เราเตอร์ Thread - Thread 1.2 Multicast

1. บทนำ

ขนาด 608c4c35050eb280.png

ชุดข้อความคืออะไร

เทรดคือโปรโตคอลเครือข่าย Mesh แบบไร้สายที่ใช้พลังงานจาก IP ซึ่งมอบการสื่อสารที่ปลอดภัยระหว่างอุปกรณ์กับอุปกรณ์ระบบคลาวด์ เครือข่ายชุดข้อความจะปรับตัวตามการเปลี่ยนแปลงโทโพโลยีเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวในจุดเดียว

OpenThread คืออะไร

OpenThread เปิดตัวโดย Google เป็นการใช้งาน Thread® แบบโอเพนซอร์ส

OpenThread Border Router คืออะไร

OpenThread Border Router (OTBR) ที่ Google เปิดตัวคือการใช้งานเราเตอร์ Thread Border แบบโอเพนซอร์ส

มัลติแคสต์ชุดข้อความ 1.2

เทรด 1.2 จะกําหนดชุดฟีเจอร์เพื่อรองรับมัลติแคสต์ผ่านเครือข่ายที่หลากหลาย (กลุ่มชุดข้อความและ Wi-Fi/อีเทอร์เน็ต) สําหรับที่อยู่มัลติแคสต์ที่มีขอบเขตขนาดใหญ่กว่าขอบเขตในเครื่อง

เราเตอร์ Border 1.2 Border Router จะลงทะเบียนชุดข้อมูล Backbone Router (BBR) และบริการ BBR ที่เลือกคือ Primary Backbone Router (PBBR) ซึ่งรับผิดชอบการรับส่งข้อมูลขาเข้า/ขาออกหลายรายการ

อุปกรณ์ชุดข้อความ 1.2 จะส่งข้อความ CoAP เพื่อลงทะเบียนที่อยู่มัลติแคสต์ไปที่ PBBR (การลงทะเบียน Broadcast Listener, MLR เรียกสั้นๆ) หากที่อยู่นั้นมากกว่าขอบเขตในเครื่อง PBBR ใช้ MLDv2 บนอินเทอร์เฟซภายนอกเพื่อสื่อสารกับ IPv6 LAN/WAN ที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับกลุ่มมัลติแคสต์ IPv6 ที่ต้องฟังในนามของเครือข่าย Thread ในเครื่อง และ PBBR จะส่งต่อการรับส่งข้อมูลมัลติแคสต์ไปยังเครือข่ายชุดข้อความก็ต่อเมื่อปลายทางสมัครรับข้อมูลจากอุปกรณ์ชุดข้อความอย่างน้อย 1 รายการ

สําหรับอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ชุดข้อความ 1.2 อุปกรณ์อาจต้องขึ้นอยู่กับผู้ปกครองเพื่อรวมที่อยู่มัลติแคสต์และ MLR ในนามของตนเอง หรือลงทะเบียนเองหากผู้ปกครองเป็นชุดข้อความ 1.1

โปรดดูรายละเอียดเพิ่มเติมที่หัวข้อข้อกําหนดของชุดข้อความ 1.2 ส่วนที่ 5.24 การส่งต่อมัลติแคสต์เกินกว่าขอบเขตขอบเขตในเครื่อง

สิ่งที่จะสร้าง

ใน Codelab นี้ คุณจะต้องตั้งค่าเราเตอร์ Thread Border และอุปกรณ์ เทรด 2 เครื่อง จากนั้นให้เปิดใช้งานและยืนยันฟีเจอร์มัลติแคสต์ในอุปกรณ์ เทรด และอุปกรณ์ Wi-Fi

สิ่งที่คุณจะได้เรียนรู้

  • วิธีสร้างเฟิร์มแวร์ nRF52840 ด้วยฟีเจอร์ Thread 1.2 Multicast
  • วิธีสมัครรับที่อยู่มัลติแคสต์ IPv6 ในอุปกรณ์ Thread

สิ่งที่คุณต้องมี

  • อุปกรณ์ Raspberry Pi 3/4 และการ์ด SD ที่รองรับอย่างน้อย 8 GB
  • กระดาน NRF52840 DK 3 แบบนอร์ดิก
  • Wi-Fi AP ที่ไม่ได้เปิดใช้ IPv6 Router Advertisement Guard ในเราเตอร์
  • แล็ปท็อป Linux/macOS (Raspberry Pi ใช้งานได้ด้วย) ที่ติดตั้ง Python3

2. ตั้งค่า OTBR

ปฏิบัติตามเราเตอร์ Thread Border - Bidirectual IPv6 Connectivity และ DNS-based Service Discovery เพื่อตั้งค่าเราเตอร์ Thread Border ใน Raspberry สวัสดี

เมื่อเสร็จแล้ว Raspberry Pi ควรสร้างเครือข่ายชุดข้อความที่ใช้งานได้และเชื่อมต่อกับเครือข่าย Wi-Fi แล้ว

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. อุปกรณ์ด้ายและแฟลช

สร้างแอปพลิเคชัน เทรด 1.2 CLI ด้วยมัลติแคสต์ และแฟลช nRF52840 DK ทั้ง 2 บอร์ด

สร้างเฟิร์มแวร์ 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

เราค้นหาเฟิร์มแวร์ HEX ที่สร้างสําเร็จได้ที่ ot-cli-ftd.hex

เฟิร์มแวร์ Flash nRF52840 DK

เปิดเฟิร์มแวร์ใน nRF52840 DK โดยใช้ nrfjprog ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องมือบรรทัดคําสั่ง nRF

$ nrfjprog -f nrf52 --chiperase --program ot-cli-ftd.hex --reset

4. แนบอุปกรณ์ชุดข้อความกับเครือข่ายชุดข้อความ

OTBR ได้สร้างเครือข่าย Thread ในขั้นตอนก่อนหน้าแล้ว ตอนนี้เราเพิ่ม nRF52840 DK ไปยังเครือข่ายชุดข้อความได้ ดังนี้

รับข้อมูลดิบที่มีการใช้งานจาก OTBR:

$ sudo ot-ctl dataset active -x
0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff

เชื่อมต่อกับกระดาน nRF52840 DK:

$ screen /dev/ttyACM0 115200

กําหนดค่าชุดข้อมูลที่ใช้งานอยู่สําหรับ nRF52840 DK

> dataset set active 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff
Done

เริ่มต้นสแต็กชุดข้อความและรอ 2-3 วินาทีและยืนยันว่าอุปกรณ์แนบเรียบร้อยแล้ว

> ifconfig up
Done
> thread start
Done
> state
child

ทําขั้นตอนข้างต้นซ้ําเพื่อแนบกระดาน nRF52840 DK อื่นกับเครือข่ายชุดข้อความ

ตอนนี้เราตั้งค่าเครือข่ายชุดข้อความด้วยชุดข้อความ 3 ชุดแล้ว ได้แก่ กระดาน OTBR และ nRF52840 DK 2 กระดาน

5. ตั้งค่าเครือข่าย Wi-Fi

ตั้งค่าเครือข่าย Wi-Fi ใน OTBR และแล็ปท็อปเพื่อให้เชื่อมต่อกับ Wi-Fi AP เดียวกัน

เราจะใช้ raspi-config เพื่อตั้งค่า SSID และรหัสผ่าน Wi-Fi ใน OTBR ของ Raspberry Pi

โทโพโลยีเครือข่ายสุดท้ายจะแสดงอยู่ด้านล่าง

5d0f36fd69ebcc9a.png

6. สมัครใช้บริการที่อยู่มัลติแคสต์ IPv6

สมัครใช้บริการ ff05::abcd ใน nRF52840 End Device 1:

> ipmaddr add ff05::abcd
Done

ยืนยันว่าสมัครใช้บริการ 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

สมัครใช้บริการ ff05::abcd ในแล็ปท็อป:

เราต้องการสคริปต์ Python subscribe6.py เพื่อสมัครรับที่อยู่มัลติแคสต์ในแล็ปท็อป

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 เพื่อสมัครรับข้อมูล ff05::abcd ในอินเทอร์เฟซเครือข่าย Wi-Fi (เช่น wlan0)

$ sudo python3 subscribe6.py wlan0 ff05::abcd
Subscribed ff05::abcd on interface wlan0.
Press ENTER to quit.

โทโพโลยีเครือข่ายสุดท้ายที่มีการสมัครใช้บริการมัลติแคสต์แสดงอยู่ด้านล่าง

b118448c98b2d583.png

ตอนนี้เราได้สมัครใช้บริการที่อยู่มัลติแคสต์ IPv6 ทั้งบน nRF52840 อุปกรณ์ปลายทาง 1 ในเครือข่ายชุดข้อความและแล็ปท็อปในเครือข่าย Wi-Fi แล้ว เราจะยืนยันการเข้าถึงมัลติแคสต์แบบ IPv6 แบบ 2 ทิศทางในส่วนต่อไปนี้

7. ยืนยันมัลติแคสต์ IPv6 ขาเข้า

ตอนนี้เราสามารถเข้าถึงทั้งอุปกรณ์ nRF52840 End Device 1 ในเครือข่ายชุดข้อความและแล็ปท็อปโดยใช้ที่อยู่มัลติแคสต์ IPv6 ff05::abcd จากเครือข่าย Wi-Fi ได้แล้ว

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!)

เราพบว่า OTBR สามารถรับการตอบกลับจากคําสั่ง ping 2 รายการจากทั้งอุปกรณ์ nRF52840 End Device 1 และแล็ปท็อปได้ เนื่องจากทั้งคู่ได้สมัครรับข้อมูลจาก ff05::abcd ซึ่งแสดงว่า OTBR สามารถส่งต่อแพ็กเกตคําขอ Ping ของ IPv6 จากเครือข่าย Wi-Fi ไปยังเครือข่ายชุดข้อความได้

8. ยืนยันมัลติแคสต์ IPv6 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

nRF52840 อุปกรณ์ปลายทาง 2 รับการตอบกลับคําสั่ง ping ได้จากทั้งอุปกรณ์ nRF52840 End Device 1 และแล็ปท็อป ซึ่งแสดงว่า OTBR สามารถส่งต่อแพ็กเกจมัลติแคสต์ Ping สําหรับ IPv6 จากเครือข่าย Thread ไปยังเครือข่าย Wi-Fi ได้

9. ขอแสดงความยินดี

ขอแสดงความยินดี คุณตั้งค่าเราเตอร์ Thread Border และยืนยัน IPv6 แบบ 2 ทิศทางเรียบร้อยแล้ว

ไปที่ openthread.io เพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ OpenThread

เอกสารอ้างอิง: