1. Wprowadzenie
Opublikowana przez zespół Google Nest implementacja OpenThread to implementacja protokołu sieciowego Thread® typu open source, która ma przyspieszyć prace nad produktami do inteligentnego domu. Specyfikacja Thread Specification definiuje oparty na protokole IPv6 niezawodny, bezpieczny i oszczędny protokół komunikacyjny między urządzeniami mobilnymi, przeznaczony do zastosowań domowych i komercyjnych.
Firma Espressif przeniosła stos OpenThread oparty na technologii FreeRTOS i LwIP, co umożliwia programistom szybkie tworzenie sieci Thread. Powiązany kod źródłowy znajdziesz w serwisie GitHub. Jednocześnie firma Espressif wdrożyła router granic wątków oparty na RTOS.
W ramach tego ćwiczenia w Codelabs zaprogramujesz OpenThread na prawdziwym sprzęcie, utworzysz sieć Thread i nią zarządzasz, a także przekażesz komunikaty między węzłami.
Czego się nauczysz
- Tworzenie i flashowanie plików binarnych interfejsu wiersza poleceń OpenThread na płytki ESP.
- Tworzę i migam router brzegowy do płytki routera granicznego ESP.
- Ręczne zarządzanie węzłami Thread za pomocą Monitora ESP i interfejsu wiersza poleceń OpenThread.
- Tworzę sieć Thread na routerze Thread Border.
- Zabezpieczanie uruchamiania urządzeń w sieci Thread.
- Pingowanie adresu IPv6 między węzłami Thread.
- Przekazywanie wiadomości między węzłami wątków przy użyciu protokołu UDP.
Czego potrzebujesz
Sprzęt:
Oprogramowanie:
2. Pierwsze kroki
- Instalacja ESP-IDF.
Aby zainstalować środowisko programistyczne, postępuj zgodnie z przewodnikiem po programowaniu ESP-IDF.
- Skopiuj pakiet SDK routera granic wątków ESP.
ESP-THREAD-BR to oficjalny pakiet SDK routera granic wątków ESP. Obsługuje wszystkie podstawowe funkcje sieciowe, pozwalając na tworzenie routerów granicowych typu Thread, i integruje zaawansowane funkcje na poziomie usługi, co przyspiesza produkcję.
$ cd <your-local-workspace> $ git clone --recursive https://github.com/espressif/esp-thread-br.git
3. Tworzenie i flashowanie
Informacje o tworzeniu i flashowaniu pliku binarnego ot-cli-ftd na tablicach ESP z modułami IEEE 802.15.4 znajdziesz w przykładowym pliku ESP-IDF ot_cli:
$ cd <your-idf-path>/examples/openthread/ot_cli $ idf.py set-target <your-board-type>
Włącz funkcję łączenia za pomocą konfiguracji menu:
$ idf.py menuconfig
Konfiguracja komponentu > OpenThread > Włącz Joiner, a potem skompiluj i Flash.
$ idf.py -p <your-local-port> build flash monitor
Jeśli chcesz utworzyć plik binarny ot-br na płytce routera granicznego Thread ESP i przeprowadzić aktualizację, musisz najpierw utworzyć plik binarny RCP. Ten plik binarny RCP nie musi być jawnie udostępniany na urządzeniu na płytce routera granicznego ESP. Zostanie on umieszczony w pliku binarnym routera Border Router i zostanie przesłany do układu ESP32-H2 przy pierwszym uruchomieniu (lub przy zmianie oprogramowania układowego RCP). Więcej informacji znajdziesz w dokumentacji BR Thread ESP:
$ cd <your-idf-path>/examples/openthread/ot_rcp $ idf.py set-target esp32h2 $ idf.py build $ cd <your-esp-thread-br-path>/examples/basic_thread_border_router $ idf.py set-target esp32s3
Włącz funkcję komisarza za pomocą konfiguracji menu:
$ idf.py menuconfig
Konfiguracja komponentu > OpenThread > Włącz funkcję komisarza, a następnie utwórz kompilację i Flash.
$ idf.py -p <your-local-port> build flash monitor
4. Tworzenie sieci Thread na routerze Thread Border
Teraz możesz utworzyć sieć Thread przy użyciu wiersza poleceń OpenThread na platformie ESP Thread Border Router Board (BR Commissioner):
## BR Commissioner ## ---------------------- > dataset init new Done > dataset Active Timestamp: 1 Channel: 21 Channel Mask: 0x07fff800 Ext PAN ID: 151975d11bea97b5 Mesh Local Prefix: fd6a:b54b:d6a3:b05a::/64 Network Key: 731ab6a60a64a0a0b14b259b86b2be01 Network Name: OpenThread-1444 PAN ID: 0x1444 PSKc: 54e7f18d2575014da94db09df29c5df0 Security Policy: 672 onrc 0 Done
Zatwierdź ten zbiór danych jako aktywny:
> dataset commit active Done
Wyświetl interfejs IPv6:
> ifconfig up I (59329) OPENTHREAD: Platform UDP bound to port 49153 Done I (59329) OT_STATE: netif up
Rozpoczynanie operacji protokołu Thread:
> thread start I(61709) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Role disabled -> detached Done > I(62469) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Attach attempt 1, AnyPartition reattaching with Active Dataset I(69079) OPENTHREAD:[N] RouterTable---: Allocate router id 11 I(69079) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: RLOC16 fffe -> 2c00 I(69089) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Role detached -> leader I(69089) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Partition ID 0x28b518c6 I (69099) OPENTHREAD: Platform UDP bound to port 49154
Za chwilę sprawdź stan urządzenia. To powinien być lider.
> state leader Done >
5. Dołączanie do sieci Thread za pomocą klucza sieci
W ramach tego ćwiczenia w programie 2 płyty ESP z modułami IEEE 802.15.4 są przygotowane do połączenia z siecią utworzoną w BR. Podczas tej sesji dodamy do sieci kartę Board1.
Pobierz klucz sieci z BR:
## BR Commissioner ## ---------------------- > networkkey 731ab6a60a64a0a0b14b259b86b2be01 Done >
Ustaw ten klucz sieci na 1 płytkę ESP (złączenie Board1 Joiner) z modułami IEEE 802.15.4:
## Board1 Joiner ## ---------------------- > dataset networkkey 731ab6a60a64a0a0b14b259b86b2be01 Done
Zatwierdź ten zbiór danych jako aktywny:
> dataset commit active Done
Wyświetl interfejs IPv6:
> ifconfig up Done I (20308) OT_STATE: netif up
Rozpoczynanie operacji protokołu Thread:
> thread start I(23058) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Role disabled -> detached Done > I(23408) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Attach attempt 1, AnyPartition reattaching with Active Dataset I(30028) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Attach attempt 1 unsuccessful, will try again in 0.288 seconds I(30328) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Attach attempt 2, AnyPartition I(33498) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Delay processing Announce - channel 21, panid 0x1444 I(33758) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Processing Announce - channel 21, panid 0x1444 I(33758) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Role detached -> disabled I(33758) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Role disabled -> detached I(34178) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Attach attempt 1, AnyPartition I(35068) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: RLOC16 fffe -> 2c01 I(35068) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Role detached -> child
Za chwilę sprawdź stan urządzenia. Powinien to być element podrzędny.
> state child Done
Ustaw rolę na Router.
> state router Done I(51028) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: RLOC16 2c01 -> 2800 I(51028) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Role child -> router I(51028) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Partition ID 0x28b518c6 >
6. Dołącz do sieci Thread w ramach bezpiecznego uruchamiania
W tej sesji dodamy do sieci usługę Board2 w ramach uruchamiania zabezpieczeń:
Uzyskaj PSKc i panuj z komisarza Brazylii:
## BR Commissioner ## ---------------------- > pskc 54e7f18d2575014da94db09df29c5df0 Done > panid 0x1444 Done
Skonfiguruj informacje o sieci na potrzeby Board2:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > dataset pskc 54e7f18d2575014da94db09df29c5df0 Done > dataset panid 0x1444 Done
Zatwierdź ten zbiór danych jako aktywny:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > dataset commit active Done
Wyświetl interfejs IPv6:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > ifconfig up Done I (29146) OT_STATE: netif up
Pobierz kartę eui64 z tablicy Board2:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > eui64 4831b7fffec02be1 Done
W polu BR Commissioner (Komisarz Brazylii) uruchom funkcję komisarza i podaj eui64 urządzenia, które można dołączyć, wraz z danym uwierzytelniającym, na przykład J01NME. Dane logowania łączenia
## BR Commissioner ## ---------------------- > commissioner start Commissioner: petitioning Done Commissioner: active > commissioner joiner add 4831b7fffec02be1 J01NME Done
Przejdź do opcji Board2 Joiner. Rozpocznij rolę łączenia za pomocą certyfikatu łączenia utworzonego na koncie komisarza BRA:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
Po około minucie otrzymasz potwierdzenie udanego uwierzytelnienia:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > Join success
Potem możesz utworzyć sieć Thread utworzoną przez komisarza BRA i do niej dołączyć.
Rozpoczynanie operacji protokołu Thread:
> thread start I(35727) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Role disabled -> detached Done > I(36197) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Attach attempt 1, AnyPartition reattaching with Active Dataset I(37007) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: RLOC16 fffe -> 2801 I(37007) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Role detached -> child
Ustaw rolę na Router.
> state router Done I(46057) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: RLOC16 2801 -> 4400 I(46057) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Role child -> router I(46057) OPENTHREAD:[N] Mle-----------: Partition ID 0x28b518c6 >
Teraz otrzymasz sieć Thread o topologii widocznej poniżej:
7. Pingowanie adresu IPv6 między węzłami Thread
Polecenia ping można używać do komunikacji między dowolnymi 2 tablicami. Użyj polecenia ipaddr, aby wydrukować adres IPv6 każdej tablicy:
## BR Commissioner ## ---------------------- > ipaddr fd6a:b54b:d6a3:b05a:0:ff:fe00:fc00 # Leader Anycast Locator (ALOC) fd6a:b54b:d6a3:b05a:0:ff:fe00:2c00 # Routing Locator (RLOC) fd6a:b54b:d6a3:b05a:a8df:eb43:63d8:bda0 # Mesh-Local EID (ML-EID) fe80:0:0:0:687c:7248:cc14:9c4d # Link-Local Address (LLA) Done >
## Board1 Joiner ## ---------------------- > ipaddr fd6a:b54b:d6a3:b05a:0:ff:fe00:2800 # Routing Locator (RLOC) fd6a:b54b:d6a3:b05a:e461:db08:c833:1248 # Mesh-Local EID (ML-EID) fe80:0:0:0:18ac:df04:4671:6a45 # Link-Local Address (LLA) Done
## Board2 Joiner ## ---------------------- > ipaddr fd6a:b54b:d6a3:b05a:0:ff:fe00:4400 # Routing Locator (RLOC) fd6a:b54b:d6a3:b05a:d7dc:8e90:9bc9:ecbc # Mesh-Local EID (ML-EID) fe80:0:0:0:a8cc:1483:f696:91a2 # Link-Local Address (LLA) Done
Aby na przykład wysłać ping do Board2 MLE-ID od komisarza BRA, możesz uruchomić to polecenie dla komisarza BR:
## BR Commissioner ## ---------------------- > ping fd6a:b54b:d6a3:b05a:d7dc:8e90:9bc9:ecbc 16 bytes from fd6a:b54b:d6a3:b05a:d7dc:8e90:9bc9:ecbc: icmp_seq=1 hlim=255 time=123ms 1 packets transmitted, 1 packets received. Packet loss = 0.0%. Round-trip min/avg/max = 123/123.0/123 ms. Done
8. Przekazywanie wiadomości między węzłami wątków przy użyciu protokołu UDP
Z tej sesji dowiesz się, jak wysyłać wiadomości między 2 urządzeniami Thread. Na przykład otwórz program udp i powiąż go na porcie 20617 oraz nasłuchuj dla wszystkich adresów w BR:
## BR Commissioner ## ---------------------- > udp open Done > udp bind :: 20617 I (1298739) OPENTHREAD: Platform UDP bound to port 20617 Done
Następnie wyślij wiadomość z tablicy 1 na adres MLE-ID BR i na port 20617:
## Board1 Joiner ## ---------------------- > udp open Done > udp send fd6a:b54b:d6a3:b05a:a8df:eb43:63d8:bda0 20617 ESP
Możesz zobaczyć wiadomość otrzymaną w BR:
## BR Commissioner ## ---------------------- 3 bytes from fd6a:b54b:d6a3:b05a:e461:db08:c833:1248 49154 ESP
9. Gratulacje!
Udało Ci się utworzyć fizyczną sieć Thread przy użyciu tablic ESP.
Wiesz już:
- Tworzenie i flashowanie plików binarnych interfejsu wiersza poleceń OpenThread na płytki ESP.
- Tworzę migający router graniczny do płytki routera granicznego ESP.
- Ręczne zarządzanie węzłami Thread za pomocą Monitora ESP i interfejsu wiersza poleceń OpenThread.
- Tworzę sieć Thread na routerze Thread Border.
- Zabezpieczanie uruchamiania urządzeń w sieci Thread.
- Pingowanie adresu IPv6 między węzłami Thread.
- Przekazywanie wiadomości między węzłami wątków przy użyciu protokołu UDP.
Więcej informacji
Na stronach openthread.io i GitHub znajdziesz różne zasoby OpenThread, w tym:
- Obsługiwane platformy – poznaj wszystkie platformy obsługujące OpenThread.
- Utwórz OpenThread – więcej informacji o tworzeniu i konfigurowaniu OpenThread.
- Thread Primer – obejmuje wszystkie pojęcia związane z Thread ćwiczenia z programowania;
Numer referencyjny: