1. 簡介
Google Nest 團隊推出的 OpenThread 是 Thread® 網路通訊協定的開放原始碼實作項目，旨在加快智慧聯網家庭產品的開發速度。Thread 規格針對家用和商業大樓應用程式，定義了以 IPv6 為基礎、安全且低功率無線裝置間通訊通訊協定的通訊協定。
Espressif 已移植以 FreeRTOS 和 LwIP 為基礎的 OpenThread 堆疊，讓開發人員能夠快速建構 Thread 網路。相關原始碼可從 GitHub 取得。同時，Espressif 也實作了以 RTOS 為基礎的 Thread 邊界路由器。
在本程式碼研究室中，您將在實際硬體上編寫 OpenThread、建立及管理 Thread 網路，以及在節點之間傳遞訊息。
課程內容
- 建構 OpenThread CLI 二進位檔並刷新至 ESP 主面板。
- 將邊界路由器建構並刷新到 ESP Thread 邊界路由器板板上。
- 使用 ESP Monitor 和 OpenThread CLI 手動管理 Thread 節點。
- 在 Thread 邊界路由器上建立 Thread 網路。
- 保護裝置採用 Thread 網路的安全機制。
- 對 Thread 節點之間的 IPv6 位址進行連線偵測 (ping)。
- 在採用 UDP 的 Thread 節點之間傳送訊息。
軟硬體需求
硬體：
軟體業：
2. 開始使用
- ESP-IDF 安裝。
請按照 ESP-IDF 程式設計指南安裝軟體開發環境。
- 複製 ESP Thread 邊界路由器 SDK。
ESP-THREAD-BR 是官方的 ESP Thread 邊界路由器 SDK。這款處理器支援所有基本網路功能，可用來建構 Thread 邊界路由器，並整合豐富的產品層級功能，方便快速完成產品。
$ cd <your-local-workspace> $ git clone --recursive https://github.com/espressif/esp-thread-br.git
3. 建構及更新
如欲在採用 IEEE 802.15.4 模組的 ESP-IDF 範例上建構及刷新 ot-cli-ftd 二進位檔案，請參閱 ESP-IDF 範例 ot_cli 以瞭解詳情：
$ cd <your-idf-path>/examples/openthread/ot_cli $ idf.py set-target <your-board-type>
透過 menuconfig 啟用合併功能：
$ idf.py menuconfig
元件設定 > OpenThread > 啟用彙整器，然後建構並刷新。
$ idf.py -p <your-local-port> build flash monitor
如要在 ESP Thread 邊界路由器板上建構並刷新 ot-br 二進位檔檔案，您必須先建構 RCP 二進位檔檔案。這個 RCP 二進位檔檔案不需要明確更新至 ESP Thread Border Router Board 上的裝置。這會包含在邊界路由器二進位檔檔案中，並在首次啟動 (或 RCP 韌體已變更) 時更新至 ESP32-H2 晶片。詳情請參閱 ESP Thread BR 文件：
$ 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
透過 menuconfig 啟用佣金工具功能：
$ idf.py menuconfig
元件設定 > OpenThread > 啟用 Commissioner，然後建構並刷新的。
$ idf.py -p <your-local-port> build flash monitor
4. 在 Thread 邊界路由器上建立 Thread 網路
您現在可以在 ESP Thread 邊界路由器委員會 (BR Commissioner) 上使用 OpenThread 指令列來形成 Thread 網路：
## 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
修訂這個資料集並成為使用中的資料集：
> dataset commit active Done
開啟 IPv6 介面：
> ifconfig up I (59329) OPENTHREAD: Platform UDP bound to port 49153 Done I (59329) OT_STATE: netif up
啟動 Thread 通訊協定作業：
> 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
稍候片刻，檢查裝置狀態。我應該是領導者。
> state leader Done >
5. 透過網路金鑰加入 Thread 網路
在本程式碼研究室中，有兩個使用 IEEE 802.15.4 模組的 ESP 主機板已準備好加入巴西格式的網路。在這個工作階段中，我們會將 Board1 新增至網路。
從 BR 取得網路金鑰：
## BR Commissioner ## ---------------------- > networkkey 731ab6a60a64a0a0b14b259b86b2be01 Done >
將這個網路金鑰設為一個使用 IEEE 802.15.4 模組的 ESP 主機 (Board1 接頭程式)：
## Board1 Joiner ## ---------------------- > dataset networkkey 731ab6a60a64a0a0b14b259b86b2be01 Done
修訂這個資料集並成為使用中的資料集：
> dataset commit active Done
開啟 IPv6 介面：
> ifconfig up Done I (20308) OT_STATE: netif up
啟動 Thread 通訊協定作業：
> 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
稍候片刻，檢查裝置狀態。目標對象應該是子項。
> state child Done
將角色設為路由器。
> 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. 透過安全佣金加入 Thread 網路
在這個講座中，我們會透過安全性委員會將 Board2 新增到網路：
向巴西委員會 (BR Commissioner) 取得 PSKc 和恐慌：
## BR Commissioner ## ---------------------- > pskc 54e7f18d2575014da94db09df29c5df0 Done > panid 0x1444 Done
將網路資訊設為 Board2：
## Board2 Joiner ## ---------------------- > dataset pskc 54e7f18d2575014da94db09df29c5df0 Done > dataset panid 0x1444 Done
修訂這個資料集並成為使用中的資料集：
## Board2 Joiner ## ---------------------- > dataset commit active Done
開啟 IPv6 介面：
## Board2 Joiner ## ---------------------- > ifconfig up Done I (29146) OT_STATE: netif up
透過 Board2 取得 eui64：
## Board2 Joiner ## ---------------------- > eui64 4831b7fffec02be1 Done
在 BR Commissioner 上啟動調試者，並指定可加入的裝置的 eui64 以及加入者憑證，例如 J01NME。加入者憑證是裝置專屬的字串，由所有大寫英數字元 (0-9 和 A-Y) 組成，但不包括 I、O、Q 和 Z，方便閱讀，長度介於 6 至 32 個字元之間。
## BR Commissioner ## ---------------------- > commissioner start Commissioner: petitioning Done Commissioner: active > commissioner joiner add 4831b7fffec02be1 J01NME Done
切換至「Board2 聯結器」。使用您剛在 BR Commissioner 設定的加入者憑證來啟動加入者角色：
## Board2 Joiner ## ---------------------- > ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
系統一分鐘左右時，你會收到驗證成功的確認通知：
## Board2 Joiner ## ---------------------- > Join success
接著，你就可以開始並加入巴西委員會 (BR Commissioner) 建立的 Thread 網路。
啟動 Thread 通訊協定作業：
> 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
將角色設為路由器。
> 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 >
現在，您會看見具有下列拓撲的 Thread 網路：
7. 對 Thread 節點之間的 IPv6 位址進行連線偵測 (ping)
您可以使用連線偵測 (ping) 指令在任何兩個 Jamboard 之間進行通訊。使用 ipaddr 指令列印每個主機板的 IPv6 位址：
## 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
舉例來說，如要透過 BR Commissioner 對 Board2 MLE-ID 進行連線偵測 (ping)，可以在 BR Commissioner 上執行這項指令：
## 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. 在採用 UDP 的 Thread 節點之間傳遞訊息
在本課程中，您將瞭解如何在兩個 Thread 裝置之間傳送訊息。舉例來說，請開啟 udp 並繫結至通訊埠 20617，然後監聽 BR 上的所有地址：
## BR Commissioner ## ---------------------- > udp open Done > udp bind :: 20617 I (1298739) OPENTHREAD: Platform UDP bound to port 20617 Done
接著，從 Board1 傳送訊息至巴西的 MLE-ID 位址和通訊埠 20617：
## Board1 Joiner ## ---------------------- > udp open Done > udp send fd6a:b54b:d6a3:b05a:a8df:eb43:63d8:bda0 20617 ESP
您可以在 BR 查看收到的訊息：
## BR Commissioner ## ---------------------- 3 bytes from fd6a:b54b:d6a3:b05a:e461:db08:c833:1248 49154 ESP
9. 恭喜！
您已使用 ESP 主面板建立實體 Thread 網路！
現在，您已瞭解：
- 建構 OpenThread CLI 二進位檔並刷新至 ESP 主面板。
- 建構刷新邊界路由器可連接至 ESP Thread 邊界路由器的主機板。
- 使用 ESP Monitor 和 OpenThread CLI 手動管理 Thread 節點。
- 在 Thread 邊界路由器上建立 Thread 網路。
- 保護裝置採用 Thread 網路的安全機制。
- 對 Thread 節點之間的 IPv6 位址進行連線偵測 (ping)。
- 在採用 UDP 的 Thread 節點之間傳送訊息。
其他資訊
查看 openthread.io 和 GitHub 瞭解各種 OpenThread 資源，包括：
- 支援的平台 - 探索所有支援 OpenThread 的平台
- 建構 OpenThread - 進一步說明如何建構及設定 OpenThread
- Thread Primer：說明本程式碼研究室介紹的所有 Thread 概念
參考資料：