1. Introduzione
OpenThread, rilasciato dal team di Google Nest, è un'implementazione open source del protocollo di rete Thread® progettato per accelerare lo sviluppo di prodotti per la casa connessa. La specifica Thread definisce un protocollo di comunicazione wireless affidabile, sicuro e a basso consumo basato su IPv6 per applicazioni domestiche e commerciali.
Espressif ha eseguito il porting dello stack OpenThread basato su FreeRTOS e LwIP, consentendo agli sviluppatori di creare rapidamente reti Thread. Il codice sorgente correlato può essere ottenuto da GitHub. Allo stesso tempo, Espressif ha implementato anche un router di confine Thread basato su RTOS.
In questo Codelab, programmerai OpenThread su hardware reale, creerai e gestirai una rete Thread e trasmetterai messaggi tra i nodi.
Obiettivi didattici
- Creazione e flashing dei file binari dell'interfaccia a riga di comando OpenThread sulle schede ESP.
- Creazione e flashing del router di confine sulla scheda del router di confine ESP Thread.
- Gestione manuale dei nodi Thread con ESP Monitor e l'interfaccia a riga di comando OpenThread.
- Formare una rete Thread sul router di confine Thread.
- Protezione del provisioning dei dispositivi su una rete Thread.
- Ping dell'indirizzo IPv6 tra i nodi Thread.
- Passaggio di messaggi tra nodi Thread con UDP.
Che cosa ti serve
Hardware:
Software:
2. Per iniziare
- Installazione di ESP-IDF.
Segui la guida alla programmazione ESP-IDF per installare l'ambiente di sviluppo software.
- Clona l'SDK del router di confine Thread ESP.
ESP-THREAD-BR è l'SDK ufficiale del router di confine Thread ESP. Supporta tutte le funzionalità di rete fondamentali per creare un router di confine Thread e integra funzionalità avanzate a livello di prodotto per una rapida commercializzazione.
$ cd <your-local-workspace> $ git clone --recursive https://github.com/espressif/esp-thread-br.git
3. Crea e carica
Per creare e caricare il file binario ot-cli-ftd sulle schede ESP con moduli IEEE 802.15.4, puoi fare riferimento all'esempio ESP-IDF ot_cli per maggiori dettagli:
$ cd <your-idf-path>/examples/openthread/ot_cli $ idf.py set-target <your-board-type>
Attiva la funzionalità di unione tramite menuconfig:
$ idf.py menuconfig
Configurazione componente > OpenThread > Attiva Joiner, quindi compila e carica.
$ idf.py -p <your-local-port> build flash monitor
Per creare e caricare il file binario ot-br sulla scheda del router di confine Thread ESP, devi prima creare il file binario RCP. Questo file binario RCP non deve essere flashato in modo esplicito sul dispositivo sulla scheda del router di confine Thread ESP. Verrà incluso nel file binario del router di confine e caricato sul chip ESP32-H2 al primo avvio (o quando il firmware RCP viene modificato). Per ulteriori dettagli, consulta la documentazione ESP Thread BR:
$ 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
Attiva la funzionalità di provisioning tramite menuconfig:
$ idf.py menuconfig
Component config > OpenThread > Enable Commissioner, quindi compila e carica.
$ idf.py -p <your-local-port> build flash monitor
4. Formare una rete Thread sul router di confine Thread
Ora puoi formare una rete Thread utilizzando la riga di comando OpenThread sulla scheda del router di confine Thread ESP (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
Esegui il commit di questo set di dati come quello attivo:
> dataset commit active Done
Visualizza l'interfaccia IPv6:
> ifconfig up I (59329) OPENTHREAD: Platform UDP bound to port 49153 Done I (59329) OT_STATE: netif up
Avvia l'operazione del protocollo 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
Dopo qualche istante, controlla lo stato del dispositivo. Dovrebbe essere il Leader.
> state leader Done >
5. Connettiti alla rete Thread tramite networkkey
In questo codelab, due schede ESP con moduli IEEE 802.15.4 vengono preparate per l'unione alla rete formata dal router di confine. In questa sessione aggiungeremo Board1 alla rete.
Ottieni la chiave di rete da BR:
## BR Commissioner ## ---------------------- > networkkey 731ab6a60a64a0a0b14b259b86b2be01 Done >
Imposta questa chiave di rete su una scheda ESP (scheda 1 Joiner) con moduli IEEE 802.15.4:
## Board1 Joiner ## ---------------------- > dataset networkkey 731ab6a60a64a0a0b14b259b86b2be01 Done
Esegui il commit di questo set di dati come quello attivo:
> dataset commit active Done
Visualizza l'interfaccia IPv6:
> ifconfig up Done I (20308) OT_STATE: netif up
Avvia l'operazione del protocollo 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
Dopo qualche istante, controlla lo stato del dispositivo. Deve essere il publisher secondario.
> state child Done
Imposta il ruolo su 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. Unirsi alla rete Thread tramite il provisioning sicuro
In questa sessione, aggiungeremo Board2 alla rete tramite il provisioning della sicurezza:
Recupera PSKc e panid dal commissario BR:
## BR Commissioner ## ---------------------- > pskc 54e7f18d2575014da94db09df29c5df0 Done > panid 0x1444 Done
Configura le informazioni di rete per Board2:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > dataset pskc 54e7f18d2575014da94db09df29c5df0 Done > dataset panid 0x1444 Done
Esegui il commit di questo set di dati come quello attivo:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > dataset commit active Done
Visualizza l'interfaccia IPv6:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > ifconfig up Done I (29146) OT_STATE: netif up
Ottieni l'eui64 da Board2:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > eui64 4831b7fffec02be1 Done
Su BR Commissioner, avvia il commissario e specifica il eui64 del dispositivo che può partecipare, insieme alle credenziali di Joiner, ad esempio J01NME. La credenziale di accoppiamento è una stringa specifica del dispositivo composta da caratteri alfanumerici maiuscoli (0-9 e A-Y, escluse I, O, Q e Z per leggibilità), con una lunghezza compresa tra 6 e 32 caratteri.
## BR Commissioner ## ---------------------- > commissioner start Commissioner: petitioning Done Commissioner: active > commissioner joiner add 4831b7fffec02be1 J01NME Done
Passa a Board2 Joiner. Inizia il ruolo di addetto alla giunzione con la credenziale di addetto alla giunzione che hai appena configurato sul BR Commissioner:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
Entro un minuto circa, ricevi la conferma dell'autenticazione riuscita:
## Board2 Joiner ## ---------------------- > Join success
Dopodiché, puoi avviare e unirti alla rete Thread formata dal BR Commissioner.
Avvia l'operazione del protocollo 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
Imposta il ruolo su 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 >
Ora ottieni una rete Thread con la topologia mostrata di seguito:
7. Ping dell'indirizzo IPv6 tra i nodi Thread
Puoi utilizzare il comando ping per comunicare tra due schede qualsiasi. Utilizza il comando ipaddr per stampare l'indirizzo IPv6 di ogni scheda:
## 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
Ad esempio, per eseguire il ping di Board2 MLE-ID da BR Commissioner, puoi eseguire questo comando su BR Commissioner:
## 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. Passaggio di messaggi tra nodi Thread con UDP
In questa sessione, imparerai a inviare un messaggio tra due dispositivi Thread. Ad esempio, apri udp, associa la porta 20617 e ascolta tutti gli indirizzi su BR:
## BR Commissioner ## ---------------------- > udp open Done > udp bind :: 20617 I (1298739) OPENTHREAD: Platform UDP bound to port 20617 Done
Quindi invia un messaggio da Board1 all'indirizzo e alla porta BR MLE-ID 20617:
## Board1 Joiner ## ---------------------- > udp open Done > udp send fd6a:b54b:d6a3:b05a:a8df:eb43:63d8:bda0 20617 ESP
Puoi visualizzare il messaggio ricevuto su BR:
## BR Commissioner ## ---------------------- 3 bytes from fd6a:b54b:d6a3:b05a:e461:db08:c833:1248 49154 ESP
9. Complimenti!
Hai creato una rete Thread fisica utilizzando le schede ESP.
Ora sai che:
- Creazione e flashing dei file binari dell'interfaccia a riga di comando OpenThread sulle schede ESP.
- Creazione di un router di confine lampeggiante sulla scheda ESP Thread Border Router.
- Gestione manuale dei nodi Thread con ESP Monitor e l'interfaccia a riga di comando OpenThread.
- Formare una rete Thread sul router di confine Thread.
- Protezione del provisioning dei dispositivi su una rete Thread.
- Ping dell'indirizzo IPv6 tra i nodi Thread.
- Passaggio di messaggi tra nodi Thread con UDP.
Per approfondire
Visita openthread.io e GitHub per una serie di risorse OpenThread, tra cui:
- Piattaforme supportate: scopri tutte le piattaforme che supportano OpenThread
- Build OpenThread: ulteriori dettagli sulla creazione e la configurazione di OpenThread
- Thread Primer: copre tutti i concetti di Thread trattati in questo codelab
Riferimento: