SDR WiFi平臺 gr-ieee802-11 軟件無線電實現(xiàn)802.11協(xié)議
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在之前的博客中，我介紹了SDR LTE平臺，其中開源的有OpenAirInterface（OAI），srsLTE, OpenLTE等，不開源的有Amarisoft等。這篇博客主要介紹SDR WiFi平臺。據(jù)筆者所知，可能因為802.11協(xié)議要求的帶寬較大，數(shù)據(jù)速率較大，對SDR平臺的性能要求較高，所以較少實現(xiàn)SDR WiFi平臺的項目。我接觸過一個稍微完整點的SDR WiFi項目是基于GNU Radio的gr-ieee項目，下面簡單介紹并推廣下這個項目。
一 項目簡介
項目名稱：gr-ieee802-11
項目作者：Bastian Bloessl， Paderborn University
源碼地址：https://github.com/bastibl/gr-ieee802-11
支持硬件： Ettus N210s and B210s
支持協(xié)議：IEEE 802.11 a/g/p
項目框架：GNU Radio
二 項目安裝
本章節(jié)簡要介紹項目的安裝，詳細(xì)安裝方法請鏈接https://github.com/bastibl/gr-ieee802-11。
2.1 安裝依賴庫
log4cpp
用于生成log，具體安裝方法如下所示
sudo apt-get install liblog4cpp5-dev
sudo port install log4cpp
GNU Radio
項目的基本框架，目前支持v3.7.3之后的版本。GNU Radio有很多種安裝方法，推薦使用源碼安裝，因為安裝方法比較繁瑣，在此不贅述，詳情鏈接http://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki/InstallingGR。
gr-foo
作者自己寫的一個GNU Radio模塊，項目里需要使用。安裝方法如下：
git clone https://github.com/bastibl/gr-foo.git
cd gr-foo
mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install
sudo ldconfig
2.2 安裝gr-ieee802-11
安裝好依賴庫之后，我們可以直接安裝gr-ieee802-11。安裝方法如下所示：
git clone git://github.com/bastibl/gr-ieee802-11.git
cd gr-ieee802-11
mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install
sudo ldconfig
2.3 設(shè)置共享內(nèi)存大小
項目的發(fā)射機在發(fā)射幀信號之前需要完整的存儲一個幀的數(shù)據(jù)，里面使用到了共享內(nèi)存。所以需要保證共享內(nèi)存的大小，采用如下命令設(shè)置：
sudo sysctl -w kernel.shmmax=2147483648
三 項目運行
3.1 編譯OFDM PHY模塊
作者自己寫了一個OFDM PHY模塊，在發(fā)射機和接收機里面都有使用，需要提前用gnuradio-companion打開并編譯 ./examples/wifi_phy_hier.grc
3.2 項目運行
項目包含以下程序，進(jìn)入example文件夾后用gnuradio-companion打開相應(yīng)的文件即可。
wifi_loopback.grc： 測試用程序
wifi_tx.grc： 發(fā)送wifi信號
wifi_rx.grc： 接收wifi信號
wifi_transceiver.grc：同時收發(fā)wifi信號
四 項目應(yīng)用場景
4.1 gr-ieee接收并分析路由器信號
啟動wifi_rx.grc，在gnuradio-companion界面調(diào)整參數(shù)，使USRP能接收路由器發(fā)射的信號。可以使用wireshark抓包分析收到的信號的信息，也可以在wifi_rx.grc里把log等級調(diào)高，觀察log信息。
4.2 gr-ieee發(fā)射WiFi信號，路由器接收信號
啟動wifi_tx.grc，在gnuradio-companion界面調(diào)整參數(shù)，使路由器能接收到USRP發(fā)送的信號。也可以開啟無線網(wǎng)卡的混雜模式，使用無線網(wǎng)卡接收USRP發(fā)送的信號，然后使用wireshark抓包驗證。
4.3 gr-ieee與路由器通信
使用wifi_trx.grc與路由器進(jìn)行雙向通信。但是由于目前wifi_trx.grc功能開不是很全，所以能與路由器通信的數(shù)據(jù)包有限。
4.4 gr-ieee發(fā)射信號，gr-ieee接收信號（單向通信）
分別啟動wifi_tx.grc與wifi_rx.grc，調(diào)整兩端參數(shù)，使wifi_rx.grc能接收到wifi_tx.grc發(fā)送的數(shù)據(jù)包。
4.5 gr-ieee發(fā)射信號，gr-ieee接收信號（雙向通信）
分別在兩臺電腦啟動wifi_trx.grc。兩臺電腦可以通過USRP通信。wifi_trx.grc會啟動一個虛擬網(wǎng)卡，我們可以直接在兩個虛擬網(wǎng)卡之間使用ping命令。
五 項目測試
5.1 測試場景
我們測試應(yīng)用場景5，即4.5 gr-ieee發(fā)射信號，gr-ieee接收信號（雙向通信）。并使用ping，scp等命令進(jìn)行測試。
wifi_transceiver程序界面如下圖所示，可以配置的參數(shù)主要包括收發(fā)增益，帶寬，信道，調(diào)制方式，信道估計算法等。我們能從界面圖中看到我們測試時設(shè)置的參數(shù)。
5.2 測試截圖
5.2.1 QPSK
5.2.2 16QAM
5.2.3 64QAM
六 總結(jié)
gr-ieee802-11 基本具備了IEEE 802.11 a/g/p協(xié)議PHY所有的功能和部分MAC層功能，但是功能還不全面。
此外，項目基于GNU Radio架構(gòu)，而且協(xié)議要求帶寬較大，項目的實時性處理還不是很好，運行時UHD會經(jīng)常報錯U（underflow），O（overflow）和L（latency）。這也進(jìn)一步導(dǎo)致了項目吞吐率較低。
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