使用 OTNS 模擬執行緒網路

一、簡介

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什麼是「執行緒」和 OTNS

Thread 是一種 IP 型的低功耗網狀網路通訊協定,可讓裝置與裝置之間的通訊安全地進行。執行緒網路可配合拓撲變更進行調整,避免單點故障。

Google 發布的 OpenThread 是由 Thread 的開放原始碼實作。儘管程式碼較小,但記憶體空間有限,OpenThread 仍支援 Thread 規格中定義的所有功能。

OpenThread Network 模擬工具 (OTNS) 可以在 posix 平台上執行模擬的 OpenThread 節點,用於模擬 Thread 網路。OTNS 提供簡單易用的網頁介面 (OTNS-Web),方便您視覺化及操作模擬 Thread 網路。

須知事項

  • 安裝 OTNS 及其依附元件
  • 為 OTNS 建構 OpenThread
  • 如何在 OTNS-Web 中新增/移動/刪除節點
  • 使用 OTNS-Web 的其他實用功能操作網路模擬
  • 確認 OpenThread 的單點故障

這個程式碼研究室著重於 OTNS-CLI 和 OTNS-Web。OTNS 的其他功能 (例如 Python 指令碼) 則不在保固範圍內。

事前準備

  • Linux x86_64 或 Mac OS。
  • Git
  • 前往 1.11 以上版本
  • 網路瀏覽器。OTNS-Web 是透過網路瀏覽器顯示模擬結果。
  • Thread Primer (執行緒基本資訊)。您必須熟悉 Thread 的基本概念,才能在這個程式碼研究室中熟悉相關功能。

2. 安裝

安裝 Go

你必須使用 Go 1.11 以上版本才能建構 OTNS。

  1. https://golang.org/dl/ 安裝 Go
  2. $(go env GOPATH)/bin (一般 $HOME/go/bin) 新增至 $PATH
$ export PATH=$PATH:$(go env GOPATH)/bin

取得 OTNS 代碼

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

安裝依附元件

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

系統可能會要求你輸入sudo的密碼。

安裝 otns

otns 安裝到 $GOPATH/bin

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

請檢查 otns 是否已正確安裝

  1. 執行 which otns 來檢查 $PATH. 中的 otns 執行檔是否可供搜尋
  2. 如果找不到 otns 指令,請確認您已將 $(go env GOPATH)/bin 新增至 $PATH.

3. 建構 OTNS 的 OpenThread

從 GitHub 取得 OpenThread 程式碼

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

使用 OTNS=1 建構 OpenThread

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

您可以在 output 目錄中找到 OpenThread 執行檔:

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

現在就可以開始執行 OTNS...

4. 執行 OTNS

執行 otns

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

成功啟動後,OTNS 會進入 CLI 主控台 (OTNS-CLI),並啟動用於網路視覺化和管理的網路瀏覽器 (OTNS-Web):

a0e05178d66929b1.png

如果 OTNS-Web 網頁只顯示空白頁面,表示您的瀏覽器可能未啟用 WebGL。請參閱https://superuser.com/a/836833 ,瞭解如何啟用 WebGL。

下列各節將說明如何透過 OTNS-CLIOTNS-Web 管理 OTNS 模擬。

5. 認識 OTNS-CLI 和 OTNS-Web

OTNS-CLI

OTNS-CLI 提供用於管理 OTNS 模擬的指令列介面 (CLI)。

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

你可以透過 OTNS-CLI 輸入指令。如需完整的指令清單,請參閱 OTNS CLI 參考資料。請放心,在這個程式碼研究室中,您將只能使用其中幾個指令。

OTNS 網頁版

OTNS-Web 是 OTNS 的網路視覺化和管理工具。這個模組會以視覺化的方式呈現模擬 Thread 網路的節點、訊息和連結。請注意 OTNS-Web 的各種元素:

4c5b43509a2ca0d0.png

6. 新增節點

透過 OTNS-CLI 新增節點

在位置 (300、100) 新增路由器

> add router x 300 y 100
1
Done

您應該會看到在 OTNS-Web 中建立的節點。節點會在路由器開始後成為待開發客戶

6ca8c2e63ed9818d.png

透過 OTNS-CLI 新增更多節點

> add fed x 200 y 100
2
Done
> add med x 400 y 100
3
Done
> add sed x 300 y 200
4
Done

稍等幾秒鐘,讓節點合併到一個分區。您應該會看到 OTNS-WEB 中的節點:

3ee67903c01aa612.png

新增節點,新增者:OTNS-Web

您也可以透過 OTNS-Web 新增節點。按一下 Action BarNew Router 按鈕。您應該會在 New Router 按鈕的正上方建立節點。將節點拖曳至鄰近透過 OTNS-CLI 建立的主管之間。所有節點最終必須合併為一個分區:

420258bb92561146.png

您也可以按一下動作列上的 FED、MED 和 SED 按鈕,建立其他類型的節點。將節點拖曳至現有節點附近的位置,以將其附加至該 Thread 網路:

fe15d6f9726a099e.png

現在,您已經建立了一個分區網路,其中包含一個節點,但其中包含許多節點。在下一節中,我們會調整模擬速度,以加快模擬的執行速度。

7. 調整速度

目前模擬作業應以 1X 速度執行,這表示到目前為止,模擬時間已經建立且與建立第一個節點時的實際時間相同。

透過 OTNS-CLI 調整速度

你可以透過 OTNS-CLI 調整模擬速度。

將模擬速度設為 100X

> speed 100
Done

您應該會發現節點傳送訊息的頻率高於以往,

將模擬速度設為 MAX

> speed max
Done

現在起,OTNS 會盡可能以最快的速度模擬,因此您會看到傳送大量訊息的節點。

暫停模擬

> speed 0
Done

將模擬速度設為 0,即可暫停模擬作業。

以一般速度還原模擬

> speed 1
Done

將模擬速度設為大於 0 的值將停止模擬。

透過 OTNS-Web 調整速度

速度控制按鈕

Action Bar 上找到速度控制按鈕 9329157c1bd12672.png。這些按鈕會顯示目前的模擬速度,並可用來調整模擬速度以及暫停/繼續模擬。

加快模擬速度

如要加快模擬速度,請按一下 39b88331779277ad.png 按鈕,直到速度達到 MAXf5f460b2586d299b.png

減速模擬

如想降低模擬速度,請按一下 31cca8d5b52fa900.png 按鈕。

暫停模擬

按一下 [46cc2088c9aa7ab6.png] 按鈕即可暫停執行中的模擬。該按鈕會變更為 ce25eda3496ffcd4.png

繼續模擬

按一下 ce25eda3496ffcd4.png 按鈕,在模擬作業恢復時繼續模擬作業。按鈕會變回 46cc2088c9aa7ab6.png

將模擬速度設為 10X

為了節省時間,請使用

OTNS-CLI 將模擬速度調整為

10X ,如此一來,我們就能更快觀察聯播網的拓撲變化。

> speed 10
Done

8.開啟/關閉收音機

現在,模擬器應該包含 2 個路由器 (六角形狀) 和多個子項,而且執行速度為 10 倍。

找到 2 個路由器目前的主管 (紅色邊框),按一下即可選取:

8c6a2e191cdae0c7.png

關閉無線通訊

點選動作列上的 [7ca085f470491dd4.png] 按鈕即可關閉主管節點的無線電:

a3bf58d9d125f95f.png

主管將無法在收音機關閉期間收發訊息。

等待約 12 秒 (模擬時間為 120 秒),讓其他路由器成為新的勝出版本:

e3d32f85c4a1b990.png

這時,Thread 網路會建立新的領導人,並由新的領導人復原。新分割區也有新的分區顏色。

開啟無線通訊

選取關閉電台的領導者。按一下 Action Bar 上的 2d9cecb8612b42aa.png 按鈕,即可還原無線電連線:

7370a7841861aa3a.png

還原連線後,主管需重新連上網路。

9. 移動節點

OTNS 可讓使用者透過 OTNS-CLIOTNS-Web 輕鬆移動節點。

透過 OTNS-CLI 移動節點

將節點 5 移至新位置:

> move 5 600 300
Done

Since 在,節點 5 與另一個路由器之間有些許連線,因此連線會中斷彼此連線,在大約 12 秒 (模擬模擬時間約 120 秒) 後,兩者都會成為自己分區的領導品牌:

c06b4d0a4f183299.png

透過 OTNS-Web 移動節點

拖曳節點 5 即可返回原始位置。這兩個分區應合併為一個分區:

9ba305c4c5a5f892.png

10. 刪除節點

透過 OTNS-CLI 刪除節點

刪除節點 8:

> del 8
Done

節點 8 應會從模擬作業中消失:

18156770d9f8bf83.png

透過 OTNS-Web 刪除節點

選取節點 5,然後按一下 Action Bar 上的 7ff6afd565f4eafc.png 按鈕,即可刪除節點 5:

d4079cceea0105f0.png

Node 1」無法連線,「Node 7」應該卸除,因為無法連上任何路由器。

清除模擬作業 (刪除所有節點)

你可以透過 OTNS-Web 刪除所有節點,藉此清除模擬作業。

在「Action Bar.」上點選 [89618191721e79a0.png] 按鈕,所有節點都會一次消失。

繼續操作之前...

自行在模擬中新增一些節點,以便繼續進行本教學課程。

11. OTNS-CLI 節點結構定義

OTNS-CLI 提供節點內容模式,方便您與節點互動,協助開發人員診斷節點狀態。

輸入節點內容模式

輸入節點 1 的節點環境:

> node 1
Done
node 1>

CLI 提示已變更為 node 1>,表示目前的節點結構定義。您可以輸入 OpenThread CLI 指令,直接在節點上執行,就像您直接和節點互動一樣。

在節點環境執行指令

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

切換至其他節點環境

node 1> node 2
Done
node 2> 

結束節點結構定義

node 1> exit
Done
>

12. 恭喜

恭喜,你已成功執行首次 OTNS 模擬作業!

你已瞭解如何安裝 OTNS 及其依附元件, 您為 OTNS 建構了 OpenThread,並透過 OpenThread 模擬執行個體啟動 OTNS 模擬。你已瞭解如何透過 OTNS-CLIOTNS-Web 以多種方式操控模擬作業。

現在,你瞭解 OTNS 的用途,以及如何使用 OTNS 模擬 OpenThread 網路。

後續步驟

立即查看這些程式碼研究室...

參考說明文件