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使用 nRF52840 开发板和 OpenThread 构建 Thread 网络

1. 简介

Google 发布的 OpenThread 是 Thread® 网络协议的开源实现。Google Nest 发布了 OpenThread，让开发者广泛使用 Nest 产品中使用的技术，以加快智能互联家居产品的开发速度。

线程规范定义了适用于家居应用的基于 IPv6 的可靠、安全、低功耗的无线设备到设备通信协议。OpenThread 实现所有 Thread 网络层，包括具有 MAC 安全性的 IPv6、6LoWPAN、IEEE 802.15.4、网格链接建立和网格路由。

在此 Codelab 中，您将在真实硬件上对 OpenThread 进行编程，创建和管理 Thread 网络，以及在节点之间传递消息。

学习内容

构建 OpenThread CLI 二进制文件并将其刷写到开发板
构建由 Linux 机器和开发板组成的 RCP
使用 OpenThread 守护程序和 ot-ctl 与 RCP 通信
使用 GNU 屏幕和 OpenThread CLI 手动管理线程节点
在 Thread 网络上安全调试设备
IPv6 多播的工作原理
使用 UDP 在线程节点之间传递消息

所需条件

硬件：

3 台北欧半导体 nRF52840 开发板
3 根 USB 转 Micro USB 线用于连接主板
至少有 3 个 USB 端口的 Linux 机器

软件：

GNU 工具链
Nordic nRF5x 命令行工具
Segger J-Link 软件
OpenThread
Git

2. 开始使用

OpenThread 模拟

在开始之前，您可能需要运行 OpenThread 模拟 Codelab，以熟悉基本的 Thread 概念和 OpenThread CLI。

串行端口终端

你应熟悉如何通过终端连接到串行端口。此 Codelab 使用 GNU Screen 并提供使用情况概览，但您也可以使用其他任何终端软件。

Linux 机器

此 Codelab 旨在使用基于 i386 或 x86 的 Linux 机器，充当无线电处理器 (RCP) Thread 设备的主机，并刷写所有 Thread 开发板。所有步骤已在 Ubuntu 14.04.5 LTS (Trusty Tahr) 上进行了测试。

北欧半导体 nRF52840 开发板

此 Codelab 使用了三个 nRF52840 PDK 开发板。

安装 SEGGER J-Link

我们使用 SEGGER J-Link 对包含板载 JTAG 模块的 nRF52840 开发板进行编程。在您的 Linux 机器上安装此软件。

下载适合您的机器的软件包，并将其安装到适当的位置。在 Linux 上，文件位置为 /opt/SEGGER/JLink。

安装 nRF5x 命令行工具

nRF5x 命令行工具可让您将 OpenThread 二进制文件刷写到 nRF52840 开发板。在 Linux 计算机上安装适当的 nRF5x-Command-Line-Tools-OS 。

将提取的软件包放入根文件夹 ~/ 中

安装 ARM GNU 工具链

ARM GNU 工具链用于构建。

我们建议将提取的归档文件放在 Linux 计算机上的 /opt/gnu-mcu-eclipse/arm-none-eabi-gcc/ 中。有关安装说明，请按照归档文件的 readme.txt 文件中的说明进行操作。

安装屏幕（可选）

屏幕是访问通过串行端口连接的设备的简单工具。此 Codelab 使用的是屏幕，但您可以根据需要使用任何串行端口终端应用。

$ sudo apt-get install screen

3. 克隆代码库

OpenThread

克隆和安装 OpenThread。script/bootstrap 命令会确保工具链已安装并且环境配置正确：

$ mkdir -p ~/src
$ cd ~/src
$ git clone --recursive https://github.com/openthread/openthread.git
$ cd openthread
$ ./script/bootstrap

构建 OpenThread 守护程序：

$ script/cmake-build posix -DOT_DAEMON=ON

现在，您已准备好构建 OpenThread 并将其刷写到 nRF52840 开发板上。

4. 设置 RCP 联接器

构建并刷写

使用 Joiner 和原生 USB 功能构建 OpenThread nRF52840 示例。设备使用 Joiner 角色进行安全身份验证并将其委托给 Thread 网络。原生 USB 支持使用 USB CDC ACM 作为 nRF52840 与主机之间的串行传输。

始终首先通过运行 rm -rf build 清理以前构建的代码库。

$ cd ~/src
$ git clone --recursive https://github.com/openthread/ot-nrf528xx.git
$ cd ot-nrf528xx
$ script/build nrf52840 USB_trans

导航到包含 OpenThread RCP 二进制文件的目录，并将其转换为十六进制格式：

$ cd ~/src/ot-nrf528xx/build/bin
$ arm-none-eabi-objcopy -O ihex ot-rcp ot-rcp.hex

将 USB 线连接到 nRF52840 开发板上外部电源引脚旁边的 Micro-USB 调试端口，然后将其插入 Linux 计算机。将 nRF52840 开发板上的 nRF 电源开关设置为 VDD。正确连接后，LED5 处于开启状态。

如果这是第一个连接到 Linux 机器的开发板，它会显示为串行端口 /dev/ttyACM0（所有 nRF52840 开发板都使用 ttyACM 作为串行端口标识符）。

$ ls /dev/ttyACM*
/dev/ttyACM0

请注意用于 RCP 的 nRF52840 开发板的序列号：

导航到 nRFx 命令行工具的位置，并使用开发板的序列号将 OpenThread RCP 十六进制文件刷写到 nRF52840 开发板上。请注意，如果您省略 --verify 标记，系统会显示一条警告消息，告知您 Flash 进程可能会失败且不会出错。

$ cd ~/nrfjprog/
$ ./nrfjprog -f nrf52 -s 683704924  --verify --chiperase --program \
       ~/src/ot-nrf528xx/build/bin/ot-rcp.hex --reset

成功输出时会生成以下输出：

Parsing hex file.
Erasing user available code and UICR flash areas.
Applying system reset.
Checking that the area to write is not protected.
Programing device.
Applying system reset.
Run.

给 Jamboard 加上“RCP”标签，这样就不会混淆董事会角色。

连接到原生 USB

由于 OpenThread RCP build 支持将原生 USB CDC ACM 用作串行传输，因此您必须使用 nRF52840 开发板上的 nRF USB 端口与 RCP 主机（Linux 计算机）通信。

将 USB 线的 Micro-USB 一端从已刷写的 nRF52840 开发板的调试端口上拆下，然后将其重新连接到重置按钮旁边的 Micro-USB nRF USB 端口。将 nRF 电源开关设置为 USB。

启动 OpenThread 守护程序

在 RCP 设计中，使用 OpenThread 守护程序与 Thread 设备进行通信和管理。使用 -v 详细标志启动 ot-daemon，以便您可以查看日志输出并确认其正在运行：

$ cd ~/src/openthread
$ sudo ./build/posix/src/posix/ot-daemon -v \
    'spinel+hdlc+uart:///dev/ttyACM0?uart-baudrate=115200'

成功后，详细模式下的 ot-daemon 会生成类似于以下内容的输出：

ot-daemon[12463]: Running OPENTHREAD/thread-reference-20200818-1938-g0f10480ed; POSIX; Aug 30 2022 10:55:05
ot-daemon[12463]: Thread version: 4
ot-daemon[12463]: Thread interface: wpan0
ot-daemon[12463]: RCP version: OPENTHREAD/thread-reference-20200818-1938-g0f10480ed; SIMULATION; Aug 30 2022 10:54:10

请将此终端窗口保持打开状态，以便查看来自 ot-daemon 的日志。

使用 ot-ctl 与 RCP 节点进行通信。ot-ctl 使用与 OpenThread CLI 应用相同的 CLI。因此，您可以使用与其他模拟 Thread 设备相同的方式控制 ot-daemon 节点。

在第二个终端窗口中，启动 ot-ctl：

$ sudo ./build/posix/src/posix/ot-ctl
>

检查以 ot-daemon 开头的节点 2（RCP 节点）的 state：

> state
disabled
Done

5. 设置 FTD

此 Codelab 中使用的另外两个线程节点是采用标准系统芯片 (SoC) 设计的全线程设备 (FTD)。在正式版设置中，用户可以使用 wpantund（生产级网络接口驱动程序）来控制 OpenThread NCP 实例，但在此 Codelab 中，我们将使用 OpenThread CLI ot-ctl。

其中一台设备用作专员，用于安全地对该设备进行身份验证和委托设备。其他设备充当联接器，它可向佣金线程进行身份验证。

构建并刷写

为 nRF52840 平台构建 OpenThread FTD 示例，同时启用 Commissioner 和 Joiner 角色：

$ cd ~/src/ot-nrf528xx
$ rm -rf build
$ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_JOINER=ON -DOT_COMMISSIONER=ON

转到包含 OpenThread 全线程设备 (FTD) CLI 二进制文件的目录，并将其转换为十六进制格式：

$ cd ~/src/ot-nrf528xx/build/bin
$ arm-none-eabi-objcopy -O ihex ot-cli-ftd ot-cli-ftd.hex

将 USB 线连接到 nRF52840 开发板上外部电源引脚旁边的 Micro-USB 端口，然后将其插入 Linux 计算机。如果 RCP 仍然连接到 Linux 计算机，则此新开发板应显示为串行端口 /dev/ttyACM1（所有 nRF52840 开发板均使用 ttyACM 作为串行端口标识符）。

$ ls /dev/ttyACM*
/dev/ttyACM0  /dev/ttyACM1

和之前一样，请注意用于 FTD 的 nRF52840 开发板的序列号：

导航到 nRFx 命令行工具的位置，并使用开发板的序列号将 OpenThread CLI FTD 十六进制文件刷写到 nRF52840 开发板上：

$ cd ~/nrfjprog/
$ ./nrfjprog -f nrf52 -s 683704924 --verify --chiperase --program \
       ~/src/ot-nrf528xx/build/bin/ot-cli-ftd.hex --reset

将 Jamboard 标记为“Commissioner”。

连接到原生 USB

由于 OpenThread FTD build 支持将原生 USB CDC ACM 用作串行传输，因此您必须使用 nRF52840 开发板上的 nRF USB 端口与 RCP 主机（Linux 计算机）通信。

验证 build

从终端窗口使用 GNU 屏幕访问 OpenThread CLI，以验证构建是否成功。nRF52840 开发板的波特率为 115200。

$ screen /dev/ttyACM1 115200

在新窗口中，按键盘上的 Return 键多次打开 OpenThread CLI > 提示符。启动 IPv6 接口并检查地址：

> ifconfig up
Done
> ipaddr
fe80:0:0:0:1cd6:87a9:cb9d:4b1d
Done

使用 Ctrl+a →

d 从 FTD Commissioner CLI 屏幕分离，然后返回 Linux 终端，以便可以刷写下一主板。如需随时重新输入 CLI，请在命令行中使用 screen -r。如需查看可用屏幕的列表，请使用 screen -ls：

$ screen -ls
There is a screen on:
        74182.ttys000.mylinuxmachine        (Detached)
1 Socket in /tmp/uscreens/S-username.

设置 FTD 联接器

使用现有的 ot-cli-ftd.hex build，重复上述过程，刷写第三个 nRF52840 开发板。完成后，请务必使用 nRF USB 端口将板重新连接到 PC，并将 nRF 电源开关设置为 VDD。

如果将另外两个节点连接到这根电路板，则它应该显示为串行端口 /dev/ttyACM2：

$ ls /dev/ttyACM*
/dev/ttyACM0  /dev/ttyACM1  /dev/ttyACM2

将白板标记为“连接符”。

使用 Screen 进行验证时，请不要从命令行创建新屏幕实例，而是重新附加到现有实例，并在其中创建新窗口（用于 FTD 专员）：

$ screen -r

使用 Ctrl+a → c 在“屏幕”中创建新窗口。

系统会显示新的命令行提示符。访问 FTD 联接器的 OpenThread CLI：

$ screen /dev/ttyACM2 115200

在此新窗口中，按键盘上的 Return 键多次打开 OpenThread CLI > 提示符。启动 IPv6 接口并检查地址：

> ifconfig up
Done
> ipaddr
fe80:0:0:0:6c1e:87a2:df05:c240
Done

现在，FTD 联接器 CLI 与 FTD 专员位于同一个 Screen 实例中，您可以使用 Ctrl+a → n 在它们之间切换。

使用 Ctrl+a →

d 以随时退出屏幕。

6. 终端窗口设置

今后，您将在 Thread 设备之间频繁切换，因此请确保所有这些设备都在实时运行且易于访问。到目前为止，我们一直在使用 Screen 来访问两个 FTD，此工具还允许在同一终端窗口上分屏。使用此方法可以了解一个节点如何响应另一个节点上发出的命令。

理想情况下，您应该有四个窗口随时可用：

ot-daemon 服务/日志
RCP Joiner，通过 ot-ctl
FTD 专员（通过 OpenThread CLI）
FTD 联接器（通过 OpenThread CLI）

如果您想使用自己的终端 / 串行端口配置或工具，可随时跳到下一步。以最适合您的方式为所有设备配置终端窗口。

使用屏幕

为便于使用，请仅启动一个屏幕会话。设置两个 FTD 时应该已经有一个了。

屏幕中的所有命令都以 Ctrl+a 开头。

基本屏幕命令：

重新附加到屏幕会话（从命令行）	`screen -r`
退出“屏幕”会话	Ctrl + a → `d`
在“屏幕”会话中创建新窗口	Ctrl + a → `c`
在同一屏幕会话中切换窗口	Ctrl+a → `n`（前进）Ctrl+a → `p`（返回）
在屏幕会话中终止当前窗口	Ctrl + a → `k`

分屏

借助屏幕，您可以将终端拆分为多个窗口：

您可以使用 Ctrl+a 访问 screen 中的命令。每个命令都应以此访问键组合开头。

如果您一直严格按照 Codelab 的说明进行操作，应该在同一 Screen 实例上有两个窗口（FTD 专员、FTD 联接器）。如需在这两者之间拆分屏幕，请先输入现有的屏幕会话：

$ screen -r

您应该使用某台 FTD 设备。在“屏幕”中按以下步骤操作：

按 Ctrl+a → S 可水平拆分窗口
Ctrl+a → Tab，将光标移至新的空白窗口
Ctrl+a → n，将该新窗口切换到下一个窗口
如果它与顶部的窗口相同，请再次按 Ctrl+a → n，以查看另一台 FTD 设备

它们现在都是可见的。使用 Ctrl+a → Tab 在这些键之间切换。为避免混淆，建议您使用 Ctrl+a → A 重命名每个窗口。

高级使用情形

如需进一步将屏幕划分为象限并查看 ot-daemon 日志和 RCP 联接器 ot-ctl，必须在同一 Screen 实例中启动这些服务。为此，请停止 ot-daemon 并退出 ot-ctl，然后在新的“屏幕”窗口 (Ctrl+a → c) 中重启它们。

此设置不是必需的，可以作为练习留给用户。

使用以下命令拆分和浏览窗口：

创建新窗口	Ctrl + a → `c`
垂直拆分窗口	Ctrl+a →
水平拆分窗口	Ctrl + a → `S`
跳转到下一个显示的窗口	Ctrl + a → `Tab`
向前或向后切换显示的窗口	Ctrl+a → `n` 或 `p`
重命名当前窗口	Ctrl + a → `A`

按 Ctrl+a → d 随时离开屏幕，然后通过命令行重新连接 screen -r。

如需详细了解屏幕，请参阅 GNU 屏幕快速参考。

7. 创建 Thread 网络

现在，您已经配置了所有终端窗口和屏幕，下面我们来创建 Thread 网络。在 FTD 专员上，创建一个新的操作数据集，并将其作为活跃数据集提交。操作数据集是您创建的 Thread 网络的配置。

## FTD Commissioner ##
----------------------

> dataset init new
Done
> dataset
Active Timestamp: 1
Channel: 11
Channel Mask: 07fff800
Ext PAN ID: c0de7ab5c0de7ab5
Mesh Local Prefix: fdc0:de7a:b5c0/64
Network Key: 1234c0de7ab51234c0de7ab51234c0de
Network Name: OpenThread-c0de
PAN ID: 0xc0de
PSKc: ebb4f2f8a68026fc55bcf3d7be3e6fe4
Security Policy: 0, onrcb
Done

记下网络密钥 1234c0de7ab51234c0de7ab51234c0de，稍后将使用。

将此数据集提交为活跃数据集：

> dataset commit active
Done

启动 IPv6 接口：

> ifconfig up
Done

启动线程协议操作：

> thread start
Done

片刻之后，请检查设备状态。应该是领先变体。此外，还要获取 RLOC16 以供日后参考。

## FTD Commissioner ##
----------------------

> state
leader
Done
> rloc16
0c00
Done

检查设备的 IPv6 地址：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> ipaddr
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:fc00        # Leader Anycast Locator (ALOC)
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:c00         # Routing Locator (RLOC)
fdc0:de7a:b5c0:0:6394:5a75:a1ad:e5a    # Mesh-Local EID (ML-EID)
fe80:0:0:0:1cd6:87a9:cb9d:4b1d         # Link-Local Address (LLA)

现在，从其他 Thread 设备进行扫描时，“Codelab”网络是可见的。

来自 RCP Joiner 上的 ot-ctl：

## RCP Joiner ##
----------------

> scan
| PAN  | MAC Address      | Ch | dBm | LQI |
+------+------------------+----+-----+-----+
| c0de | 1ed687a9cb9d4b1d | 11 | -36 | 232 |

在 FTD 联接器上的 OpenThread CLI 中：

## FTD Joiner ##
----------------

> scan
| PAN  | MAC Address      | Ch | dBm | LQI |
+------+------------------+----+-----+-----+
| c0de | 1ed687a9cb9d4b1d | 11 | -38 | 229 |

如果“Codelab”网络未出现在列表中，请尝试再次扫描。

8. 添加 RCP 联接器

此网络未启用线程调试，这意味着我们需要使用带外调试流程将 RCP 联接器添加到我们刚刚创建的线程网络。

在 FTD 专员上，我们记下了网络密钥，例如 1234c0de7ab51234c0de7ab51234c0de。如果您需要再次查找网络键，请在 FTD Commissioner 上运行以下命令：

## FTD Commissioner ##

> dataset networkkey
1234c0de7ab51234c0de7ab51234c0de
Done

接下来，在 RCP Joiner 上，将其有效数据集网络键设置为 FTD 专员网络密钥：

## RCP Joiner ##
----------------

> dataset networkkey 1234c0de7ab51234c0de7ab51234c0de
Done
> dataset commit active
Done

检查数据集，确保其设置正确无误。

## RCP Joiner ##
----------------

> dataset
Network Key: 1234c0de7ab51234c0de7ab51234c0de

启动 Thread，以便 RCP 联接器加入“Codelab”网络。等待几秒钟，检查状态、RLOC16 及其 IPv6 地址：

## RCP Joiner ##
----------------

> ifconfig up
Done
> thread start
Done
> state
child
Done
> rloc16
0c01
Done
> ipaddr
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:0c01         # Routing Locator (RLOC)
fdc0:de7a:b5c0:0:66bf:99b9:24c0:d55f    # Mesh-Local EID (ML-EID)
fe80:0:0:0:18e5:29b3:a638:943b          # Link-Local Address (LLA)
Done

记下 Mesh-Local IPv6 地址（此处为 fdc0:de7a:b5c0:0:66bf:99b9:24c0:d55f），稍后会用到。

返回 FTD Commissioner，检查路由器和子表，确认这两个设备是否属于同一网络。使用 RLOC16 识别 RCP 联接器。

## FTD Commissioner ##
----------------------

> router table
| ID | RLOC16 | Next Hop | Path Cost | LQ In | LQ Out | Age | Extended MAC     |
+----+--------+----------+-----------+-------+--------+-----+------------------+
|  3 | 0x0c00 |        3 |         0 |     0 |      0 |  35 | 1ed687a9cb9d4b1d |

Done
> child table
| ID  | RLOC16 | Timeout    | Age        | LQ In | C_VN |R|S|D|VER| Extended MAC     |
+-----+--------+------------+------------+-------+------+-+-+-+---+------------------+
|   1 | 0x0c01 |        240 |         25 |     3 |   89 |1|1|1|  2| 1ae529b3a638943b |
Done

对 RCP 联接器的网格本地地址（从 RCP 联接器的 ipaddr 输出中获取的网格本地地址）执行 ping 操作，以验证连接：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> ping fdc0:de7a:b5c0:0:66bf:99b9:24c0:d55f
> 8 bytes from fdc0:de7a:b5c0:0:66bf:99b9:24c0:d55f: icmp_seq=1 hlim=64 time=40ms

现在，我们有一个包含两个节点的 Thread 网络，如下图所示：

拓扑图

在您学习此 Codelab 的其余部分时，每当网络状态发生变化时，我们就会显示一个新的线程拓扑图。节点角色表示如下：

路由器始终是五边形，而终端设备始终是圆形。每个节点上的数字表示 CLI 输出中显示的路由器 ID 或子 ID，具体取决于每个节点当时的角色和状态。

9. 邀请 FTD 成员

现在，将第三个线程设备添加到“Codelab”网络。这一次，我们将使用更安全的带内调试流程，仅允许 FTD 联接员加入。

在 FTD 联接器上获取 eui64，以便 FTD 专员可以识别它：

## FTD Joiner ##
----------------

> eui64
2f57d222545271f1
Done

在 FTD Commissioner 上，启动专员，并指定可加入的设备的 eui64 以及联接器凭据，例如 J01NME。联接器凭据是一个设备专用字符串，包含所有大写字母数字字符（0-9 和 A-Y，不包括 I、O、Q 和 Z 以方便阅读），长度介于 6 到 32 个字符之间。

## FTD Commissioner ##
----------------------

> commissioner start
Done
> commissioner joiner add 2f57d222545271f1 J01NME
Done

切换到 FTD 联接器。使用您刚刚在 FTD 专员上设置的 Joiner Credential 启动 Joiner 角色：

## FTD Joiner ##
----------------

> ifconfig up
Done
> joiner start J01NME
Done

您将在大约一分钟内收到身份验证成功的确认消息：

## FTD Joiner ##
----------------

>
Join success

启动 Thread，以便 FTD 联接器加入“Codelab”网络，并立即检查状态和 RLOC16：

## FTD Joiner ##
----------------

> thread start
Done
> state
child
Done
> rloc16
0c02
Done

检查设备的 IPv6 地址。请注意，没有 ALOC。这是因为此设备不是主要副本，也不具有需要 ALOC 的任播专用角色。

## FTD Joiner ##
----------------

> ipaddr
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:c02         # Routing Locator (RLOC)
fdc0:de7a:b5c0:0:3e2e:66e:9d41:ebcd    # Mesh-Local EID (ML-EID)
fe80:0:0:0:e4cd:d2d9:3249:a243         # Link-Local Address (LLA)

立即切换到 FTD Commissioner，并检查路由器和子表，确认“Codelab”网络中是否存在三个设备：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> router table
| ID | RLOC16 | Next Hop | Path Cost | LQ In | LQ Out | Age | Extended MAC     |
+----+--------+----------+-----------+-------+--------+-----+------------------+
|  3 | 0x0c00 |        3 |         0 |     0 |      0 |  50 | 1ed687a9cb9d4b1d |

> child table
| ID  | RLOC16 | Timeout    | Age        | LQ In | C_VN |R|S|D|N| Extended MAC     |
+-----+--------+------------+------------+-------+------+-+-+-+-+------------------+
|   1 | 0x0c01 |        240 |         25 |     3 |   89 |1|1|1|1| 1ae529b3a638943b |
|   2 | 0x0c02 |        240 |         15 |     3 |   44 |1|1|1|1| e6cdd2d93249a243 |
Done

根据 RLOC16，FTD 联接器已作为最终用户（子设备）连接到网络。更新后的拓扑如下：

10. 线程处理实例

此 Codelab 中的 Thread 设备是一种特定类型的全线程设备 (FTD)，称为“符合路由器条件的终端设备 (REED)”。这意味着它们可以充当路由器或终端设备，并且可以从终端设备提升到路由器。

线程最多可以支持 32 个路由器，但会尝试将路由器的数量保持在 16 到 23 之间。如果 REED 作为终端设备（子设备）连接，并且路由器数量低于 16 个，那么随机时间段在两分钟以内后便会自动升级到路由器。

添加 FTD 联接器后，如果线程网络中有两个子项，请至少等待两分钟，然后在 FTD Commissioner 上重新检查路由器和子表：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> router table
| ID | RLOC16 | Next Hop | Path Cost | LQ In | LQ Out | Age | Extended MAC     |
+----+--------+----------+-----------+-------+--------+-----+------------------+
|  3 | 0x0c00 |        3 |         0 |     0 |      0 |  50 | 1ed687a9cb9d4b1d |
| 46 | 0xb800 |       63 |         0 |     3 |      3 |   1 | e6cdd2d93249a243 |

> child table
| ID  | RLOC16 | Timeout    | Age        | LQ In | C_VN |R|S|D|N| Extended MAC     |
+-----+--------+------------+------------+-------+------+-+-+-+-+------------------+
|   1 | 0x0c01 |        240 |         61 |     3 |   89 |1|1|1|1| 1ae529b3a638943b |
Done

FTD 联接器 (Extended MAC = e6cdd2d93249a243) 已自行升级到路由器。请注意，RLOC16 不同于 b800（而不是 0c02）。这是因为 RLOC16 基于设备的路由器 ID 和子 ID。从终端设备转换到路由器时，其路由器 ID 和子 ID 值以及 RLOC16 都会更改。

在 FTD 联接器上确认新状态和 RLOC16：

## FTD Joiner ##
----------------

> state
router
Done
> rloc16
b800
Done

降级 FTD 联接器

您可以通过将 FTD 联接器从路由器手动降级回终端设备来测试此行为。将状态更改为子项并检查 RLOC16：

## FTD Joiner ##
----------------

> state child
Done
> rloc16
0c03
Done

返回 FTD Commissioner，FTD 联接器现在应显示在子表中 (ID = 3)。在过渡期间，它也可能在以下两个位置：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> router table
| ID | RLOC16 | Next Hop | Path Cost | LQ In | LQ Out | Age | Extended MAC     |
+----+--------+----------+-----------+-------+--------+-----+------------------+
|  3 | 0x0c00 |        3 |         0 |     0 |      0 |  50 | 1ed687a9cb9d4b1d |
| 46 | 0xb800 |       63 |         0 |     3 |      3 |   1 | e6cdd2d93249a243 |

> child table
| ID  | RLOC16 | Timeout    | Age        | LQ In | C_VN |R|S|D|N| Extended MAC     |
+-----+--------+------------+------------+-------+------+-+-+-+-+------------------+
|   1 | 0x0c01 |        240 |         61 |     3 |   89 |1|1|1|1| 1ae529b3a638943b |
|   3 | 0x0c03 |        240 |         16 |     3 |   94 |1|1|1|1| e6cdd2d93249a243 |
Done

一段时间后，它将切换回 RLOC 为 b800 的路由器。

移除领先变体

主要副本由所有线程路由器自动选择。这意味着，如果当前 Leader 已从 Thread 网络中移除，其他路由器将成为新的 Leader。

在 FTD Commissioner 上，关闭 Thread 以将其从 Thread 网络中移除：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> thread stop
Done
> ifconfig down
Done

在两分钟内，FTD 联接器将成为新的 Thread Leader。检查 FTD 联接器的状态和 IPv6 地址以验证：

## FTD Joiner ##
----------------

> state
leader
Done
> ipaddr
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:fc00       # Now it has the Leader ALOC!
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:b800
fdc0:de7a:b5c0:0:3e2e:66e:9d41:ebcd
fe80:0:0:0:e4cd:d2d9:3249:a243
Done

检查子表。请注意，这是新的 RLOC16。这是 RCP 联接器（由其 ID 和扩展 MAC 指示）。为了共同维护 Thread 网络，它已将父路由器从 FTD 专员切换到 FTD 联接器。这会导致 RCP 联接器的新 RLOC16（因为其路由器 ID 已从 3 更改为 46）。

## FTD Joiner ##
----------------

> child table
| ID  | RLOC16 | Timeout    | Age        | LQ In | C_VN |R|S|D|N| Extended MAC     |
+-----+--------+------------+------------+-------+------+-+-+-+-+------------------+
|   1 | 0xb801 |        240 |         27 |     3 |  145 |1|1|1|1| 1ae529b3a638943b |
Done

您可能需要等待几分钟，以便 RCP 联接器以子项的形式附加到 FTD 联接器。检查状态和 RLOC16 以确认：

## RCP Joiner ##
--------------

> state
child
> rloc16
b801

重新附加 FTD 专员

包含两个节点的 Thread 网络不太好玩。让 FTD 专员重新上线。

在 FTD Commissioner 上，重启会话：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> ifconfig up
Done
> thread start
Done

两分钟内，它会作为终端自动重新连接到“Codelab”网络，然后将其自行升级到路由器。

## FTD Commissioner ##
----------------------

> state
router
Done

检查 FTD 联接器上的路由器和子表以验证：

## FTD Joiner ##
----------------

> router table
| ID | RLOC16 | Next Hop | Path Cost | LQ In | LQ Out | Age | Extended MAC     |
+----+--------+----------+-----------+-------+--------+-----+------------------+
|  3 | 0x0c00 |       63 |         0 |     3 |      3 |   0 | 1ed687a9cb9d4b1d |
| 46 | 0xb800 |       46 |         0 |     0 |      0 |  15 | e6cdd2d93249a243 |

> child table
| ID  | RLOC16 | Timeout    | Age        | LQ In | C_VN |R|S|D|N| Extended MAC     |
+-----+--------+------------+------------+-------+------+-+-+-+-+------------------+
|   1 | 0xb801 |        240 |        184 |     3 |  145 |1|1|1|1| 1ae529b3a638943b |
Done

我们的 Thread 网络再次由三个节点组成。

11. 问题排查

在不同的终端或屏幕窗口中管理多台设备的 Thread 网络可能很复杂。如果遇到问题，请按照以下提示“重置”网络或工作区的状态。

Screen

如果您的配置丢失（屏幕窗口过多或屏幕中的屏幕），请按 Ctrl+a → k 终止屏幕窗口，直到不存在这些窗口为止；在命令行上，screen -ls 会输出 No Sockets found。然后为每台设备重新创建屏幕窗口。即使屏幕终止，设备状态也会保留。

线程节点

如果线程网络拓扑不如本 Codelab 中所述，或节点由于某种原因断开连接（可能由驱动它们的 Linux 机器进入休眠状态），最好关闭线程，清除网络凭据，然后从创建线程网络步骤重新开始。

如需重置 FTD，请执行以下操作：

## FTD Commissioner or FTD Joiner ##
------------------------------------

> thread stop
Done
> ifconfig down
Done
> factoryreset
Done

RCP 可通过 ot-ctl 以相同的方式进行重置：

## RCP Joiner ##
----------------

> thread stop
Done
> ifconfig down
Done
> factoryreset
Done

12. 使用多播

多播用于一次将信息传递给一组设备。在 Thread 网络中，特定地址会预留给多组设备使用，具体取决于范围。

IPv6 地址	作用域	已送达
`ff02::1`	本地链接	所有 FTD 和 MED
`ff02::2`	本地链接	所有 FTD 和边界路由器
`ff03::1`	网状网络本地	所有 FTD 和 MED
`ff03::2`	网状网络本地	所有 FTD 和边界路由器

由于我们没有在此 Codelab 中使用边界路由器，因此我们将重点介绍两个 FTD 和 MED 多播地址。

本地链接

链路本地范围包含可通过单个无线电传输或单个“跃点”访问的所有线程接口。网络拓扑会指示哪些设备对 ff02::1 多播地址执行 ping 操作。

从 FTD 专员 ping ff02::1：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> ping ff02::1
> 8 bytes from fe80:0:0:0:e4cd:d2d9:3249:a243: icmp_seq=2 hlim=64 time=9ms

该网络中还有另外两台设备（FTD 联接器和 RCP 联接器），但 FTD 专员只收到 FTD 联接器的链路本地地址 (LLA) 响应。这意味着 FTD 联接器是 FTD 专员可以通过单个跃点连接的唯一设备。

现在，从 FTD 联接器 ping ff02::1：

## FTD Joiner ##
----------------

> ping ff02::1
> 8 bytes from fe80:0:0:0:1cd6:87a9:cb9d:4b1d: icmp_seq=1 hlim=64 time=11ms
8 bytes from fe80:0:0:0:18e5:29b3:a638:943b: icmp_seq=1 hlim=64 time=24ms

两种回复！检查其他设备的 IPv6 地址后，我们可以看到第一个（以 4b1d 结尾）是 FTD Commissioner’s LLA，第二个（以 943b 结尾）是 RCP Joiner’s LLA。

这意味着 FTD 联接器与 FTD 专员和 RCP 联接器直接连接，这确认了我们的拓扑。

网状网络本地

Mesh-Local 范围包含在同一 Thread 网络中可访问的所有 Thread 接口。让我们看看对 ff03::1 多播地址的 ping 的响应。

从 FTD 专员 ping ff03::1：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> ping ff03::1
> 8 bytes from fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:b800: icmp_seq=3 hlim=64 time=9ms
8 bytes from fdc0:de7a:b5c0:0:66bf:99b9:24c0:d55f: icmp_seq=3 hlim=64 time=68ms

这次 FTD 专员收到了两个响应，一个来自 FTD 联接器的路由定位器 (RLOC，以 b800 结尾)，另一个来自 RCP 联接器的网格本地 EID (ML-EID，以 d55f 结尾)。这是因为网格本地范围包含整个线程网络。无论设备在网络中哪个位置，都会订阅 ff03::1 地址。

从 FTD 联接器 ping ff03::1 以确认相同的行为：

## FTD Joiner ##
----------------

> ping ff03::1
> 8 bytes from fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:c00: icmp_seq=2 hlim=64 time=11ms
8 bytes from fdc0:de7a:b5c0:0:66bf:99b9:24c0:d55f: icmp_seq=2 hlim=64 time=23ms

请注意两个 ping 输出中 RCP 联接器的响应时间。与 FTD 专员联系时，RCP 联接员花费的时间（68 毫秒）要长得多（23 毫秒）。这是因为它必须进行两次跃点才能找到 FTD 专员，而 FTD 联接员只能跳出 1 次。

您可能也已注意到，网格本地多播 ping 仅对两个 FTD（而不是 RCP 联接器）返回 RLOC。这是因为 FTD 是网络中的路由器，而 RCP 是终端设备。

检查 RCP Joiner 的状态以确认：

## RCP Joiner ##
----------------

> state
child

13. 使用 UDP 发送消息

OpenThread 提供的应用服务之一是传输层协议 (UDP)。在 OpenThread 上构建的应用可以使用 UDP API 在 Thread 网络中的节点之间传递消息，或者在外部网络（如互联网，如果 Thread 网络具有边界路由器）上向其他设备发送消息。

UDP 套接字通过 OpenThread CLI 公开。让我们使用它在两个 FTD 之间传递消息。

获取 FTD 联接器的 Mesh-Local EID 地址。我们之所以使用此地址，是因为可以从 Thread 网络内的任何位置访问该地址。

## FTD Joiner ##
----------------

> ipaddr
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:fc00        # Leader Anycast Locator (ALOC)
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:b800        # Routing Locator (RLOC)
fe80:0:0:0:e4cd:d2d9:3249:a243         # Link-Local Address (LLA)
fdc0:de7a:b5c0:0:3e2e:66e:9d41:ebcd    # Mesh-Local EID (ML-EID)
Done

启动 UDP 并将其绑定到任何 IPv6 地址的套接字：

## FTD Joiner ##
----------------

> udp open
Done
> udp bind :: 1212

切换到 FTD Commissioner，启动 UDP，然后使用其 ML-EID 连接到您在 FTD 联接器上设置的套接字：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> udp open
Done
> udp connect fdc0:de7a:b5c0:0:3e2e:66e:9d41:ebcd 1212
Done

UDP 连接应在两个节点之间建立。向 FTD 专员发送邮件：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> udp send hellothere
Done

FTD 联接器收到 UDP 消息！

## FTD Joiner ##
----------------

> 10 bytes from fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:c00 49153 hellothere

14. 恭喜！

您创建了一个物理 Thread 网络！

您现在已经知道：

Thread 设备类型、角色和范围之间的区别
Thread 设备如何管理其在网络中的状态
如何使用 UDP 在节点之间传递简单消息

后续步骤

在此 Codelab 的基础上，尝试进行以下练习：

使用 ot-cli-mtd 二进制文件将 FTD 联接器板重新刷写为 MTD，您会观察到，该控制器从不会升级到路由器或尝试成为主要副本
向网络添加更多设备（尝试使用其他平台！），使用路由器和子表以及多播地址的 ping 草拟拓扑。
使用 pyspinel 控制 NCP
使用 OpenThread Border Router 将 NCP 转换为边界路由器，并将 Thread 网络连接到互联网

深入阅读

查看 openthread.io 和 GitHub，了解各种 OpenThread 资源，包括：

支持的平台 - 发现支持 OpenThread 的所有平台
构建 OpenThread - 详细了解如何构建和配置 OpenThread
Thread Primer - 涵盖此 Codelab 中介绍的所有 Thread 概念

参考：