Projekti OpenWifi me implementimin e një çipi Wi-Fi të hapur mbi bazën e FPGA dhe SDR

Në konferencën e kaluar FOSDEM 2020 është paraqitur projektin OpenWifi, zhvillon implementimin e parë të hapur të një stoku të plotë Wi-Fi 802.11a/g/n, forma e sinjalit dhe modulimi i të cilit përcaktohet programatikisht (SDR, Software Defined Radio). OpenWifi lejon krijimin e një implementimi të plotë të kontrolluar të të gjitha komponenteve të pajisjes pa tel, duke përfshirë shtresat e nivelit të ulët, që në adapterët e zakonshëm pa tel realizohen në nivelin e çipave të papërgjegjshëm për auditim. Kodi i komponenteve software, si dhe diagramet dhe përshkrimet e blloqeve harduerike në Verilog për FPGA shpërndahen nën licencën AGPLv3.

Pjesa harduerike e prototipit të punës së demonstruar është e bazuar në FPGA Xilinx Zynq dhe transmetuesin e përgjithshëm (RF) AD9361. Në OpenWifi aplikohet arkitektura SoftMAC, e cila nënkupton implementimin e stakut kryesor pa tel 802.11 (high-MAC) në anën e drejtuesit dhe praninë e shtresës low-MAC në anën e FPGA. Si stak pa tel përdoret nën-sistemi mac80211, i ofruar nga bërthama Linux. Ndërveprimi me SDR realizohet përmes një drejtuesi të veçantë.

Funksionalitetet kryesore:

• Mbështetje eplotë për 802.11a/g dhe mbështetje e pjesshme për 802.11n MCS 0~7 (deri tani vetëm PHY rx). Në planet është mbështetja për 802.11ax;
• Gjerësia e brezit 20MHz dhe diapazoni i frekuencave nga 70 MHz deri në 6 GHz;
• Modet e funksionimit: Ad-hoc (rrjeti i pajisjeve klient), pikë aksesi, stacion dhe monitorim;
• Zbatimi në anën FPGA i protokollit të nivelit të kanalit DCF (Funksioni i Koordinatës së Distribuar), duke përdorur metodën CSMA/CA. Sigurohet koha e përpunimit të kornizave (SIFS) në nivelin 10us;
• Parametrat e përshtatshëm për prioritetin e qasjes në kanal: gjatësi RTS/CTS, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, kohë-slot etj.
• Kvotimi i kohës (Time slicing) mbi bazën e adresës MAC;
• Gjerësia e brezit dhe frekuenca të lehta për t'u ndryshuar:
  2MHz për 802.11ah dhe 10MHz për 802.11p;

Aktualisht në OpenWifi është siguruar mbështetje platforma SDR të bazuara në FPGA
Xilinx ZC706 me transmetues të Analog Devices FMCOMMS2/3/4, si dhe grupe (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB dhe ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC. Për ngarkim është formuar imazhi i gatshëm i kartelave SD të bazuara në ARM Linux. Në planet është mbështetja për grupet ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 dhe
Xilinx ZCU102 + ADRV9371. Çmimi i komponentëve të përdorur në prototipin e parë OpenWifi ishte rreth 1300 euro, por po bëhet portimi në tabela më të lira. Për shembull, çmimi i zgjidhjes bazuar në Analog Devices ADRV9364-Z7020 do të jetë 700 euro, ndërsa mbi ZYNQ NH7020 — 400 euro.

Testimi i performancës së lidhjes së klientit me adaptorin USB TL-WDN4200 N900 me pikën e aksesit bazuar në OpenWifi arriti në kapacitet 30.6Mbps (TCP) dhe 38.8Mbps (UDP) për transferimin e të dhënave nga pika e aksesit te klienti dhe 17.0Mbps (TCP) dhe 21.5Mbps (UDP) për transferimin nga klienti te pika e aksesit. Për menaxhim mund të përdoren utilitetet standarde të Linux, si ifconfig dhe iwconfig, si dhe utiliteti specialist sdrctl, që funksionon përmes netlink dhe lejon menaxhimin e funksionit SDR në nivel të ulët (manipulimi i regjistrave, ndryshimi i parametrave të kuotimit të kohës etj.).

Nga projektet e tjera të hapura që eksperimentojnë me stekun Wi-Fi, mund të përmendim projektin Wime, i cili zhvillon një transmetues të pajtueshëm me IEEE 802.11 a/g/p të bazuar në GNU Radio dhe një PC të zakonshëm. Stek të hapur softuerik 802.11 gjithashtu zhvillojnë projekte në bazë të GNU Radio dhe një PC të zakonshëm. Stack-ët e hapur të softuerit për wireless 802.11 gjithashtu zhvillojnë projekte Ziria dhe Sora (Microsoft Research Software Radio).

Burimi: opennet.ru