1. Giới thiệu
Thread &là gì OTNS (nhiều thời điểm)
Thread là một giao thức mạng lưới không dây không dây công suất thấp dựa trên IP, cho phép giao tiếp an toàn giữa các thiết bị và giữa các thiết bị. Mạng Thread có thể thích ứng với những thay đổi về cấu trúc liên kết để tránh một điểm lỗi.
OpenThread do Google phát hành là một cách triển khai nguồn mở của Thread. Mặc dù có kích thước mã và mức sử dụng bộ nhớ nhỏ, nhưng OpenThread hỗ trợ tất cả tính năng được xác định trong Thông số kỹ thuật luồng.
Bạn có thể sử dụng Trình mô phỏng mạng OpenThread (OTNS) để mô phỏng mạng Thread bằng cách chạy các nút OpenThread mô phỏng trên nền tảng posix. OTNS cung cấp giao diện Web (OTNS-Web) dễ sử dụng để trực quan hoá và vận hành mạng Thread mô phỏng.
Kiến thức bạn sẽ học được
- Cài đặt OTNS và các phần phụ thuộc của OTNS
- Tạo OpenThread cho OTNS
- Cách thêm/di chuyển/xoá nút trong OTNS-Web
- Sử dụng các tính năng hữu ích khác của OTNS-Web để vận hành mô phỏng mạng
- Xác minh điểm không thành công duy nhất của OpenThread
Lớp học lập trình này tập trung vào OTNS-CLI và OTNS-Web. Các tính năng khác của OTNS, chẳng hạn như tập lệnh Python, không được đề cập.
Bạn cần có
- Linux x86_64 hoặc Mac OS.
- Git.
- Chuyển sang phiên bản 1.13 trở lên.
- Trình duyệt web. OTNS-Web sử dụng trình duyệt web để hiển thị các mô phỏng.
- Cẩm nang chủ đề. Bạn sẽ cần phải biết các khái niệm cơ bản về Thread để hiểu nội dung được dạy trong Lớp học lập trình này.
2. Cài đặt
Cài đặt Go
OTNS yêu cầu phiên bản Go 1.13 trở lên để xây dựng.
- Cài đặt Go từ https://golang.org/dl/
- Thêm
$(go env GOPATH)/bin(thường là$HOME/go/bin) vào$PATH:
$ export PATH=$PATH:$(go env GOPATH)/bin
Nhận mã OTNS
$ git clone https://github.com/openthread/ot-ns.git ./otns $ cd otns
Cài đặt phần phụ thuộc
$ ./script/install-deps grpcwebproxy installed: /usr/local/google/home/simonlin/go/bin/grpcwebproxy
Bạn có thể được yêu cầu nhập mật khẩu cho sudo.
Cài đặt ứng dụng không dây
Cài đặt otns vào $GOPATH/bin:
$ ./script/install otns installed: /usr/local/google/home/simonlin/go/bin/otns
Hãy kiểm tra xem otns đã được cài đặt đúng cách hay chưa
- Chạy
which otnsđể kiểm tra xem tệp thực thiotnscó tìm kiếm được trong$PATH.hay không - Nếu không tìm thấy lệnh
otns, hãy xác minh rằng bạn đã thêm$(go env GOPATH)/binvào$PATH.
3. Tạo OpenThread cho OTNS
Tải mã OpenThread từ GitHub
$ mkdir -p ~/src $ git clone https://github.com/openthread/openthread ~/src/openthread
Tạo OpenThread bằng OTNS=1
$ cd ~/src/openthread $ ./script/cmake-build simulation -DOT_OTNS=ON -DOT_SIMULATION_VIRTUAL_TIME=ON -DOT_SIMULATION_VIRTUAL_TIME_UART=ON -DOT_SIMULATION_MAX_NETWORK_SIZE=999
Bạn có thể tìm thấy các tệp thực thi OpenThread trong thư mục build:
$ ls ~/src/openthread/build/simulation/examples/apps/cli/ ot-cli-ftd ot-cli-mtd ot-cli-radio
Bây giờ, đã đến lúc chạy OTNS...
4. Chạy OTNS
Chạy otns:
$ cd ~/src/openthread/build/simulation/examples/apps/cli $ otns > ← OTNS-CLI prompt
Khi khởi động thành công, OTNS sẽ vào bảng điều khiển CLI (OTNS-CLI) và khởi chạy một trình duyệt web để trực quan hoá và quản lý mạng (OTNS-Web):
Nếu bạn chỉ thấy một trang trống cho OTNS-Web, thì có khả năng WebGL chưa được bật trong trình duyệt của bạn. Vui lòng tham khảohttps://superuser.com/a/836833 để biết cách bật WebGL.
Trong các phần sau, bạn sẽ tìm hiểu cách quản lý các công cụ mô phỏng OTNS thông qua OTNS-CLI và OTNS-Web.
5. Làm quen với OTNS-CLI và Web OTNS
OTNS-CLI
OTNS-CLI cung cấp Giao diện dòng lệnh (CLI) để quản lý các hoạt động mô phỏng OTNS.
$ cd ~/src/openthread/build/simulation/examples/apps/cli $ otns > ← OTNS-CLI prompt
Bạn có thể nhập các lệnh thông qua OTNS-CLI. Hãy tham khảo tài liệu tham khảo về CLI của OTNS để biết danh sách đầy đủ các lệnh. Đừng lo, bạn sẽ chỉ sử dụng một vài lệnh trong số các lệnh này trong Lớp học lập trình này.
Web OTNS
OTNS-Web là công cụ quản lý và trực quan hoá mạng của OTNS. Thành phần này trình bày trực quan các nút, thông báo và đường liên kết của mạng Thread mô phỏng. Lưu ý các phần tử khác nhau của OTNS-Web:
6. Thêm nút
Thêm nút thông qua OTNS-CLI
Thêm Bộ định tuyến tại vị trí (300, 100)
> add router x 300 y 100 1 Done
Bạn sẽ thấy một nút được tạo trong OTNS-Web. Nút bắt đầu như một Bộ định tuyến và trở thành một Thủ lĩnh sau vài giây:
Thêm các nút khác thông qua OTNS-CLI
> add fed x 200 y 100 2 Done > add med x 400 y 100 3 Done > add sed x 300 y 200 4 Done
Đợi vài giây để các nút hợp nhất vào một phân vùng. Bạn sẽ thấy các nút trong OTNS-WEB:
Thêm nút muộn nhất là vào OTNS-Web
Bạn cũng có thể thêm các nút thông qua OTNS-Web. Nhấp vào nút New Router của Action Bar. Bạn sẽ thấy một nút được tạo ngay phía trên nút New Router. Kéo nút đó đến gần Người lãnh đạo mà bạn đã tạo thông qua OTNS-CLI. Tất cả các nút cuối cùng sẽ hợp nhất thành một phân vùng:
Đồng thời, nhấp vào các nút FED, MED và SED trên Thanh tác vụ để tạo các loại nút khác. Kéo các nút này vào vị trí gần các nút hiện có để đính kèm vào mạng Thread đó:
Bây giờ, bạn đã tạo mạng Thread gồm một phân vùng chứa nhiều nút. Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ điều chỉnh tốc độ mô phỏng để chạy quá trình mô phỏng nhanh hơn.
7. Điều chỉnh tốc độ
Hiện tại, quá trình mô phỏng phải chạy ở tốc độ 1X, nghĩa là thời gian mô phỏng đã trôi qua cho đến thời điểm này giống với thời gian thực tế kể từ khi chúng ta tạo nút đầu tiên.
Điều chỉnh tốc độ thông qua OTNS-CLI
Bạn có thể điều chỉnh tốc độ mô phỏng thông qua OTNS-CLI.
Đặt tốc độ mô phỏng thành 100X
> speed 100 Done
Bạn sẽ thấy các nút này gửi thông báo thường xuyên hơn trước đây.
Đặt tốc độ mô phỏng thành MAX
> speed max Done
Hiện tại, OTNS đang cố gắng mô phỏng nhanh nhất có thể, vì vậy, bạn sẽ thấy các nút gửi rất nhiều thông báo.
Tạm dừng mô phỏng
> speed 0 Done
Việc đặt tốc độ mô phỏng thành 0 sẽ tạm dừng quá trình mô phỏng.
Khôi phục mô phỏng ở tốc độ bình thường
> speed 1 Done
Thao tác đặt tốc độ mô phỏng thành một giá trị lớn hơn 0 sẽ tiếp tục quá trình mô phỏng.
Điều chỉnh tốc độ thông qua OTNS-Web
Nút điều chỉnh tốc độ
Tìm các nút điều chỉnh tốc độ 
trên Action Bar. Các nút hiển thị tốc độ mô phỏng hiện tại và có thể dùng để điều chỉnh tốc độ mô phỏng cũng như tạm dừng/tiếp tục quá trình mô phỏng.
Tăng tốc độ mô phỏng
Bạn có thể tăng tốc độ mô phỏng bằng cách nhấp vào nút 
cho đến khi tốc độ đạt MAX: 
.
Mô phỏng chức năng giảm tốc độ
Bạn có thể giảm tốc độ mô phỏng bằng cách nhấp vào nút 
.
Tạm dừng mô phỏng
Nhấp vào nút 
để tạm dừng hoạt động mô phỏng khi đang chạy. Nút này sẽ được đổi thành 
.
Tiếp tục mô phỏng
Nhấp vào nút để tiếp tục quá trình mô phỏng khi chương trình này tạm dừng. Nút này sẽ được chuyển về .
Đặt tốc độ mô phỏng thành 10X
Để tiết kiệm thời gian, hãy sử dụng
OTNS-CLI để điều chỉnh tốc độ mô phỏng thành
10X để chúng ta có thể quan sát những thay đổi về cấu trúc liên kết trong mạng nhanh hơn nhiều.
> speed 10 Done
8. Bật/tắt đài
Bây giờ, mô phỏng sẽ chứa 2 Bộ định tuyến (hình lục giác) và nhiều con, đồng thời chạy ở tốc độ 10X.
Tìm Leader hiện tại (đường viền màu đỏ) của 2 Bộ định tuyến, nhấp một lần để chọn Đường viền đó:
Tắt radio
Nhấp vào nút 
trên Thanh thao tác để tắt đài của nút Lãnh đạo:
Người lãnh đạo sẽ không thể gửi hoặc nhận tin nhắn khi tắt đài.
Đợi khoảng 12s (120s trong thời gian mô phỏng) để Router khác trở thành Leader mới:
Mạng Thread tự động khôi phục từ lỗi của Leader bằng cách tạo một phân vùng mới với một Leader mới. Phân vùng mới cũng có màu phân vùng mới.
Bật radio
Chọn Người lãnh đạo có đài đã bị tắt. Nhấp vào nút 
trên Action Bar để khôi phục kết nối radio:
Người lãnh đạo phải kết nối lại với mạng sau khi kết nối vô tuyến được khôi phục.
9. Di chuyển nút
OTNS cho phép người dùng di chuyển các nút dễ dàng thông qua OTNS-CLI hoặc OTNS-Web.
Di chuyển nút qua OTNS-CLI
Di chuyển nút 5 đến vị trí mới:
> move 5 600 300 Done
Vì bây giờ nút 5 cách xa Bộ định tuyến khác, chúng sẽ mất kết nối với nhau và sau khoảng 12 giây (120 giây trong thời gian mô phỏng) cả hai đều trở thành Lãnh đạo của phân vùng của riêng họ:
Di chuyển nút qua OTNS-Web
Di chuyển nút 5 trở lại vị trí ban đầu bằng cách kéo. Hai phân vùng phải hợp nhất lại thành một phân vùng:
10. Xoá nút
Xoá các nút thông qua OTNS-CLI
Xoá nút 8:
> del 8 Done
Nút 8 sẽ biến mất khỏi quá trình mô phỏng:
Xoá các nút thông qua OTNS-Web
Chọn nút 5 rồi nhấp vào nút 
trên Action Bar để xoá nút 5:
Node 1 sẽ trở thành Leader và Node 7 phải được tách ra vì nó không thể tiếp cận bất kỳ Bộ định tuyến nào.
Xoá hoạt động mô phỏng (xoá tất cả các nút)
Bạn có thể xoá phiên mô phỏng bằng cách xoá tất cả các nút thông qua OTNS-Web.
Nhấp vào nút 
trên Action Bar. Tất cả các nút sẽ biến mất cùng một lúc.
Trước khi tiếp tục...
Hãy tự thêm một số nút vào phần mô phỏng để có thể tiếp tục xem hướng dẫn này.
11. Bối cảnh nút OTNS-CLI
OTNS-CLI cung cấp chế độ ngữ cảnh nút để dễ dàng tương tác với các nút nhằm giúp nhà phát triển chẩn đoán trạng thái của một nút.
Vào chế độ ngữ cảnh nút
Nhập ngữ cảnh nút của nút 1:
> node 1 Done node 1>
Lời nhắc CLI đã thay đổi thành node 1> , cho biết ngữ cảnh nút hiện tại. Bạn có thể nhập các lệnh OpenThread CLI để được thực thi trên nút như thể bạn đang tương tác trực tiếp với nút.
Thực thi lệnh trong ngữ cảnh nút
node 1> state leader Done node 1> channel 11 Done node 1> panid 0xface Done node 1> networkname OpenThread Done node 1> ipaddr fdde:ad00:beef:0:0:ff:fe00:fc00 fdde:ad00:beef:0:0:ff:fe00:d800 fdde:ad00:beef:0:2175:8a67:1000:6352 fe80:0:0:0:2075:82c2:e9e9:781d Done
Chuyển sang một ngữ cảnh nút khác
node 1> node 2 Done node 2>
Thoát bối cảnh nút
node 1> exit Done >
12. Xin chúc mừng
Xin chúc mừng, bạn đã thực thi thành công phiên mô phỏng OTNS đầu tiên của mình!
Bạn đã tìm hiểu cách cài đặt OTNS và các phần phụ thuộc của OTNS. Bạn đã tạo OpenThread cho OTNS và bắt đầu mô phỏng OTNS bằng các thực thể mô phỏng OpenThread. Bạn đã tìm hiểu cách thao tác trong quá trình mô phỏng theo nhiều cách thông qua cả OTNS-CLI và OTNS-Web.
Giờ đây, bạn đã biết OTNS là gì và cách sử dụng OTNS để mô phỏng mạng OpenThread.
Tiếp theo là gì?
Hãy xem một số lớp học lập trình này...
- Mô phỏng mạng Thread bằng OpenThread
- Mô phỏng mạng Thread bằng OpenThread trong Docker
- Xây dựng mạng Thread bằng các bảng nRF52840 và OpenThread