1. 簡介
什麼是 Thread 和 OTNS
Thread 是一種 IP 型低功耗網網路通訊協定,可讓裝置間的通訊成為裝置與雲端之間的通訊。執行緒網路可以適應拓撲變更,避免出現單點故障。
Google 發布的 OpenThread 是開放原始碼的 Thread 實作。儘管其小型程式碼大小和記憶體足跡,OpenThread 仍支援 Thread Spec 中定義的所有功能。
OpenThread Network Simulator (OTNS) 可用於在 posix 平台上執行模擬 OpenThread 節點,藉此模擬 Thread 網路。OTNS 提供簡單易用的網路介面 (OTNS-Web),以視覺化方式呈現與模擬模擬的 Thread 網路。
課程內容
- 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 的其他實用功能來進行網路模擬
- 確認 OpenThread 的無單點故障
本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) 不在涵蓋範圍內。
軟硬體需求
- Linux x86_64 或 Mac OS。
- Git。
- 前往 1.13 以上版本。
- 網路瀏覽器。OTNS-Web 使用網路瀏覽器顯示模擬結果。
- Thread Primer。您必須瞭解 Thread 的基本概念,才能瞭解本程式碼研究室學到的內容。
2. 安裝
安裝 Go
OTNS 需要採用 Go 1.13 以上版本才能建構。
- 前往 https://golang.org/dl/ 安裝 Go
- 將
$(go env GOPATH)/bin
(通常為$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。
安裝警戒
將 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
- 執行
which otns
來檢查$PATH.
中是否有可供搜尋的otns
執行檔 - 如果找不到
otns
指令,請確認您已將$(go env GOPATH)/bin
新增至$PATH.
3. 針對 OTNS 建構 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/cmake-build simulation -DOT_OTNS=ON -DOT_SIMULATION_VIRTUAL_TIME=ON -DOT_SIMULATION_VIRTUAL_TIME_UART=ON -DOT_SIMULATION_MAX_NETWORK_SIZE=999
您可以在 build
目錄中找到 OpenThread 執行檔:
$ ls ~/src/openthread/build/simulation/examples/apps/cli/ ot-cli-ftd ot-cli-mtd ot-cli-radio
接著執行 OTNS...
4. 執行 OTNS
執行 otns
:
$ cd ~/src/openthread/build/simulation/examples/apps/cli $ otns > ← OTNS-CLI prompt
成功啟動後,OTNS 會進入 CLI 控制台 (OTNS-CLI
),並啟動網路瀏覽器以進行網路視覺化與管理 (OTNS-Web
):
如果 OTNS-Web 的空白頁面只有顯示頁面,可能是因為瀏覽器未啟用 WebGL。請參閱https://superuser.com/a/836833 ,瞭解如何啟用 WebGL。
在以下各節中,您將瞭解如何透過 OTNS-CLI
和 OTNS-Web
管理 OTNS 模擬。
5. 認識 OTNS-CLI 和 OTNS-Web
OT-CLI
OTNS-CLI
提供指令列介面 (CLI),可用於管理 OTNS 模擬。
$ cd ~/src/openthread/build/simulation/examples/apps/cli $ otns > ← OTNS-CLI prompt
您可以透過 OTNS-CLI
輸入指令。如需完整的指令清單,請參閱 OTNS CLI 參考資料。別擔心,在本程式碼研究室中,您只需要使用其中幾個指令。
OTNS-Web
OTNS-Web
是 OTNS 的網路視覺化與管理工具。這項功能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:
6. 新增節點
透過 OTNS-CLI 新增節點
新增這個位置的路由器 (300、100)
> add router x 300 y 100 1 Done
您應該會看到在「OTNS-Web
」中建立的節點。節點會啟動為路由器,並在幾秒後成為領導者:
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
稍候幾秒鐘,讓節點合併為一個分區。您應該會看到 OTNS-WEB
中的節點:
依OTNS-Web
新增節點
您也可以透過 OTNS-Web
新增節點。按一下 Action Bar
的 New Router
按鈕。您應該會在 New Router
按鈕正上方建立節點。將節點拖曳到透過 OTNS-CLI
建立的領導者附近。所有節點最終應合併為一個分區:
另外,您也可以點選動作列中的 [FED]、[MED] 和 [SED] 按鈕,建立其他類型的節點。將元件拖曳至與現有節點相鄰的位置,將其連接至 Thread 網路:
現在你已建立一個含有許多節點的分區 (Thread) 網路。在下一節中,我們會調整模擬速度,加快模擬速度。
7. 調整速度
模擬作業應該以 1X
速度執行,表示目前的模擬時間與建立第一個節點後所經過的時間相同。
調整到OTNS-CLI
的速度
您可以透過 OTNS-CLI
調整模擬速度。
將模擬速度設為 100X
> speed 100 Done
節點應該更頻繁地傳送訊息。
將模擬速度設為 MAX
> speed max Done
OTNS 正嘗試以最快的速度模擬,因此您應該會看到發送大量訊息的節點。
暫停模擬
> speed 0 Done
如果將模擬速度設為 0
,系統將會暫停模擬作業。
以正常速度還原模擬
> speed 1 Done
如果將模擬速度設為大於 0
的值,就會繼續執行模擬作業。
調整到OTNS-Web
的速度
速度控制按鈕
找到 Action Bar
上的速度控制按鈕 。這些按鈕會顯示目前的模擬速度,可用來調整模擬速度以及暫停/繼續模擬。
加快模擬速度
如要加快模擬作業的速度,請按一下 按鈕,直到速度達到 MAX
為止:。
減速模擬
如要減緩模擬速度,請按一下 按鈕。
暫停模擬
按一下「」按鈕即可在執行期間暫停模擬。按鈕將變更為 。
繼續模擬
按一下「」按鈕,讓實驗暫停後恢復模擬。這個按鈕會變回 。
將模擬速度設為 10X
為了節省時間,建議您使用
OTNS-CLI
將模擬速度調整為
10X
這樣我們就能更快觀察網路中的拓撲變化。
> speed 10 Done
8. 開啟/關閉電台
現在,模擬作業應該會包含 2 個路由器 (六邊形) 和多個子項,並以 10 倍的速度執行。
找出 2 個路由器的目前領導線 (紅線),按一下即可選取:
關閉無線通訊
按一下動作列上的 按鈕,即可關閉主管階層節點的無線電:
關閉後,主管就無法收發訊息。
等待約 12 秒 (模擬時間為 120 秒),讓其他路由器成為新的領導者:
Thread 網路是透過新領導者的新型態來形成新的分區,自動從領導者故障時復原。新分區也有新的分區顏色。
開啟無線通訊
選取已關閉無線電的領導者。按一下 Action Bar
上的 按鈕,即可恢復無線電連線:
領導者應在無線電連線恢復後重新連線至網路。
9. 移動節點
OTNS 可讓使用者透過 OTNS-CLI
或 OTNS-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
由於現在的節點 5 與另一個路由器距離遙遠,因此兩個節點之間應不會失去連線,在大約 12 秒 (模擬時間的 120 秒) 後,兩者都會成為各自分區的領導者:
透過 OTNS-Web 移動節點
拖曳節點 5 即可移回原位置。這兩個分區應重新合併為一個分區:
10. 刪除節點
透過 OTNS-CLI
刪除節點
刪除節點 8:
> del 8 Done
模擬中不應出現節點 8:
透過 OTNS-Web
刪除節點
選取節點 5,然後按一下 Action Bar
上的 按鈕,即可刪除節點 5:
由於 Node 7
無法連上任何路由器,因此 Node 1
應成為主要分支版本。
清除模擬 (刪除所有節點)
您可以透過 OTNS-Web
刪除所有節點來清除模擬作業。
按一下「Action Bar.
」上的「」按鈕。所有節點都會一次消失。
在繼續之前...
自行在模擬器中新增一些節點,以便繼續進行本教學課程。
11. OTNS-CLI 節點情境
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 的節點結構定義:
> node 1 Done node 1>
CLI 提示變更為 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,就像您直接與節點互動一樣。
在節點內容中執行指令
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
切換至其他節點內容
node 1> node 2 Done node 2>
離開節點內容
node 1> exit Done >
12. 恭喜
恭喜,您已成功執行第一項 OTNS 模擬!
您已瞭解如何安裝 OTNS 及其依附元件。您為 OTNS 建構了 OpenThread,並使用 OpenThread 模擬執行個體啟動 OTNS 模擬。您已學會如何透過 OTNS-CLI
和 OTNS-Web
,以多種方式操控模擬。
現在您已瞭解什麼是 OTNS,以及如何使用 OTNS 模擬 OpenThread 網路。
後續步驟
查看一些程式碼研究室…
- 使用 OpenThread 模擬 Thread 網路
- 使用 Docker 中的 OpenThread 模擬 Thread 網路
- 使用 nRF52840 白板和 OpenThread 建立 Thread 網路