1. 簡介
什麼是 Thread？
Thread 是一種以 IP 為基礎的低功率無線網狀網路通訊協定，可保護裝置之間和裝置之間的通訊。Thread 網路可根據拓撲變更，避免單點故障。
什麼是 OpenThread？
Google 發布的 OpenThread 是 Thread® 的開放原始碼實作方式。
什麼是 OpenThread 邊界路由器？
Google 發行的 OpenThread 邊界路由器 (OTBR) 是 Thread 邊界路由器的開放原始碼實作。
Thread 1.2 多點傳播
Thread 1.2 定義了一系列的功能，讓範圍大於本機運作範圍的多點傳播位址在異質網路 (Thread 和 Wi-Fi/乙太網路區段) 上支援多點傳送。
Thread 1.2 邊界路由器會註冊其骨幹路由器 (BBR) 資料集，而所選 BBR 服務為主要骨幹路由器 (PBBR)，負責進行多點傳播傳入/傳出向前路由器。
如果位址大於本機運作範圍，Thread 1.2 裝置就會傳送 CoAP 訊息給 PBBR (多點傳播監聽器註冊，簡稱 MLR)。PBBR 會在外部介面上使用 MLDv2，以代表本機 Thread 網路，與更廣泛的 IPv6 LAN/WAN 通訊，討論需要監聽的 IPv6 多點傳送群組。此外，只有在至少一部 Thread 裝置訂閱目的地的情況下，PBBR 才會將多點傳播流量轉送至 Thread 網路。
針對 Thread 1.2 極簡端裝置，他們可能會仰賴家長來匯總多點傳播位址，並代表該執行多點傳播位址執行，或是在家長為 Thread 1.1 的情況下自行註冊。
詳情請參閱 Thread 1.2 規格第 5.24 節 (適用於大於領域本機範圍的多點傳播轉送)。
建構目標
在本程式碼研究室中，您將設定 Thread 邊界路由器和兩部 Thread 裝置，然後在 Thread 裝置和 Wi-Fi 裝置上啟用及驗證多點傳播功能。
學習目標
- 如何使用 Thread 1.2 多點傳播功能建構 nRF52840 韌體。
- 如何在 Thread 裝置上訂閱 IPv6 多點傳播位址。
軟硬體需求
- 一部 Raspberry Pi 3/4 裝置，以及至少具備 8 GB 能力的 SD 卡。
- 3 北歐半導體 nRF52840 DK 電路板。
- 路由器上未啟用 IPv6 路由器通告功能的 Wi-Fi AP。
- 已安裝 Python3 的 Linux/macOS 筆記型電腦 (Raspberry Pi 也正常運作)。
2. 設定 OTBR
按照 Thread 邊界路由器 - 雙向 IPv6 連線和 DNS 型服務探索 程式碼研究室，在 Raspberry Pi 上設定 Thread 邊界路由器。
安裝完成後，Raspberry Pi 應建立正常運作的 Thread 網路並連上 Wi-Fi 網路。
OTBR 應該會在幾秒內成為主要骨幹路由器。
$ 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. 建構與 Flash Thread 裝置
使用多點傳播功能建構 Thread 1.2 CLI 應用程式，刷新兩個 nRF52840 DK 電路板。
版本 nRF52840 DK 韌體
按照操作說明複製專案，並建構 nRF52840 韌體。
$ 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
可在 ot-cli-ftd.hex 找到成功建構的 HEX 韌體。
Flash nRF52840 DK 韌體
使用 nRF 指令列工具中的 nrfjprog，將韌體刷新到 nRF52840 DK。
$ nrfjprog -f nrf52 --chiperase --program ot-cli-ftd.hex --reset
4. 將 Thread 裝置連接至 Thread 網路
OTBR 在先前的步驟中建立了 Thread 網路。我們現在可以將 nRF52840 DK 新增至 Thread 網路：
從 OTBR 取得原始有效資料集：
$ sudo ot-ctl dataset active -x 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff
連線至 nRF52840 DK 遊戲板：
$ screen /dev/ttyACM0 115200
設定 nRF52840 DK 的有效資料集：
> dataset set active 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff Done
啟動 Thread 堆疊，並等候幾秒鐘，並確認裝置已成功連接：
> ifconfig up Done > thread start Done > state child
重複執行上述步驟，將其他 nRF52840 DK 電路板連接到 Thread 網路。
我們現在已成功設定 3 台 Thread 裝置的 Thread 網路：OTBR 和兩個 nRF52840 DK 主機板。
5. 設定 Wi-Fi 網路
在 OTBR 和筆記型電腦上設定 Wi-Fi 網路，讓這些裝置連上相同的 Wi-Fi AP。
我們可以使用 raspi-config 在 Raspberry Pi OTBR 上設定 Wi-Fi SSID 和通關密語。
最終的網路拓撲如下所示：
6. 訂閱 IPv6 多點傳播位址
在 nRF52840 端裝置 1 上訂閱 ff05::abcd：
> ipmaddr add ff05::abcd Done
確認 ff05::abcd 訂閱成功：
> 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
在筆電上訂閱 ff05::abcd：
我們需要 Python 指令碼 subscribe6.py，才能訂閱筆電上的多點傳播位址。
複製下方程式碼並將其儲存為 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.')
執行 subscribe6.py，在 Wi-Fi 網路介面 (例如 wlan0) 上訂閱 ff05::abcd：
$ sudo python3 subscribe6.py wlan0 ff05::abcd Subscribed ff05::abcd on interface wlan0. Press ENTER to quit.
多點傳播訂閱項目的最終網路拓撲如下所示：
我們已在 Thread 網路的 nRF52840 終端裝置 1 和 Wi-Fi 網路的筆記型電腦上訂閱 IPv6 多點傳播位址，我們將在以下各節中驗證雙向 IPv6 多點傳播可連性。
7. 驗證傳入 IPv6 多點傳送
現在，我們應該可以透過 Wi-Fi 網路的 IPv6 多點傳送位址 ff05::abcd，在 Thread 網路中同時連線至 nRF52840 端裝置 1。
透過 Wi-Fi 介面對 OTBR 執行連線偵測 (ping)：
$ 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
我們可以看到，OTBR 可以同時收到 nRF52840 終端裝置 1 和筆記型電腦的兩則連線偵測 (ping) 回覆，因為兩者都訂閱了 ff05::abcd。這表示 OTBR 可以從 Wi-Fi 網路將 IPv6 Ping 要求多點傳送封包轉送至 Thread 網路。
8. 驗證傳出 IPv6 多點傳送
Ping ff05::abcd 在 nRF52840 端裝置 2 上：
> 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
nRF52840 終端裝置 2 可以接收來自 nRF52840 端裝置 1 和筆記型電腦的連線偵測 (ping)。這表示 OTBR 可以從 Thread 網路將 IPv6 Ping Reply 多點傳播套件轉送至 Wi-Fi 網路。
9. 恭喜
恭喜，您已成功設定 Thread 邊界路由器，並驗證雙向 IPv6 多點傳送！
如要進一步瞭解 OpenThread，請前往 openthread.io。
參考文件：