ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ / ΕΞΕΤΑΣΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Σουρλίγκας Εμμανουήλ
Mεταπτυχιακός
Φοιτητής
Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών, Πανεπιστήμιο Κρήτης
Eπόπτης Μεταπτ. Εργασίας: Καθηγητής Α. Tραγανίτης
Παρασκευή, 10 Οκτωβρίου 2014, 15:00
Αίθουσα
Τηλεδιάσκεψης Κ206, τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών, Πανεπιστήμιο Κρήτης
"Υλοποίηση ενός
πομποδέκτη διαμορφούμενου από λογισμικό συμβατού με το φυσικό και MAC επίπεδο του πρωτοκόλλου IEEE 802.11a σε γενικού σκοπού
επεξεργαστές"
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
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 συνηθισμένος 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.
Sourligas
Emmanouil
M.Sc. Thesis
Computer
Science Department
University of Crete
Master's Thesis Supervisor: Professor Apostolos Traganitis
Friday, 10/10/2014, 15:00
Room K206, Computer Science dept.,University of Crete
"Software Defined Radio implementation of IEEE 802.11a Physical and MAC layer Transceiver
on General
Purpose Processors"
ABSTRACT
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. Real-time 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 real-time 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 roadmap for future
SDR implementations and new technologies development.