1. Einführung
OpenThread, das vom Google Nest-Team veröffentlicht wurde, ist eine Open-Source-Implementierung des Thread®-Netzwerkprotokolls, das die Entwicklung von Produkten für das vernetzte Zuhause beschleunigen soll. Die Thread-Spezifikation definiert ein zuverlässiges, sicheres und energieeffizientes drahtloses IPv6-basiertes Protokoll für die Kommunikation zwischen Geräten für Anwendungen in Wohn- und Geschäftsgebäuden.
Espressif hat den OpenThread-Stack auf Basis von FreeRTOS und LwIP portiert, sodass Entwickler schnell Thread-Netzwerke erstellen können. Den zugehörigen Quellcode finden Sie auf GitHub. Gleichzeitig hat Espressif auch einen Thread-Border-Router auf Basis von RTOS implementiert.
In diesem Codelab programmieren Sie OpenThread auf echter Hardware, erstellen und verwalten ein Thread-Netzwerk und übergeben Nachrichten zwischen Knoten.
Lerninhalte
- OpenThread-CLI-Binärdateien für ESP-Boards erstellen und flashen.
- Border-Router für ESP Thread Border Router-Platine erstellen und flashen.
- Thread-Knoten manuell mit ESP Monitor und der OpenThread-CLI verwalten
- Ein Thread-Netzwerk auf dem Thread-Border-Router wird erstellt.
- Sichere Inbetriebnahme von Geräten in einem Thread-Netzwerk
- Pingen von IPv6-Adressen zwischen Thread-Knoten.
- Nachrichten zwischen Thread-Knoten mit UDP übergeben.
Voraussetzungen
Hardware:
Software:
2. Erste Schritte
- ESP-IDF-Installation.
Folgen Sie dem ESP-IDF Programming Guide, um die Softwareentwicklungsumgebung zu installieren.
- Klonen Sie das ESP Thread Border Router SDK.
ESP-THREAD-BR ist das offizielle ESP Thread Border Router SDK. Es unterstützt alle grundlegenden Netzwerkfunktionen zum Erstellen eines Thread-Border-Routers und bietet umfangreiche Funktionen auf Produktebene für eine schnelle Produktentwicklung.
$ cd <your-local-workspace> $ git clone --recursive https://github.com/espressif/esp-thread-br.git
3. Erstellen und flashen
Informationen zum Erstellen und Flashen der binären Datei „ot-cli-ftd“ auf ESP-Boards mit IEEE 802.15.4-Modulen finden Sie im ESP-IDF-Beispiel ot_cli:
$ cd <your-idf-path>/examples/openthread/ot_cli $ idf.py set-target <your-board-type>
Aktivieren Sie das Joiner-Feature über menuconfig:
$ idf.py menuconfig
„Component config“ > „OpenThread“ > „Enable Joiner“ (Komponentenkonfiguration > OpenThread > Joiner aktivieren) auswählen, dann erstellen und flashen.
$ idf.py -p <your-local-port> build flash monitor
Wenn Sie die binäre Datei „ot-br“ auf dem ESP Thread Border Router Board erstellen und flashen möchten, müssen Sie zuerst die binäre RCP-Datei erstellen. Diese RCP-Binärdatei muss nicht explizit auf das Gerät auf dem ESP Thread Border Router Board geflasht werden. Sie wird in die Border Router-Binärdatei aufgenommen und beim ersten Start (oder wenn die RCP-Firmware geändert wird) auf den ESP32-H2-Chip geflasht. Weitere Informationen finden Sie in der ESP Thread BR-Dokumentation:
$ 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
Aktivieren Sie das Commissioner-Feature über menuconfig:
$ idf.py menuconfig
„Component config“ > „OpenThread“ > „Enable Commissioner“ auswählen, dann erstellen und flashen.
$ idf.py -p <your-local-port> build flash monitor
4. Thread-Netzwerk auf dem Thread-Border-Router erstellen
Jetzt können Sie ein Thread-Netzwerk mit der OpenThread-Befehlszeile auf dem ESP Thread Border Router Board (BR Commissioner) erstellen:
## 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
Übernehmen Sie dieses Dataset als das aktive:
> dataset commit active Done
IPv6-Schnittstelle aktivieren:
> ifconfig up I (59329) OPENTHREAD: Platform UDP bound to port 49153 Done I (59329) OT_STATE: netif up
Thread-Protokollvorgang starten:
> 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
Prüfe nach einem Moment den Gerätestatus. Es sollte der Leader sein.
> state leader Done >
5. Dem Thread-Netzwerk über den Netzwerkschlüssel beitreten
In diesem Codelab werden zwei ESP-Boards mit IEEE 802.15.4-Modulen für die Teilnahme am BR-Netzwerk vorbereitet. In dieser Sitzung fügen wir Board1 dem Netzwerk hinzu.
Rufen Sie den Netzwerkschlüssel von BR ab:
## BR Commissioner ## ---------------------- > networkkey 731ab6a60a64a0a0b14b259b86b2be01 Done >
Legen Sie diesen Netzwerkschlüssel auf einem ESP-Board (Board1 Joiner) mit IEEE 802.15.4-Modulen fest:
## Board1 Joiner ## ---------------------- > dataset networkkey 731ab6a60a64a0a0b14b259b86b2be01 Done
Übernehmen Sie dieses Dataset als das aktive:
> dataset commit active Done
IPv6-Schnittstelle aktivieren:
> ifconfig up Done I (20308) OT_STATE: netif up
Thread-Protokollvorgang starten:
> 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
Prüfe nach einem Moment den Gerätestatus. Es sollte das untergeordnete Konto sein.
> state child Done
Legen Sie die Rolle auf „Router“ fest.
> 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. Über die sichere Inbetriebnahme dem Thread-Netzwerk beitreten
In dieser Sitzung fügen wir Board2 über die Sicherheitsinbetriebnahme dem Netzwerk hinzu:
PSKc und panid vom BR-Commissioner abrufen:
## BR Commissioner ## ---------------------- > pskc 54e7f18d2575014da94db09df29c5df0 Done > panid 0x1444 Done
Konfigurieren Sie die Netzwerkinformationen für Board 2:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > dataset pskc 54e7f18d2575014da94db09df29c5df0 Done > dataset panid 0x1444 Done
Übernehmen Sie dieses Dataset als das aktive:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > dataset commit active Done
IPv6-Schnittstelle aktivieren:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > ifconfig up Done I (29146) OT_STATE: netif up
Rufen Sie die EUI64 von Board2 ab:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > eui64 4831b7fffec02be1 Done
Starte auf dem BR Commissioner den Commissioner und gib die eui64 des Geräts an, das beitreten kann, sowie die Joiner-Anmeldedaten, z. B. J01NME. Das Joiner-Anmeldedaten sind ein gerätespezifischer String aus alphanumerischen Zeichen in Großbuchstaben (0–9 und A–Y, ohne I, O, Q und Z, um die Lesbarkeit zu verbessern) mit einer Länge zwischen 6 und 32 Zeichen.
## BR Commissioner ## ---------------------- > commissioner start Commissioner: petitioning Done Commissioner: active > commissioner joiner add 4831b7fffec02be1 J01NME Done
Wechseln Sie zum Board2 Joiner. Starten Sie die Joiner-Rolle mit den Joiner-Anmeldedaten, die Sie gerade auf dem BR-Commissioner eingerichtet haben:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
Innerhalb einer Minute erhalten Sie eine Bestätigung der erfolgreichen Authentifizierung:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > Join success
Danach können Sie das vom BR-Commissioner gebildete Thread-Netzwerk starten und ihm beitreten.
Thread-Protokollvorgang starten:
> 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
Legen Sie die Rolle auf „Router“ fest.
> 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 >
Jetzt erhalten Sie ein Thread-Netzwerk mit der unten gezeigten Topologie:
7. IPv6-Adresse zwischen Thread-Knoten anpingen
Mit dem Befehl „ping“ können Sie zwischen zwei beliebigen Boards kommunizieren. Verwenden Sie den Befehl ipaddr, um die IPv6-Adresse jedes Boards auszugeben:
## 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
Wenn Sie beispielsweise die MLE-ID von Board2 vom BR Commissioner aus anpingen möchten, können Sie diesen Befehl auf dem BR Commissioner ausführen:
## 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. Nachrichten zwischen Thread-Knoten mit UDP übergeben
In dieser Sitzung erfahren Sie, wie Sie eine Nachricht zwischen zwei Thread-Geräten senden. Öffnen Sie beispielsweise UDP, binden Sie es an Port 20617 und überwachen Sie alle Adressen auf BR:
## BR Commissioner ## ---------------------- > udp open Done > udp bind :: 20617 I (1298739) OPENTHREAD: Platform UDP bound to port 20617 Done
Senden Sie dann eine Nachricht von Board1 an die BR MLE-ID-Adresse und den Port 20617:
## Board1 Joiner ## ---------------------- > udp open Done > udp send fd6a:b54b:d6a3:b05a:a8df:eb43:63d8:bda0 20617 ESP
Die in BR empfangene Nachricht wird so angezeigt:
## BR Commissioner ## ---------------------- 3 bytes from fd6a:b54b:d6a3:b05a:e461:db08:c833:1248 49154 ESP
9. Glückwunsch!
Du hast ein physisches Thread-Netzwerk mit ESP-Boards erstellt.
Sie wissen jetzt:
- OpenThread-CLI-Binärdateien für ESP-Boards erstellen und flashen.
- Erstellen eines Border-Routers zum Flashen auf eine ESP Thread Border Router-Platine
- Thread-Knoten manuell mit ESP Monitor und der OpenThread-CLI verwalten
- Ein Thread-Netzwerk auf dem Thread-Border-Router wird erstellt.
- Sichere Inbetriebnahme von Geräten in einem Thread-Netzwerk
- Pingen von IPv6-Adressen zwischen Thread-Knoten.
- Nachrichten zwischen Thread-Knoten mit UDP übergeben.
Weitere Informationen
Auf openthread.io und GitHub finden Sie verschiedene OpenThread-Ressourcen, darunter:
- Unterstützte Plattformen: Hier finden Sie alle Plattformen, die OpenThread unterstützen.
- OpenThread erstellen – Weitere Informationen zum Erstellen und Konfigurieren von OpenThread
- Thread-Grundlagen: Hier werden alle Thread-Konzepte behandelt, die in diesem Codelab vorgestellt werden.
Referenz: