OpenWifi-projektet implementerar en öppen Wi-Fi-chip baserad på FPGA och SDR

Vid den senaste konferensen FOSDEM 2020 presenteras projektet OpenWifi, utvecklar den första öppna implementeringen av hela Wi-Fi 802.11a/g/n-stack, där signalform och modulering definieras programmässigt (SDR, Software Defined Radio). OpenWifi möjliggör skapandet av en helt kontrollerad implementation av alla komponenter i den trådlösa enheten, inklusive lågnivålager, som i vanliga trådlösa adaptrar implementeras på nivåer som är otillgängliga för granskning av chip. Koden programvarukomponenter, samt scheman och beskrivningar av hårdvarumoduler på Verilog-språket för FPGA distribueras under AGPLv3-licensen.

Den hårdvarukomponent som visades i prototypen baseras på FPGA Xilinx Zynq och den universella sändare/mottagaren (RF) AD9361. OpenWifi använder SoftMAC-arkitekturen, vilket innebär att den grundläggande trådlösa stacken 802.11 (high-MAC) implementeras på drivrutinsidan och att det finns ett low-MAC lager i FPGA:n. som använder mac80211 subsystem tillhandahålls av Linux-kärnan. Interaktion med SDR sker via speciell drivrutin.

Key features:

• Fullt stöd för 802.11a/g och delvis stöd för 802.11n MCS 0~7 (för närvarande endast PHY rx). Stöd för 802.11ax planeras;
• Bandbredd på 20MHz och frekvensområde från 70 MHz till 6 GHz;
• Driftsätt: Ad-hoc (nätverk av klientenheter), åtkomstpunkt, station och övervakning;
• Implementering av datakanalsprotokollet på FPGA-sidan DCF (Distributed Coordination Function), som använder CSMA/CA-metoden. Hanteringstiden för ramarna (SIFS) är på nivå av 10us;
• Konfigurabla prioritetsparametrar för kanalåtkomst: längd på RTS/CTS, CTS-to-self, SIFS, DIFS, xIFS, slot-time etc.
• Tidskvantisering (Time slicing) baserat på MAC-adressen;
• Lätt justerbar bandbredd och frekvens:
  2MHz för 802.11ah och 10MHz för 802.11p;

För närvarande har OpenWifi säkerställt stöd för SDR-plattformar baserade på FPGA
Xilinx ZC706 med sändare/mottagare från Analog Devices FMCOMMS2/3/4, samt uppsättningar (FPGA + RF) ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-BOB och ADRV9361Z7035 SOM + ADRV1CRR-FMC. För att ladda upp har en färdig bild SD-kort baserade på ARM Linux skapats. Stöd för uppsättningar ADRV9364Z7020 SOM + ADRV1CRR-BOB, Xilinx zed + FMCOMMS2/3/4, Xilinx ZCU102 + FMCOMMS2/3/4 och
Xilinx ZCU102 + ADRV9371. Kostnaden för komponenterna som användes i den första prototypen av OpenWifi uppgick till cirka 1300 euro, men portning till billigare kort pågår. Till exempel kostnaden för lösningen baserad på Analog Devices ADRV9364-Z7020 blir 700 euro, och baserat på ZYNQ NH7020 — 400 euro.

Testning av kundens anslutningsprestanda med USB-adaptern TL-WDN4200 N900 till åtkomstpunkten baserad på OpenWifi möjliggjorde en kapacitet på 30,6 Mbps (TCP) och 38,8 Mbps (UDP) vid överföring av data från åtkomstpunkten till kunden och 17,0 Mbps (TCP) och 21,5 Mbps (UDP) vid överföring från kunden till åtkomstpunkten. För hantering kan standardverktyg i Linux, såsom ifconfig och iwconfig, samt det specialiserade verktyget sdrctl, som arbetar via netlink och möjliggör låg nivå hantering av SDR (manipulering av register, ändring av tidskvotering och så vidare) användas.

Bland andra öppna projekt som experimenterar med Wi-Fi-stacken kan projektet Wime, som utvecklar ett IEEE 802.11 a/g/p sändare baserat på GNU Radio och en vanlig PC. Programvarubaserade öppna trådlösa stackar 802.11 utvecklar också projektet Ziria och Sora (Microsoft Research Software Radio).

Källa: opennet.ru