1. บทนำ
Thread คืออะไร
Thread เป็นโปรโตคอลเครือข่ายที่ทำงานร่วมกันแบบไร้สายและใช้พลังงานต่ำแบบ IP ซึ่งช่วยให้การสื่อสารระหว่างอุปกรณ์และอุปกรณ์กับระบบคลาวด์มีความปลอดภัย เครือข่ายเทรดสามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงโทโพโลยีเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวจากจุดเดียว
OpenThread คืออะไร
OpenThread ที่ Google เปิดตัวเป็นการใช้งาน Thread® แบบโอเพนซอร์ส
Border Router ของ OpenThread คืออะไร
OpenThread Border Router (OTBR) ที่ Google เปิดตัวเป็นโอเพนซอร์สสำหรับ Thread Border Router
เทรด 1.2 มัลติแคสต์
เทรด 1.2 จะกำหนดชุดฟีเจอร์เพื่อรองรับมัลติแคสต์ในเครือข่ายที่หลากหลาย (กลุ่มเทรดและเครือข่าย Wi-Fi/อีเทอร์เน็ต) สำหรับที่อยู่แบบมัลติแคสต์ที่มีขอบเขตใหญ่กว่าขอบเขตภายใน
Thread 1.2 Border Router จะลงทะเบียนชุดข้อมูล Backbone Router (BBR) และบริการ BBR ที่เลือกคือ Primary Backbone Router (PBBR) ซึ่งรับผิดชอบการส่งขาเข้า/ขาออกแบบมัลติแคสต์
อุปกรณ์เทรด 1.2 จะส่งข้อความ CoAP เพื่อลงทะเบียนที่อยู่มัลติแคสต์ไปยัง PBBR (การลงทะเบียน Listener มัลติแคสต์ หรือเรียกสั้นๆ ว่า MLR) หากที่อยู่นั้นมีขนาดใหญ่กว่าขอบเขตภายใน PBBR ใช้ MLDv2 ในอินเทอร์เฟซภายนอกเพื่อสื่อสารกับ IPv6 LAN/WAN ที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับกลุ่มมัลติแคสต์ IPv6 ที่จำเป็นต้องใช้การฟังในนามของเครือข่ายเทรดในท้องถิ่น และ PBBR จะส่งต่อการรับส่งข้อมูลแบบมัลติแคสต์ไปยังเครือข่ายเทรดเฉพาะเมื่อปลายทางได้สมัครใช้บริการผ่านอุปกรณ์เทรดอย่างน้อย 1 เครื่อง
สำหรับ Thread 1.2 Minimal End Device ลูกค้าอาจต้องพึ่งพาผู้ปกครองในการรวบรวมข้อมูลที่อยู่มัลติแคสต์และทำ MLR ในนามของตนเอง หรือลงทะเบียนตนเองหากเครือข่ายหลักเป็น Thread 1.1
สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดดูที่ข้อมูลจำเพาะของเทรด 1.2 ส่วนที่ 5.24 การส่งต่อมัลติแคสต์สำหรับขอบเขตพื้นที่ที่ใหญ่กว่าขอบเขตพื้นที่จริง
สิ่งที่คุณจะสร้าง
ใน Codelab นี้ คุณจะต้องตั้งค่า Border Router เทรดและอุปกรณ์เทรด 2 เครื่อง จากนั้นเปิดใช้และยืนยันฟีเจอร์ Multicast ในอุปกรณ์เทรดและอุปกรณ์ Wi-Fi
สิ่งที่คุณจะได้เรียนรู้
- วิธีสร้างเฟิร์มแวร์ nRF52840 ด้วยฟีเจอร์ Thread 1.2 Multicast
- วิธีสมัครใช้บริการที่อยู่ IPv6 แบบมัลติแคสต์ในอุปกรณ์เทรด
สิ่งที่คุณต้องมี
- อุปกรณ์ Raspberry Pi 3/4 และการ์ด SD ที่รองรับพื้นที่เก็บข้อมูลอย่างน้อย 8 GB
- บอร์ด Nordic เซมิคอนดักเตอร์ nRF52840 DK 3 แผง
- Wi-Fi AP ที่ไม่มี IPv6 Router Advertisement Guard บนเราเตอร์
- แล็ปท็อป Linux/macOS (Raspberry Pi ก็ใช้งานได้) ที่ติดตั้ง Python3
2. ตั้งค่า OTBR
ทำตาม Thread Border Router - Bidirectional IPv6 Connectivity and DNS-Based Service Discovery สำหรับ Codelab เพื่อตั้งค่า Thread Border Router ใน Raspberry Pi
เมื่อเสร็จแล้ว Raspberry Pi ควรสร้างเครือข่าย Thread ที่ใช้งานได้และเชื่อมต่อกับเครือข่าย Wi-Fi
OTBR ควรกลายเป็นเราเตอร์ Backbone หลักภายในไม่กี่วินาที
$ sudo ot-ctl bbr state Primary Done $ sudo ot-ctl bbr BBR Primary: server16: 0xD800 seqno: 23 delay: 1200 secs timeout: 3600 secs Done
3. อุปกรณ์การสร้างและอุปกรณ์เทรด Flash
สร้างแอปพลิเคชัน Thread 1.2 CLI ด้วย Multicast และแฟลชบอร์ด nRF52840 DK 2 บอร์ด
เฟิร์มแวร์รุ่น nRF52840 DK
ทำตามวิธีการเพื่อโคลนโปรเจ็กต์และสร้างเฟิร์มแวร์ nRF52840
$ mkdir -p ~/src $ cd ~/src $ git clone --recurse-submodules --depth 1 https://github.com/openthread/ot-nrf528xx.git $ cd ot-nrf528xx/ $ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_MLR=ON -DOT_THREAD_VERSION=1.2 $ arm-none-eabi-objcopy -O ihex build/bin/ot-cli-ftd ot-cli-ftd.hex
ค้นหาเฟิร์มแวร์ HEX ที่สร้างสำเร็จได้ที่ ot-cli-ftd.hex
เฟิร์มแวร์ Flash nRF52840 DK
แฟลชเฟิร์มแวร์ไปยัง nRF52840 DK โดยใช้ nrfjprog ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องมือบรรทัดคำสั่ง nRF
$ nrfjprog -f nrf52 --chiperase --program ot-cli-ftd.hex --reset
4. ต่อเชื่อมอุปกรณ์เทรดกับเครือข่ายเทรด
OTBR ได้สร้างเครือข่ายเทรดในขั้นตอนก่อนหน้า ตอนนี้เราสามารถเพิ่ม nRF52840 DK ลงในเครือข่ายเทรดได้แล้ว
รับชุดข้อมูลที่ใช้งานอยู่ดิบจาก OTBR:
$ sudo ot-ctl dataset active -x 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff
เชื่อมต่อกับบอร์ด nRF52840 DK
$ screen /dev/ttyACM0 115200
กำหนดค่าชุดข้อมูล Active สำหรับ nRF52840 DK ดังนี้
> dataset set active 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff Done
เริ่มกลุ่มเทรดและรอ 2-3 วินาทีและตรวจสอบว่าอุปกรณ์เชื่อมต่อเรียบร้อยแล้ว ดังนี้
> ifconfig up Done > thread start Done > state child
ทำขั้นตอนข้างต้นซ้ำเพื่อติดบอร์ด nRF52840 DK อื่นๆ เข้ากับเครือข่ายเทรด
ตอนนี้เราตั้งค่าเครือข่ายเทรดด้วยอุปกรณ์เทรด 3 เครื่องเรียบร้อยแล้ว ซึ่งได้แก่ OTBR และบอร์ด nRF52840 DK 2 แผง
5. ตั้งค่าเครือข่าย Wi-Fi
ตั้งค่าเครือข่าย Wi-Fi บน OTBR และแล็ปท็อปให้เชื่อมต่อกับ Wi-Fi AP เดียวกัน
เราสามารถใช้ raspi-config เพื่อตั้งค่า SSID ของ Wi-Fi และรหัสผ่านใน Raspberry Pi OTBR
โทโพโลยีเครือข่ายสุดท้ายแสดงอยู่ด้านล่าง
6. สมัครรับข้อมูลที่อยู่ IPv6 แบบมัลติแคสต์
สมัครใช้บริการ ff05::abcd ใน nRF52840 End Device 1:
> ipmaddr add ff05::abcd Done
ยืนยันว่าสมัคร ff05::abcd เรียบร้อยแล้ว
> ipmaddr ff33:40:fdde:ad00:beef:0:0:1 ff32:40:fdde:ad00:beef:0:0:1 ff05:0:0:0:0:0:0:abcd <--- ff05::abcd subscribed ff02:0:0:0:0:0:0:2 ff03:0:0:0:0:0:0:2 ff02:0:0:0:0:0:0:1 ff03:0:0:0:0:0:0:1 ff03:0:0:0:0:0:0:fc Done
กดติดตาม ff05::abcd ทางแล็ปท็อป
เราต้องการสคริปต์ Python subscribe6.py เพื่อสมัครใช้บริการที่อยู่มัลติแคสต์บนแล็ปท็อป
คัดลอกโค้ดด้านล่างและบันทึกเป็น subscribe6.py
import ctypes
import ctypes.util
import socket
import struct
import sys
libc = ctypes.CDLL(ctypes.util.find_library('c'))
ifname, group = sys.argv[1:]
addrinfo = socket.getaddrinfo(group, None)[0]
assert addrinfo[0] == socket.AF_INET6
s = socket.socket(addrinfo[0], socket.SOCK_DGRAM)
group_bin = socket.inet_pton(addrinfo[0], addrinfo[4][0])
interface_index = libc.if_nametoindex(ifname.encode('ascii'))
mreq = group_bin + struct.pack('@I', interface_index)
s.setsockopt(socket.IPPROTO_IPV6, socket.IPV6_JOIN_GROUP, mreq)
print("Subscribed %s on interface %s." % (group, ifname))
input('Press ENTER to quit.')
เรียกใช้ subscribe6.py เพื่อสมัครใช้บริการ ff05::abcd ในอินเทอร์เฟซเครือข่าย Wi-Fi (เช่น wlan0):
$ sudo python3 subscribe6.py wlan0 ff05::abcd Subscribed ff05::abcd on interface wlan0. Press ENTER to quit.
โทโพโลยีเครือข่ายสุดท้ายที่มีการสมัครใช้บริการมัลติแคสต์จะแสดงอยู่ด้านล่าง
ตอนนี้เราได้สมัครใช้ที่อยู่ IPv6 Multicast ทั้งในเครือข่าย nRF52840 End Device 1 ในเครือข่าย Thread และแล็ปท็อปในเครือข่าย Wi-Fi แล้ว เราจะตรวจสอบความสามารถในการเข้าถึงมัลติแคสต์ของ IPv6 แบบ 2 ทิศทางในส่วนต่อไปนี้
7. ยืนยัน IPv6 Multicast ขาเข้า
ตอนนี้ เราควรจะเข้าถึงได้ทั้ง nRF52840 End Device 1 ในเครือข่าย Thread และแล็ปท็อปที่ใช้ที่อยู่ IPv6 Multicast ff05::abcd จากเครือข่าย Wi-Fi
ใช้คำสั่ง ping ff05::abcd ใน OTBR ผ่านอินเทอร์เฟซ Wi-Fi
$ ping -6 -b -t 5 -I wlan0 ff05::abcd PING ff05::abcd(ff05::abcd) from 2401:fa00:41:801:83c1:a67:ae22:5346 wlan0: 56 data bytes 64 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=1 ttl=64 time=57.4 ms 64 bytes from 2401:fa00:41:801:8c09:1765:4ba8:48e8: icmp_seq=1 ttl=64 time=84.9 ms (DUP!) 64 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=2 ttl=64 time=54.8 ms 64 bytes from 2401:fa00:41:801:8c09:1765:4ba8:48e8: icmp_seq=2 ttl=64 time=319 ms (DUP!) 64 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=3 ttl=64 time=57.5 ms 64 bytes from 2401:fa00:41:801:8c09:1765:4ba8:48e8: icmp_seq=3 ttl=64 time=239 ms (DUP!) # If using MacOS, use this command. The interface is typically not "wlan0" for Mac. $ ping6 -h 5 -I wlan0 ff05::abcd
เราพบว่า OTBR สามารถรับการตอบกลับด้วย ping 2 รายการจากทั้งอุปกรณ์ปลายทาง nRF52840 End 1 และแล็ปท็อป เนื่องจากทั้งคู่ได้สมัครใช้บริการ ff05::abcd ซึ่งแสดงให้เห็นว่า OTBR สามารถส่งต่อแพ็กเก็ตมัลติแคสต์คำขอ Ping ของ IPv6 จากเครือข่าย Wi-Fi ไปยังเครือข่ายเทรด
8. ยืนยัน IPv6 Multicast ขาออก
ใช้คำสั่ง ping ff05::abcd ใน nRF52840 End Device 2
> ping ff05::abcd 100 10 1 108 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=12 hlim=64 time=297ms 108 bytes from 2401:fa00:41:801:64cb:6305:7c3a:d704: icmp_seq=12 hlim=63 time=432ms 108 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=13 hlim=64 time=193ms 108 bytes from 2401:fa00:41:801:64cb:6305:7c3a:d704: icmp_seq=13 hlim=63 time=306ms 108 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=14 hlim=64 time=230ms 108 bytes from 2401:fa00:41:801:64cb:6305:7c3a:d704: icmp_seq=14 hlim=63 time=279ms
อุปกรณ์ปลายทาง nRF52840 อุปกรณ์ปลายทาง 2 สามารถรับคําสั่ง ping จากทั้งอุปกรณ์ปลายทาง nRF52840 อุปกรณ์ 1 และแล็ปท็อป ซึ่งแสดงให้เห็นว่า OTBR สามารถส่งต่อแพ็กเกจมัลติแคสต์ IPv6 Ping Reply จากเครือข่ายเทรดไปยังเครือข่าย Wi-Fi
9. ขอแสดงความยินดี
ขอแสดงความยินดี คุณตั้งค่า Thread Border Router และยืนยัน IPv6 Multicast แบบสองทิศทางเรียบร้อยแล้ว!
ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ OpenThread ได้ที่ openthread.io
เอกสารอ้างอิง: