SDR WiFi平台 gr-ieee802-11 软件无线电实现802.11协议

　　在之前的博客中，我介绍了SDR LTE平台，其中开源的有OpenAirInterface（OAI），srsLTE, OpenLTE等，不开源的有Amarisoft等。

　　这篇博客主要介绍SDR WiFi平台。据笔者所知，可能因为802.11协议要求的带宽较大，数据速率较大，对SDR平台的性能要求较高，所以较少实现SDR WiFi平台的项目。我接触过一个稍微完整点的SDR WiFi项目是基于GNU Radio的gr-ieee802-11项目，下面简单介绍并推广下这个项目。

一项目简介

　　项目名称：gr-ieee802-11
　　项目作者：Bastian Bloessl， Paderborn University
　　源码地址：https://github.com/bastibl/gr-ieee802-11
　　支持硬件： Ettus N210s and B210s
　　支持协议：IEEE 802.11 a/g/p
　　项目框架：GNU Radio

二项目安装

　　本章节简要介绍项目的安装，详细安装方法请链接https://github.com/bastibl/gr-ieee802-11。

2.1 安装依赖库

　　log4cpp
　　用于生成log，具体安装方法如下所示

sudo apt-get install liblog4cpp5-dev
sudo port install log4cpp

　　GNU Radio
　　项目的基本框架，目前支持v3.7.3之后的版本。GNU Radio有很多种安装方法，推荐使用源码安装，因为安装方法比较繁琐，在此不赘述，详情链接http://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki/InstallingGR。

　　gr-foo
　　作者自己写的一个GNU Radio模块，项目里需要使用。安装方法如下：

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 安装gr-ieee802-11

　　安装好依赖库之后，我们可以直接安装gr-ieee802-11。安装方法如下所示：

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 设置共享内存大小

　　项目的发射机在发射帧信号之前需要完整的存储一个帧的数据，里面使用到了共享内存。所以需要保证共享内存的大小，采用如下命令设置：

sudo sysctl -w kernel.shmmax=2147483648

三项目运行

3.1 编译OFDM PHY模块

　　作者自己写了一个OFDM PHY模块，在发射机和接收机里面都有使用，需要提前用gnuradio-companion打开并编译 ./examples/wifi_phy_hier.grc

3.2 项目运行

　　项目包含以下程序，进入example文件夹后用gnuradio-companion打开相应的文件即可。
　　wifi_loopback.grc：测试用程序
　　wifi_tx.grc：发送wifi信号
　　wifi_rx.grc：接收wifi信号
　　wifi_transceiver.grc：同时收发wifi信号

四项目应用场景

4.1 gr-ieee接收并分析路由器信号

　　启动wifi_rx.grc，在gnuradio-companion界面调整参数，使USRP能接收路由器发射的信号。可以使用wireshark抓包分析收到的信号的信息，也可以在wifi_rx.grc里把log等级调高，观察log信息。

4.2 gr-ieee发射WiFi信号，路由器接收信号

　　启动wifi_tx.grc，在gnuradio-companion界面调整参数，使路由器能接收到USRP发送的信号。也可以开启无线网卡的混杂模式，使用无线网卡接收USRP发送的信号，然后使用wireshark抓包验证。

4.3 gr-ieee与路由器通信

　　使用wifi_trx.grc与路由器进行双向通信。但是由于目前wifi_trx.grc功能开不是很全，所以能与路由器通信的数据包有限。

4.4 gr-ieee发射信号，gr-ieee接收信号（单向通信）

　　分别启动wifi_tx.grc与wifi_rx.grc，调整两端参数，使wifi_rx.grc能接收到wifi_tx.grc发送的数据包。

4.5 gr-ieee发射信号，gr-ieee接收信号（双向通信）

　　分别在两台电脑启动wifi_trx.grc。两台电脑可以通过USRP通信。wifi_trx.grc会启动一个虚拟网卡，我们可以直接在两个虚拟网卡之间使用ping命令。

五项目测试

5.1 测试场景

　　我们测试应用场景5，即4.5 gr-ieee发射信号，gr-ieee接收信号（双向通信）。并使用ping，scp等命令进行测试。

　　wifi_transceiver程序界面如下图所示，可以配置的参数主要包括收发增益，带宽，信道，调制方式，信道估计算法等。我们能从界面图中看到我们测试时设置的参数。
　　

5.2 测试截图

　　5.2.1 QPSK
　　
星座图

ping包

　　5.2.2 16QAM

星座图

ping包

scp测速

速率低的可怜。

　5.2.3 64QAM
　　
星座图

六总结

　　gr-ieee802-11 基本具备了IEEE 802.11 a/g/p协议PHY所有的功能和部分MAC层功能，但是功能还不全面。
　　此外，项目基于GNU Radio架构，而且协议要求带宽较大，项目的实时性处理还不是很好，运行时UHD会经常报错U（underflow），O（overflow）和L（latency）。这也进一步导致了项目吞吐率较低。