SDR WiFi平臺(tái) gr-ieee802-11 軟件無(wú)線電實(shí)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(tái)，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(tái)。據(jù)筆者所知，可能因?yàn)?/span>802.11協(xié)議要求的帶寬較大，數(shù)據(jù)速率較大，對(duì)SDR平臺(tái)的性能要求較高，所以較少實(shí)現(xiàn)SDR WiFi平臺(tái)的項(xiàng)目。我接觸過(guò)一個(gè)稍微完整點(diǎn)的SDR WiFi項(xiàng)目是基于GNU Radio的gr-ieee項(xiàng)目，下面簡(jiǎn)單介紹并推廣下這個(gè)項(xiàng)目。

一 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

項(xiàng)目名稱：gr-ieee802-11

項(xiàng)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(xiàng)目框架：GNU Radio

二 項(xiàng)目安裝

本章節(jié)簡(jiǎn)要介紹項(xiàng)目的安裝，詳細(xì)安裝方法請(qǐng)鏈接https://github.com/bastibl/gr-ieee802-11。

2.1 安裝依賴庫(kù)

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(xiàng)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?yàn)榘惭b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(gè)GNU Radio模塊，項(xiàng)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(kù)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(xiàng)目的發(fā)射機(jī)在發(fā)射幀信號(hào)之前需要完整的存儲(chǔ)一個(gè)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(xiàng)目運(yùn)行

3.1 編譯OFDM PHY模塊

作者自己寫了一個(gè)OFDM PHY模塊，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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(xiàng)目運(yùn)行

項(xiàng)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(cè)試用程序

       wifi_tx.grc：       發(fā)送wifi信號(hào)

       wifi_rx.grc：       接收wifi信號(hào)

       wifi_transceiver.grc：同時(shí)收發(fā)wifi信號(hào)

四 項(xiàng)目應(yīng)用場(chǎng)景

4.1 gr-ieee接收并分析路由器信號(hào)

啟動(dòng)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(hào)�？梢允褂�wireshark抓包分析收到的信號(hào)的信息，也可以在wifi_rx.grc里把log等級(jí)調(diào)高，觀察log信息。

4.2 gr-ieee發(fā)射WiFi信號(hào)，路由器接收信號(hào)

啟動(dòng)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(hào)。也可以開啟無(wú)線網(wǎng)卡的混雜模式，使用無(wú)線網(wǎng)卡接收USRP發(fā)送的信號(hào)，然后使用wireshark抓包驗(yàn)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(hào)，gr-ieee接收信號(hào)（單向通信）

分別啟動(dòng)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(hào)，gr-ieee接收信號(hào)（雙向通信）

分別在兩臺(tái)電腦啟動(dòng)wifi_trx.grc。兩臺(tái)電腦可以通過(guò)USRP通信。wifi_trx.grc會(huì)啟動(dòng)一個(gè)虛擬網(wǎng)卡，我們可以直接在兩個(gè)虛擬網(wǎng)卡之間使用ping命令。

五 項(xiàng)目測(cè)試

5.1 測(cè)試場(chǎng)景

我們測(cè)試應(yīng)用場(chǎng)景5，即4.5 gr-ieee發(fā)射信號(hào)，gr-ieee接收信號(hào)（雙向通信）。并使用ping，scp等命令進(jìn)行測(cè)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(jì)算法等。我們能從界面圖中看到我們測(cè)試時(shí)設(shè)置的參數(shù)。

5.2 測(cè)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(xiàng)目基于GNU Radio架構(gòu)，而且協(xié)議要求帶寬較大，項(xiàng)目的實(shí)時(shí)性處理還不是很好，運(yùn)行時(shí)UHD會(huì)經(jīng)常報(bào)錯(cuò)U（underflow），O（overflow）和L（latency）。這也進(jìn)一步導(dǎo)致了項(xiàng)目吞吐率較低。