1. Wprowadzenie
Co to jest Thread?
Thread to oparty na adresie IP protokół sieci bezprzewodowej sieci o niskiej mocy, który umożliwia bezpieczną komunikację między urządzeniami i między urządzeniami. Sieci wątków mogą dostosowywać się do zmian w topologii, aby uniknąć awarii jednego punktu.
Co to jest OpenThread?
OpenThread wydany przez Google to implementacja oprogramowania Thread® na licencji open source.
Co to jest router graniczny OpenThread?
OTBR to opracowany przez Google program typu open source związany z routerem granicznym.
Multicast 1.2
Wątek 1.2 definiuje serię funkcji obsługujących multiemisję w heterogenicznych sieciach (segmenty wątków i sieci Wi-Fi/Ethernet) w przypadku adresów multicast w zakresie większym niż obszar lokalny.
Router routera granicznego Thread 1.2 rejestruje swój zbiór danych routera szkieletowego (BBR), a wybraną usługą BBR jest Główny router szkieletowy (PBBR), który odpowiada za przychodzące/wychodzące multicasty.
Urządzenie Thread 1.2 wysyła komunikat CoAP, aby zarejestrować adres multicast w PBBR (Multicast Listener Enrollment, MLR w przypadku większej niż lokalny obszar). PBBR korzysta z MLDv2 w interfejsie zewnętrznym do komunikacji z szerszą siecią IPv6 LAN/WAN w grupie IPv6, których musi słuchać w imieniu lokalnej sieci wątków. PBBR przekazuje ruch związany z multicastem do sieci typu Thread tylko wtedy, gdy miejsce docelowe jest subskrybowane przez co najmniej 1 urządzenie.
W przypadku minimalnych urządzeń z wątkiem końcowym w wątku 1.2 mogą one polegać na rodzicach, którzy gromadzą dane w trybie multicast, i wykonywać MLR w ich imieniu. Mogą też zarejestrować się, jeśli ich rodzic jest z wątku 1.1.
Więcej informacji znajdziesz w sekcji 5.24 Specyfikacji przesyłania zbiorczego w wątku 1.2 dla funkcji Multicast Forward, która jest większa niż zakres lokalny
Co utworzysz
Dzięki nim dowiesz się, jak skonfigurować router graniczny wątku i dwa urządzenia z wątkami, a następnie włączyć i zweryfikować funkcje multiemisji na urządzeniach z wątkami i sieciami Wi-Fi.
Czego się nauczysz
- Jak utworzyć oprogramowanie układowe nRF52840 z funkcjami multicast w Thread 1.2.
- Jak subskrybować adresy multicast w IPv6 na urządzeniach z wątkami
Co będzie potrzebne
- Urządzenie Raspberry Pi 3/4 i karta SD z co najmniej 8 GB pamięci.
- 3 półki Nordic półprzewodnikowe nRF52840 DK.
- Punkt dostępu Wi-Fi bez włączonego routera IPv6 IPv6 na routerze.
- Laptop z systemem Linux lub macOS (działa też Raspberry Pi) z zainstalowanym Pythonem.
2. Skonfiguruj OTBR
Postępuj zgodnie z ćwiczeniami z programowania Thread Border Router – dwukierunkowa łączność IPv6 i usługa oparta na DNS, aby skonfigurować router graniczny Thread na Raspberry Pi.
Gdy gotowe, narzędzie Raspberry Pi powinno utworzyć działającą sieć Thread i połączenie z siecią Wi-Fi.
Operator OTBR powinien w ciągu kilku sekund zostać głównym routerem szkieletowym.
$ 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. Kompilowanie i uruchamianie urządzeń Flash Thread
Stwórz aplikację wiersza poleceń Thread 1.2, korzystając z multiemisji, i Flash 2 tablice nRF52840 DK.
Wersja oprogramowania nRF52840 DK
Wykonaj instrukcje, aby skopiować projekt i utworzyć oprogramowanie układowe 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
Prawidłowe oprogramowanie układowe szesnastkowe znajdziesz na ot-cli-ftd.hex.
Oprogramowanie Flash nRF52840 DK
Uaktualnij oprogramowanie układowe do nRF52840 DK za pomocą nrfjprog, która jest częścią nRF Command Line Tools.
$ nrfjprog -f nrf52 --chiperase --program ot-cli-ftd.hex --reset
4. Podłączanie urządzeń Thread do sieci Thread
Firma OTBR utworzyła sieć wątków w poprzednich krokach. Teraz możemy dodać nRF55880 do sieci Thread:
Pobierz nieprzetworzony aktywny zbiór danych z OTBR:
$ sudo ot-ctl dataset active -x 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff
Połącz z tablicą nRF52840 DK:
$ screen /dev/ttyACM0 115200
Skonfiguruj aktywny zbiór danych dla numeru nRF52840:
> dataset set active 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff Done
Uruchom stos wątków i zaczekaj kilka sekund, aby sprawdzić, czy urządzenie się podłączyło:
> ifconfig up Done > thread start Done > state child
Powtórz powyższe kroki, aby podłączyć inną tablicę nRF52840 DK do sieci Thread.
Udało nam się skonfigurować sieć Thread z 3 urządzeniami: OTBR i 2 tablicami nRF52840 DK.
5. Skonfiguruj sieć Wi-Fi
Skonfiguruj sieć Wi-Fi na laptopach OTBR i laptopach, tak aby były połączone z tym samym punktem dostępu Wi-Fi.
Możesz użyć polecenia raspi-config do skonfigurowania identyfikatora SSID sieci Wi-Fi i hasła na koncie Raspberry Pi OTBR.
Ostateczna topologia sieci znajduje się poniżej:
6. Subskrybuj adres multicast IPv6
Zasubskrybuj ff05::abcd na urządzeniu końcowym nRF52840:
> ipmaddr add ff05::abcd Done
Sprawdź, czy subskrypcja ff05::abcd została zasubskrybowana:
> 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
Zasubskrybuj ff05::abcd na laptopie:
Aby zasubskrybować adres multicast na laptopie, musisz mieć skrypt Pythona subscribe6.py.
Skopiuj poniższy kod i zapisz go jako 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.')
Uruchom subscribe6.py, aby zasubskrybować ff05::abcd w interfejsie sieci Wi-Fi (np. wlan0):
$ sudo python3 subscribe6.py wlan0 ff05::abcd Subscribed ff05::abcd on interface wlan0. Press ENTER to quit.
Ostateczna topologia sieci z subskrypcjami multicast:
Subskrybujemy teraz adres IPv6 IPv6 zarówno na urządzeniu nRF52840 na urządzeniu Thread, jak i na laptopie w sieci Wi-Fi, więc w kolejnych sekcjach sprawdzimy, czy dostępna jest dwukierunkowa możliwość korzystania z połączenia IPv6.
7. Weryfikacja przychodzącego połączenia IPv6
Teraz możemy nawiązać połączenie z nRF52840 urządzeniem końcowym 1 w sieci typu Thread i z laptopem przy użyciu adresu multiemisji IPv6 ff05::abcd z sieci Wi-Fi.
Ping ff05::abcd na OTBR przez interfejs 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
Widzimy, że operator OTBR może otrzymywać 2 odpowiedzi ping zarówno z nRF52840 urządzenia końcowego nR, jak i z laptopa, ponieważ oboje subskrybowali ff05::abcd. Widoczna jest informacja, że OTBR może przekazywać pakiety Multi-Ping żądań IPv6 z sieci Wi-Fi do sieci Thread.
8. Weryfikowanie wychodzącego połączenia IPv6
Ping ff05::abcd na urządzeniu nRF52840 End 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
nRF52840 Urządzenie końcowe 2 może odbierać odpowiedzi ping z urządzenia nRF52840 końcowego urządzenia 1 i laptopa. Widać na niej, że pakiet OTBR może przekazywać pakiety multicast w IPv6 z sieci Thread-Stream do sieci Wi-Fi.
9. Gratulacje
Gratulacje! Udało Ci się skonfigurować router granicy wątków i zweryfikować dwukierunkowe przesyłanie grupowe IPv6!
Więcej informacji o OpenThread znajdziesz na openthread.io.
Dokumentacja: