načini delovanja: Ad hoc (omrežje odjemalskih naprav), dostopna točka, postaja in nadzor;
• Implementacija protokola povezovalnega sloja na strani FPGA DCF (Distributed Coordination Function), z uporabo metode CSMA/CA. Zagotavlja čas obdelave okvirja (SIFS) na ravni 10us;
• Nastavljivi parametri prioritete dostopa do kanala: trajanje RTS/CTS, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, čas reže itd.
• Rezanje časa (Rezanje časa) na podlagi naslova MAC;
• Preprosto spremenljiva pasovna širina in frekvenca:
  2MHz za 802.11ah in 10MHz za 802.11p;

Trenutno ponuja OpenWifi podporo Platforme SDR na osnovi FPGA
Xilinx ZC706 z oddajniki-sprejemniki Analog Devices FMCOMMS2/3/4, kot tudi snopi (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB in ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC. Oblikovan za nakladanje končana slika Kartice SD, ki temeljijo na sistemu ARM Linux. Obstajajo načrti za podporo ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 in
Xilinx ZCU102 + ADRV9371. Stroški komponent, vključenih v prvi prototip OpenWifi, so bili približno 1300 evrov, vendar je prenos na cenejše plošče v teku. Na primer, stroški rešitve na podlagi Analog Devices ADRV9364-Z7020 bo 700 evrov, na podlagi pa ZYNQ NH7020 - 400 evrov.

Preizkušanje zmogljivosti povezovanja odjemalca z adapterjem TL-WDN4200 N900 USB na dostopno točko, ki temelji na OpenWifi, nam je omogočilo, da smo dosegli prepustnost 30.6 Mbps (TCP) in 38.8 Mbps (UDP) pri prenosu podatkov od dostopne točke do odjemalca in 17.0 Mbps (TCP) in 21.5 Mbps (UDP) pri prenosu od odjemalca do dostopne točke. Za upravljanje se lahko uporabljajo standardni pripomočki Linuxa, kot sta ifconfig in iwconfig, pa tudi specializirani pripomoček sdrctl, ki deluje prek netlinka in omogoča nadzor nad delovanjem SDR na nizki ravni (manipuliranje z registri, spreminjanje nastavitev časovne rezine, itd.).

Med drugimi odprtimi projekti, ki eksperimentirajo s skladom Wi-Fi, lahko omenimo projekt WimeRazvoj skladen s standardom IEEE 802.11 a/g/p oddajnik temelji na radiu GNU in običajnem osebnem računalniku. Projekte razvijajo tudi programski odprti brezžični skladi 802.11 Ziria и Sora (Microsoft Research Software Radio).

Vir: opennet.ru