จําลองเครือข่ายชุดข้อความโดยใช้ OTNS

1. บทนำ

5abd22afa2f2ee9a.png

ชุดข้อความและ OTNS คืออะไร

เทรดคือโปรโตคอลเครือข่าย Mesh แบบไร้สายที่ใช้พลังงานจาก IP ซึ่งเปิดใช้การสื่อสารที่ปลอดภัยระหว่างอุปกรณ์กับอุปกรณ์ระบบคลาวด์ เครือข่ายชุดข้อความจะปรับตัวตามการเปลี่ยนแปลงโทโพโลยีเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวจุดเดียว

OpenThread ที่เผยแพร่โดย Google เป็นการใช้งาน Thread แบบโอเพนซอร์ส แม้จะมีขนาดโค้ดและขอบเขตหน่วยความจําขนาดเล็ก แต่ OpenThread ก็รองรับฟีเจอร์ทั้งหมดที่กําหนดไว้ในข้อมูลจําเพาะของชุดข้อความ

โปรแกรมจําลองเครือข่าย OpenThread (OTNS) สามารถใช้เพื่อจําลองเครือข่ายชุดข้อความโดยเรียกใช้โหนด OpenThread จําลองบนแพลตฟอร์ม Posix OTNS มอบอินเทอร์เฟซบนเว็บที่ใช้งานง่าย (OTNS-Web) สําหรับการสร้างภาพและใช้งานเครือข่ายชุดข้อความจําลอง

สิ่งที่คุณจะได้เรียนรู้

  • ติดตั้ง OTNS และทรัพยากร Dependency
  • สร้าง OpenThread สําหรับ OTNS
  • วิธีเพิ่ม/ย้าย/ลบโหนดใน OTNS-Web
  • ใช้ฟีเจอร์อื่นๆ ที่มีประโยชน์ของ OTNS-Web ในการจําลองเครือข่าย
  • ยืนยันว่าข้อความ 1 ข้อจะไม่ตรงกัน

Codelab นี้จะเน้นที่ OTNS-CLI และ OTNS-Web แต่ไม่ครอบคลุมฟีเจอร์อื่นๆ ของ OTNS เช่น การเขียนสคริปต์ Python

สิ่งที่ต้องมี

  • Linux x86_64 หรือ Mac OS
  • Git
  • ไป 1.11 ขึ้นไป
  • เว็บเบราว์เซอร์ OTNS-Web ใช้เว็บเบราว์เซอร์ในการแสดงการจําลอง
  • Thread Primer คุณจําเป็นต้องทราบแนวคิดพื้นฐานของ Thread เพื่อทําความเข้าใจสิ่งที่สอนใน Codelab นี้

2. การติดตั้ง

ติดตั้ง Go

OTNS กําหนดให้ใช้ Go 1.11 ขึ้นไปในการสร้าง

  1. ติดตั้ง Go จาก https://golang.org/dl/
  2. เพิ่ม $(go env GOPATH)/bin (ปกติ $HOME/go/bin) ใน $PATH:
$ export PATH=$PATH:$(go env GOPATH)/bin

รับรหัส OTNS

$ git clone https://github.com/openthread/ot-ns.git ./otns
$ cd otns

ทรัพยากร Dependency ของการติดตั้ง

$ ./script/install-deps
grpcwebproxy installed: /usr/local/google/home/simonlin/go/bin/grpcwebproxy

ระบบอาจขอให้คุณป้อนรหัสผ่านเพื่อ sudo

ติดตั้ง OSTN

ติดตั้ง otns ไปยัง $GOPATH/bin:

$ ./script/install
otns installed: /usr/local/google/home/simonlin/go/bin/otns

ตรวจสอบว่ามีการติดตั้ง otns อย่างถูกต้องหรือไม่

  1. เรียกใช้ which otns เพื่อตรวจสอบว่าไฟล์ปฏิบัติการ otns จะค้นหาได้ใน $PATH. หรือไม่
  2. หากไม่พบคําสั่ง otns ให้ตรวจสอบว่าคุณได้เพิ่ม $(go env GOPATH)/bin ลงใน $PATH. แล้ว

3. สร้าง OpenThread สําหรับ OTNS

รับรหัส OpenThread จาก GitHub

$ mkdir -p ~/src
$ git clone https://github.com/openthread/openthread ~/src/openthread

สร้าง OpenThread ด้วย OTNS=1

$ cd ~/src/openthread
$ ./script/bootstrap
$ ./bootstrap
$ make -f examples/Makefile-simulation OTNS=1

คุณจะพบไฟล์ปฏิบัติการ OpenThread ในไดเรกทอรี output ได้ดังนี้

Linux

$ ls ~/src/openthread/output/simulation/bin
ot-cli-ftd        ot-cli-mtd        ot-ncp-ftd        ot-ncp-mtd        ot-rcp

macOS

$ ls ~/src/openthread/output/simulation/bin
ot-cli-ftd        ot-cli-mtd        ot-ncp-ftd        ot-ncp-mtd        ot-rcp

ตอนนี้ถึงเวลาเรียกใช้ OTNS...

4. เรียกใช้ OTNS

เรียกใช้ otns:

$ cd ~/src/openthread/output/simulation/bin
$ otns
> ← OTNS-CLI prompt

เมื่อเริ่มใช้งานเรียบร้อยแล้ว OTNS จะเข้าสู่คอนโซล CLI (OTNS-CLI) แล้วเปิดเว็บเบราว์เซอร์เพื่อสร้างภาพและการจัดการเครือข่าย (OTNS-Web)

a0e05178d66929b1.png

หากเห็นเพียงหน้าเปล่าสําหรับ OTNS-Web แสดงว่าเบราว์เซอร์อาจไม่เปิดใช้ WebGL โปรดดูhttps://superuser.com/a/836833 เกี่ยวกับวิธีเปิดใช้ WebGL

ในส่วนต่อไปนี้ คุณจะได้เรียนรู้วิธีจัดการการจําลอง OTNS ผ่าน OTNS-CLI และ OTNS-Web

5. ทําความรู้จักกับ OTNS-CLI และ OTNS-Web

OTNS-CLI

OTNS-CLI มี Command Line Interface (CLI) สําหรับจัดการการจําลอง OTNS

$ cd ~/src/openthread/output/simulation/bin
$ otns
> ← OTNS-CLI prompt

คุณพิมพ์คําสั่งผ่าน OTNS-CLI ได้ โปรดดูรายการคําสั่ง OTNS CLI สําหรับรายการคําสั่งทั้งหมด ไม่ต้องกังวล คุณจะใช้คําสั่งเหล่านี้เพียงบางส่วนใน Codelab นี้

OTNS-เว็บ

OTNS-Web เป็นเครื่องมือการแสดงภาพและการจัดการเครือข่ายของ OTNS ซึ่งจะให้ภาพโหนด ข้อความ และลิงก์ของเครือข่ายชุดข้อความที่จําลอง สังเกตองค์ประกอบต่างๆ ของ OTNS-Web ดังต่อไปนี้

4c5b43509a2ca0d0.png

6. เพิ่มโหนด

เพิ่มโหนดผ่าน OTNS-CLI

เพิ่มเราเตอร์ที่ตําแหน่ง (300, 100)

> add router x 300 y 100
1
Done

คุณควรเห็นโหนดที่สร้างขึ้นใน OTNS-Web โหนดจะเริ่มต้นเป็นเราเตอร์และกลายเป็นผู้นําใน 2-3 วินาที

8ca8c2e63ed9818d.png

เพิ่มโหนดผ่าน 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

รอสักครู่เพื่อให้โหนดผสานเข้าเป็นพาร์ติชันเดียว คุณควรเห็นโหนดใน OTNS-WEB

3ee67903c01aa612.png

เพิ่มโหนดภายในวันที่ OTNS-Web

นอกจากนี้ คุณยังเพิ่มโหนดผ่าน OTNS-Web ได้ด้วย คลิกปุ่ม New Router ของ Action Bar คุณจะเห็นโหนดที่กําลังสร้างอยู่เหนือปุ่ม New Router ลากโหนดให้อยู่ใกล้กับผู้นําที่คุณสร้างไว้ผ่าน OTNS-CLI ท้ายที่สุดแล้วควรรวมโหนดทั้งหมดเป็นพาร์ติชันเดียว

420258bb92561146.png

คลิกปุ่ม FED, MED และ SED ในแถบการดําเนินการเพื่อสร้างโหนดประเภทอื่นๆ ลากรายการเหล่านี้ไปยังตําแหน่งใกล้กับโหนดที่มีอยู่เพื่อต่อเชื่อมเข้ากับเครือข่ายชุดข้อความ ดังนี้

fe15d6f9726a099e.png

ตอนนี้คุณสร้างเครือข่ายชุดข้อความของพาร์ติชันหนึ่งที่มีหลายโหนดแล้ว ในส่วนถัดไป เราจะปรับความเร็วในการจําลองเพื่อทําให้การจําลองทํางานเร็วขึ้น

7. ปรับความเร็ว

ปัจจุบันการจําลองควรทํางานที่ความเร็ว 1X ซึ่งหมายความว่าการจําลองที่ผ่านไปแล้วและเวลาที่ผ่านไปนั้นเทียบเท่ากับเวลาจริงที่เราสร้างโหนดแรก

ปรับความเร็วจนถึง OTNS-CLI

คุณปรับความเร็วของการจําลองได้ผ่าน OTNS-CLI

ตั้งค่าจําลองความเร็วเป็น 100X

> speed 100
Done

คุณจะเห็นโหนดส่งข้อความบ่อยกว่าเดิม

ตั้งค่าจําลองความเร็วเป็น MAX

> speed max
Done

ตอนนี้ OTNS พยายามจําลองให้เร็วที่สุดเท่าที่จะทําได้ ดังนั้นคุณควรเห็นโหนดส่งข้อความจํานวนมาก

หยุดการจำลองชั่วคราว

> speed 0
Done

การจําลองความเร็วเป็น 0 จะหยุดการจําลองชั่วคราว

กู้คืนการจําลองที่ความเร็วปกติ

> speed 1
Done

การจําลองความเร็วเป็นค่าที่มากกว่า 0 จะทําให้การจําลองกลับมาทํางานอีกครั้ง

ปรับความเร็วจนถึง OTNS-Web

ปุ่มควบคุมความเร็ว

ค้นหาปุ่มควบคุมความเร็ว 9329157c1bd12672.png ในAction Bar ปุ่มจะแสดงความเร็วในการจําลองปัจจุบัน และสามารถใช้เพื่อปรับการจําลองความเร็วและหยุดชั่วคราว/เล่นต่อการจําลอง

เร่งการจําลอง

คุณสามารถเร่งการจําลองได้โดยคลิกปุ่ม 39b88331779277ad.png จนกว่าความเร็วจะถึง MAX: f5f460b2586d299b.png

จําลองการทํางานช้าลง

คุณสามารถชะลอการจําลองได้ด้วยการคลิกปุ่ม 31cca8d5b52fa900.png

หยุดการจำลองชั่วคราว

คลิกปุ่ม 46 ซีซี 2088c9aa7ab6.png เพื่อหยุดการจําลองชั่วคราวเมื่อเรียกใช้ ปุ่มจะเปลี่ยนเป็น ce25eda3496ffcd4.png

ทําการจําลองต่อ

คลิกปุ่ม ce25eda3496ffcd4.png เพื่อดําเนินการจําลองต่อเมื่อหยุดไว้ชั่วคราว ระบบจะเปลี่ยนปุ่มกลับไปเป็น 46 ซีซี 2088c9aa7ab6.png

ตั้งค่าจําลองความเร็วเป็น 10X

เพื่อประหยัดเวลา ให้ใช้

OTNS-CLI เพื่อปรับความเร็วจําลองเป็น

10X เพื่อให้เราสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงโทโพโลยีในเครือข่ายได้เร็วกว่ามาก

> speed 10
Done

8. เปิด/ปิดวิทยุ

ตอนนี้การจําลองควรมีเราเตอร์ 2 ตัว (รูปทรงหกเหลี่ยม) และเด็กจํานวนมาก รวมถึงวิ่งด้วยความเร็ว 10 เท่า

ค้นหาผู้นําปัจจุบัน (เส้นขอบสีแดง) ของเราเตอร์ 2 เครื่อง คลิกครั้งเดียวเพื่อเลือก

8c6a2e191cdae0c7.png

ปิดวิทยุ

คลิกปุ่ม 7ca085f470491dd4.png บนแถบการทํางานเพื่อปิดวิทยุของโหนดผู้นํา:

a3bf58d9d125f95f.png

ผู้นําจะไม่สามารถส่งหรือรับข้อความเมื่อปิดวิทยุได้

รอประมาณ 12 วินาที (เวลาจําลอง 120 วินาที) เพื่อให้เราเตอร์อื่นกลายเป็นผู้นําใหม่

e3d32f85c4a1b990.png

เครือข่ายชุดข้อความจะกู้คืนจากความล้มเหลวของผู้นําโดยอัตโนมัติโดยการสร้างพาร์ติชันใหม่กับผู้นําคนใหม่ นอกจากนี้พาร์ติชันใหม่จะมีสีพาร์ติชันใหม่ด้วย

เปิดวิทยุ

เลือกผู้นําที่ปิดวิทยุไว้ คลิกปุ่ม 2d9cecb8612b42aa.png บน Action Bar เพื่อคืนค่าการเชื่อมต่อวิทยุ

7370a7841861aa3a.png

ผู้นําควรเชื่อมต่อกับเครือข่ายอีกครั้งหลังจากคืนค่าการเชื่อมต่อวิทยุแล้ว

9. ย้ายโหนด

OTNS ช่วยให้ผู้ใช้ย้ายโหนดได้อย่างง่ายดายผ่าน OTNS-CLI หรือ OTNS-Web

ย้ายโหนดผ่าน OTNS-CLI

วิธีย้ายโหนด 5 ไปยังตําแหน่งใหม่

> move 5 600 300
Done

เนื่องจากตอนนี้โหนด 5 อยู่ห่างจากเราเตอร์อีกเครื่องหนึ่งมาก โหนดจึงควรขาดการเชื่อมต่อกันและหลังจากจําลองเวลาประมาณ 12 วินาที (120 วินาที) จึงกลายเป็นผู้นําในพาร์ติชันของตนเอง

c06b4d0a4f183299.png

ย้ายโหนดผ่าน OTNS-Web

ย้ายโหนด 5 กลับไปยังตําแหน่งเดิมโดยการลาก 2 พาร์ติชันควรผสานกลับไปเป็นพาร์ติชันเดียว

9ba305c4c5a5f892.png

10. ลบโหนด

ลบโหนดผ่าน OTNS-CLI

ลบโหนด 8:

> del 8
Done

โหนด 8 ควรหายไปจากการจําลอง

18156770d9f8bf83.png

ลบโหนดผ่าน OTNS-Web

เลือกโหนด 5 และคลิกปุ่ม 7ff6afd565f4eafc.png บน Action Bar เพื่อลบโหนด 5

d4079cceea0105f0.png

Node 1 ควรเป็นผู้นําและ Node 7 ควรปลดออกเนื่องจากเข้าถึงเราเตอร์ไม่ได้

ล้างการจําลอง (ลบโหนดทั้งหมด)

คุณล้างการจําลองได้โดยลบโหนดทั้งหมดผ่าน OTNS-Web

คลิกปุ่ม 89618191721e79a0.png ใน Action Bar. โหนดทั้งหมดจะหายไปในครั้งเดียว

ก่อนดําเนินการต่อ...

เพิ่มโหนดบางส่วนไปยังการจําลองด้วยตัวเองเพื่อให้คุณดําเนินการต่อในบทแนะนํานี้ได้

11. บริบทของโหนด OTNS-CLI

OTNS-CLI มีโหมดบริบทของโหนดเพื่อช่วยให้โต้ตอบกับโหนดได้อย่างง่ายดายเพื่อช่วยให้นักพัฒนาซอฟต์แวร์วิเคราะห์สถานะของโหนด

เข้าสู่โหมดบริบทโหนด

ป้อนบริบทโหนดของโหนด 1:

> node 1
Done
node 1>

ข้อความแจ้ง CLI เปลี่ยนเป็น node 1> ซึ่งระบุบริบทโหนดปัจจุบัน คุณสามารถพิมพ์คําสั่ง OpenThread CLI ที่จะดําเนินการบนโหนดเสมือนกับว่าคุณกําลังโต้ตอบกับโหนดนั้นโดยตรง

เรียกใช้คําสั่งในบริบทโหนด

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

เปลี่ยนเป็นบริบทโหนดอื่น

node 1> node 2
Done
node 2> 

ออกจากโหนดโหนด

node 1> exit
Done
>

12. ขอแสดงความยินดี

ยินดีด้วย คุณได้จําลองเหตุการณ์ OTNS เป็นครั้งแรกเรียบร้อยแล้ว

คุณได้ดูวิธีติดตั้ง OTNS และทรัพยากร Dependency แล้ว คุณสร้าง OpenThread สําหรับ OTNS และเริ่มการจําลอง OTNS ด้วยอินสแตนซ์การจําลอง OpenThread คุณได้ดูวิธีจัดการการจําลองในแบบต่างๆ ผ่านทั้ง OTNS-CLI และ OTNS-Web แล้ว

ตอนนี้คุณทราบแล้วว่า OTNS คืออะไร และคุณจะใช้ OTNS เพื่อจําลองเครือข่าย OpenThread ได้อย่างไร

แล้วต้องทำอะไรต่อไปล่ะ

ลองดู Codelab เหล่านี้บางส่วน...

เอกสารอ้างอิง