Τα τελευταία χρόνια ο αριθμός των ασύρματων συσκευών έχει αυξηθεί εκθετικά, παράλληλα με τις απαιτήσεις των χρηστών σε όγκο δεδομένων. Παρόλο που νέες τεχνολογίες βρίσκονται διαρκώς υπό ανάπτυξη για να εκπληρώσουν τις ανάγκες των χρηστών, τόσο η υλοποίηση όσο και η αποδοχή αυτών των νέων τεχνολογιών είναι πλέον ένα φλέγον επιχειρηματικό ζήτημα.
Οι πομποδέκτες διαμορφούμενοι από λογισμικό, γνωστοί και ως Software Defined Radios (SDRs), παρέχουν υπέρμετρη ευελιξία, δυνατότητα επαναπροσδιορισμού και αποδοτικότητα, πτυχές που οδηγούν σε έναν καλύτερο ρυθμό αποδοχής των νέων τεχνολογιών. Παρόλα αυτά, οι υλοποιήσεις σε SDR περιβάλλον, εισάγουν δυσκολίες οι οποίες συχνά σχετίζονται με τους υπολογιστικούς πόρους που απαιτούνται. Η εκτέλεση σε πραγματικό χρόνο συστημάτων με μεγάλο εύρος ζώνης όπως το IEEE 802.11a, μπορεί να είναι μια αρκετά δύσκολη πρόκληση για μια υλοποίηση σε λογισμικό. Προς αυτήν την κατεύθυνση, η παρούσα εργασία εκμεταλλεύεται όλες τις τεχνολογίες και τις διαθέσιμες τεχνικές βελτιστοποίησης, συμπεριλαμβανομένων τεχνικών παράλληλης εκτέλεσης και εντολών Single Instruction, Multiple Data (SIMD).
Στην εργασία αυτή παρουσιάζουμε μια υλοποίηση, εξ ολοκλήρου σε λογισμικό, ενός πομποδέκτη συμβατού με το πρωτόκολλο IEEE 802.11a, η οποία βασίστηκε στην SDR πλατφόρμα GNU Radio. Ξεπερνώντας προηγούμενες προσπάθειες, οι οποίες δεν κατάφεραν να παρουσιάσουν ένα ενοποιημένο και πλήρως λειτουργικό σύστημα, η υλοποίησή μας παρέχει ένα σύστημα, ικανό να εκτελείται σε πραγματικό χρόνο και συμβατό τόσο με το φυσικό όσο και με το επίπεδο Media Access Control (MAC) του IEEE 802.11a πρωτοκόλλου, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί από το λειτουργικό σύστημα σαν ένας κανονικός ασύρματος προσαρμογέας δικτύου.
Η απόδοση του συστήματος αξιολογείται τόσο με βάση τις δυνατότητές του όσο και με τους υπολογιστικούς πόρους που απαιτεί η εκτέλεσή του. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν μία αρκετά αξιόπιστη υλοποίηση του φυσικού επιπέδου, συγκρίσιμη με τις καλύτερες εμπορικές συσκευές. Ο όγκος δεδομένων που μπορεί να διαχειριστεί το MAC επίπεδο, περιορίζεται μόνο από τις καθυστερήσεις που εισάγει το υλικό του SDR και οι υπολογιστικές απαιτήσεις μπορούν εύκολα να ικανοποιηθούν από έναν σύγχρονο επεξεργαστή. Επιπλέον, πολλές από τις τεχνικές βελτιστοποίησης καθώς και διάφοροι τεχνολογικοί ή θεωρητικοί περιορισμοί που παρουσιάζονται και αντιμετωπίζονται στην εργασία αυτή μπορούν να εφαρμοσθούν γενικότερα, και παρέχουν έτσι μία κατευθυντήρια γραμμή τόσο σε μελλοντικές υλοποιήσεις SDR όσο και στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών.
(EL)
Over the last years the number of wirelessly connected devices has exponentially
increased, along with the user need in bandwidth. Consequently, new
technologies are under development to fulfill the user demands. However, the
development and adaption of these new technologies has become a business
critical issue.
Software Defined Radios (SDRs) provide great flexibility, reconfigurability
and cost efficiency, aspects that can contribute to an increased rate of new
technologies adaption. However, SDR implementations also introduce challenges,
often related with the high computational resources that are required.
Realtime performance of high bandwidth systems like IEEE 802.11a can be a
challenging task for a software implementation. Towards this goal, this work
exploits all the available optimization techniques and technologies including
multi-threading and Single Instruction, Multiple Data (SIMD) instructions.
In this work we present a fully software implementation of an IEEE
802.11a standard compliant transceiver based on the GNU Radio SDR platform.
Going beyond existing previous works, which fell short to provide a
unified and fully operational system, our approach provides a realtime IEEE
802.11a Media Access Control (MAC) and physical layer system that can
be handled as a normal wireless network interface by the host Operating
System.
The performance of the system is evaluated both in terms of 802.11a
capabilities, as well as in computational resources requirements. The results
manifest a quite robust physical layer implementation, which is on par with
the best commercial hardware. The MAC layer capacity is only limited by
the SDR hardware latencies and the computing demands can be met by
many modern CPUs. Moreover many of the optimization techniques and
technological or theoretical limitations explored and addressed in this work
are quite generic, and may set a road-map for future SDR implementations
and new technologies development.
(EN)
