Одноплатные мини-модули Raspberry Pi подчас находят применение в самых неожиданных областях. И не только в DIY-проектах — так, крупный телеком-провайдер Vodafone продемонстрировал прототип компактной 5G-соты на базе Raspberry Pi 4. Новинка позволяет быстро развернуть частную сеть и при этом не занимает много места, что делает её подходящей для малых предприятий.

Изображения: Vodafone

Частная мобильная сеть — удовольствие, как правило, не из дешёвых, поэтому такие решения обычно актуальны для крупного бизнеса. Vodafone хочет демократизировать эту технологию, сделав её доступной 22 млн малых и средних предприятий по всей Европе. Размеры устройства сопоставимы с таковыми у обычных домашних маршрутизаторов, оно не требует монтажа в стойку и специфических условий по питанию и теплоотводу, что делает его подходящим практически для любого сценария использования, от установки в кафе до расширения покрытия существующей сети на подвальные помещения.

Внутри установлен микрокомпьютер Raspberry Pi 4 с дополнительной платой SDR-радиотрансивера от Lime Microsystems, поддерживающего возможности 5G. Последняя и есть самое главное в новинке — эта плата может превратить в малую базовую станцию 5G практически любую вычислительную платформу, включая разнообразные одноплатные мини-ПК.

Решение Vodafone может работать как в качестве основной или расширяющей покрытие базовой станции частной сети, так и в качестве шлюз к публичной 5G-сети Vodafone. Система полностью совместима со спецификациями Open Radio Access Network и сможет работать с любым ПО, разработанным в рамках Open RAN. Пока речь идёт о прототипе, но Vodafone считает, что потенциал у устройства велик и приглашает к сотрудничеству заинтересованных производителей.

Стало известно о том, что ООО «Тенет» и ПАО «МТС» успешно ввели в эксплуатацию в тестовом режиме базовую станцию связи семейства RBS-100. Об этом сообщило издание CNews, отметив, что речь идёт о первом оборудовании мобильной связи, которое полностью построено на основе отечественного программного обеспечения.

Напомним, семейство базовых станций RBS-100 с технологией LTE FDD MIMO 2x2 предназначено для коммерческих сетей операторов связи. Упомянутое семейство станций построено на основе технологии Software Defined Radio (SDR) и имеет совместимость с LTE R8. Используются полосы шириной 5, 10, 15 и 20 МГц. В ноябре планируется добавить поддержку MIMO 4x4 и QAM 256, а в декабре оборудование должно пройти сертификацию.

Базовая станция семейства RBS-100

Сами же базовые станции производятся в прочном корпусе, который надёжно защищён от пыли и влаги по стандарту IP65. Оборудование может нормально функционировать при температуре окружающей среды от -40 °С до +40 °С. Уже сейчас некоторые абоненты «МТС» подключаются к станциям RBS-100, при этом сохраняется уровень качества услуг. В дальнейшем планируется использование и аппаратной части российского производства, а не только программной.

В настоящее время «умные системы» встречаются в нашем окружении всё чаще. К сожалению, «интернет вещей» не имеет единого стандарта и породил массу несовместимых между собой протоколов обмена данными, что иногда весьма затрудняет интеграцию устройств разных производителей в единую систему. Группа EmbedINN анонсировала свою разработку — плату универсального шлюза под названием IoTSDR.

IoTSDR сочетает универсальность с токчи зрения программирования и поддержку всех основных низкоскоростных радиостандартов обмена данными в IoT-сетях. Проект является полностью открытым и призван упростить независимым разработчикам создание IoT-устройств и сетей, в которых те функционируют.

В устройствах такого рода часто применяются ПЛИС, и IoTSDR не стал исключением: шлюз будет выпускаться в двух вариантах, с Xilinx Zynq-Z7010 или Zynq-Z7020 в качестве основного вычислительного модуля. FPGA серии Zynq-7000 содержат пару ядер ARM Cortex-A9 общего назначения и 256 Кбайт набортной памяти, но отличаются возможностью программируемой части: Z7010 может предложить разработчику 28 тысяч логических ячеек, 17,6 тысяч LUT, 80 блоков DSP и 2,1 Мбайт памяти. У Z7020 все эти параметры выше: ячеек 85 тысяч, LUT — 53,2 тысячи, блоков DSP целых 220, а объём памяти увеличен до 4,9 Мбайт.

На этом различия заканчиваются: оба варианта платы будет комплектоваться 512 Мбайт общей оперативной памяти DDR3, микросхемой флеш-памяти QSPI объёмом 128 Мбит для хранения прошивок и микросхемой SPI EEPROM Microchip AT24MAC602 — в ней будет храниться прошивка радиотрансиверов.

Самих трансиверов у IoTSDR два, оба используют чипы Microchip/Atmel AT86RF215. Благодаря наличию двух трансиверов поддерживается широчайший набор IoT-частот, принятых в различных регионах нашей планеты:

• Европейский диапазон: 863 ‒ 921 МГц (три поддиапазона);
• Североамериканский диапазон: 902 ‒ 928 МГц;
• Китайский диапазон: 470 ‒ 510 МГц и 779 ‒ 787 МГц;
• Японский диапазон: 920 ‒ 928 МГц;
• Корейский диапазон: 917 ‒ 923,5 МГц;
• Мировой стандартный диапазон 2,4G: 2400 ‒ 2483,5 МГц.

Дополнительно на плате имеется процессор навигационных данных Maxim MAX2769B, он поддерживает данные GPS, GLONASS, Galileo и Beidou — всех крупных спутниковых навигационных систем в мире. Имеется тактовый генератор для ресивера, сам ресивер GNSS подключается посредством разъёма SMA.

Со стороны «компьютерных» интерфейсов имеется порт Gigabit Ethernet (таким устройствам более высокие скорости вряд ли нужны), а также порты USB 2.0 High Speed (480 Мбит/с) и Full Speed (12 Мбит/с) — последний для совместимости с низкоскоростной экономичной USB-периферией.

Для связи с другими платами и устройствами предусмотрено два интерфейса GPIO (8 бит, 2,5 и 3,3 Вольта) и восьмибитный интерфейс GPIO (только 3,3 Вольта). Для отладки предусмотрен разъём JTAG. Плата IoTSDR компактна, её габариты составляют всего 101,6 × 76,2 мм.

Программная поддержка представлена фреймворками Xilinx PYNQ Python, Jupyter Notebooks и открытой платформой GNU Radio SDR. Компания планирует сопровождать свой продукт API на языке Python для реализации базовых ядер и типов модуляции (MR-FSK, MR-O-QPSK, and MR-OFDM). Также будет доступна программная реализация 6LoWPAN с поддержкой IPv6. Разработчики обещают полную открытость всего проекта, включая код ПЛИС HDL, все данные будут выложены в отдельном репозитории на GitHub.

Проект IoTSDR хорошо проработан и имеет ряд преимуществ над устройствами аналогичного класса: он либо обладает более широкой функциональностью, либо существенно дешевле. К примеру, Ettus Research USRP B210 SDR поддерживает любые частоты от 70 МГц до 6 ГГц, но в России его цена составляет свыше 117 тысяч рублей (1360 евро). IoT SDR оценен создателями в $399 за младшую версию и $599 за старшую; правда, речь идёт только о плате, без аксессуаров, вроде антенн и кабелей — их комплект обойдётся будущему заказчику ещё в $99. Заказы уже принимаются, первые поставки должны начаться в конце января 2021 года.

Технология Wi-Fi очень распространена в наши дни, но это не означает, что она избавлена от всех проблем.

Целый сегмент таких проблем связан с тем, что часть прошивки некоторых устройств поставляется исключительно в закрытом бинарном виде. Обойти это ограничение планируют создатели проекта OpenWiFi.

Стек OpenWiFi. Жёлтым цветом отмечены компоненты разработчиков проекта, белым - компоненты Linux

Желание разработчиков защитить свою интеллектуальную собственность или обеспечить уверенность в том, что пользователи не нарушат регуляции FCC, вполне понятно. Но можно понять и пользователей, не уверенных в том, что бинарные компоненты прошивки не содержат закладок и бэкдоров.

Проект OpenWiFi ставит своей целью создание полностью открытой реализации Wi-Fi, совместимой с операционными системами семейства Linux. Хотя сама реализация и относится к классу «программно определяемого радио» (Software Defined Radio, SDR), радиочастотный фронт-энд в OpenWiFi реализуется с помощью ПЛИС. Выбор вполне логичный, поскольку именно программируемые матрицы сочетают максимальную гибкость конфигурации с необходимым для целей разработчиков проекта уровнем производительности.

ZC706 Evaluation Board обладает весьма развитыми возможностями для запуска OpenWiFi

В текущей реализации радиочастотный трансивер создан на базе комплекта разработчика Xilinx Zynq-7000 (ZC706). Его основой служит достаточно мощная ПЛИС XC7Z045 FFG900, имеющая в своём составе не только логические ячейки и DSP-слайсы, но и пару процессорных ядер ARM Cortex-A9.

Уже реализована поддержка протоколов 802.11a/g и 802.11n и модуляций MCS c 0 по 7, ширина радиоканала составляет 20 МГц с шагом 2 МГц для 802.11ah или 10 МГц для 802.11p.

OpenWiFi находится в начале пути, поэтому говорить о запредельных скоростях уровня, предлагаемого современными устройствами 802.11ac/ax, пока не приходится. Пока разработчикам удалось добиться 30,6 Мбит/с для нисходящего и 17 Мбит/с для восходящего трафика TCP (для UDP показатели несколько выше ‒ 38,8 и 21,5 Мбит/с соответственно). В планах OpenWiFi значится реализация поддержки 802.11ax WiFi 6, а также расширение спектра используемых ПЛИС-платформ.

Все ресурсы можно найти в соответствующем репозитории на Github; доступно два типа лицензирования — полностью открытое AGPLv3 и закрытое. Существует также руководство по запуску ZYNQ SDR с Linux. Создатели OpenWiFi планируют представить свой проект на встрече европейских разработчиков открытого ПО FOSDEM 2020, которая откроется 1 февраля следующего года.