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スレッド ネットワークを可視化してテストする

1. はじめに

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Thread、OpenThread、OTNS、Silk とは

スレッドは IP ベースの低電力ワイヤレス メッシュ ネットワーク プロトコルであり、デバイス間やデバイス間の通信を安全に行うことができます。スレッド ネットワークは、トポロジの変更に適応して、単一障害点を回避できます。

Google がリリースする OpenThread は、Thread のオープンソース実装です。OpenThread は、コードサイズとメモリ フットプリントが小さいにもかかわらず、スレッド仕様で定義されているすべての機能をサポートしています。

OpenThread ネットワーク シミュレータ（OTNS）を使用すると、POSIX プラットフォームでシミュレートされた OpenThread ノードを実行することで、スレッド ネットワークをシミュレートできます。OTNS は、シミュレートされた Thread ネットワークの可視化と運用のための使いやすいウェブ インターフェース（OTNS-Web）を提供します。

Silk は、実際のデバイスで OpenThread の機能、機能、システム パフォーマンスを検証するための完全に自動化されたテスト プラットフォームです。

学習内容

  • OpenThread の機能検証フレームワーク: Silk
  • OTNS 機能を有効にして実際のデバイス用に OpenThread をビルドする
  • OTNS-Web インターフェースを使用して、Silk テストケースを実行して生成された Thread ネットワークのステータスをモニタリングします

この Codelab では、OTNS で Silk を使用することに重点を置いています。Silk と OTNS のその他の機能は対象外です。

必要なもの

ハードウェア:

  • 6 Nordic Semiconductor nRF52840 Dev ボード
  • ボードを接続するための USB - マイクロ USB ケーブル x 6
  • USB ハブ

ソフトウェア:

  • Linux x86_64。
  • Git。
  • Go 1.11 以降。
  • ウェブブラウザ。OTNS-Web では、ウェブブラウザを使用してシミュレーションを表示します。

事前準備

2. 前提条件

以前の基本的な Codelab を完了

パッケージの前提条件の確認

すべての前提条件を満たしていることを確認します。

  1. which otns を実行して、$PATH で otns 実行可能ファイルが検索可能かどうかを確認します。
  2. which wpantund を実行して、wpantund が使用可能であることを確認します。
  3. ARM GNU ツールチェーン、J-Link、nrfjprog パッケージがすべて利用可能であることを確認します。
  4. openthread フォルダの下にある make -f examples/Makefile-nrf52840 を実行して、OpenThread バイナリを作成できることを確認します。

注: 設定ガイドについては、リンク先のドキュメントをご覧ください。前提条件 1 は、OTNS を使用して Thread ネットワークをシミュレートするであり、それ以外は、nRF52840 ボードと OpenThread による Thread ネットワークの構築からのものです。

3. シルクのセットアップ

Silk のクローンを作成して環境を設定するには、ソース ディレクトリで次のコマンドを実行します。

$ git clone https://github.com/openthread/silk.git
$ cd silk
$ ./bootstrap.sh
$ sudo make install-cluster

ハードウェア構成ファイルを定義する

マシンに接続された利用可能なテスト ハードウェア リソースを Silk で収集できるようにするには、次の形式で hwconfig.ini ファイルを定義します。

[DEFAULT]
ClusterID: 0
LayoutCenter: 300, 300
LayoutRadius: 100

[Dev-8A7D]
HwModel: Nrf52840
HwRev: 1.0
InterfaceSerialNumber: E1A5012E8A7D
USBInterfaceNumber: 1
DutSerial: 683536778

インターフェースのシリアル番号と USB インターフェースの番号を確認するため、Silk の一部として usbinfo というツールがインストールされています。DutSerial は、チップに印刷されるか、J-Link 製品用に usbinfo で表示される SN 番号です。

[DEFAULT] セクションの LayoutCenter フィールドと LayoutRadius フィールドは、ウェブ UI でデバイスを可視化する際のレイアウトの形状を定義します。ここに示されている値に設定することをおすすめします。

その後、テストデバイスごとにセクションを定義し、関連するハードウェア情報を提供します。

4.OTNS を有効にして OpenThread をコンパイルする

イメージのビルドとフラッシュ

デフォルトでは、OpenThread デバイスは OTNS 関連のメッセージを出力しません。DevBoard で OTNS 可視化に不可欠なインターフェースを出力するステータス メッセージを出力するには、OpenThread ソース ディレクトリで次のコマンドを実行して FTD イメージを作成し、16 進数形式に変換します。

$ git clone https://github.com/openthread/ot-nrf528xx.git --recursive
$ cd ot-nrf528xx
$ ./script/bootstrap
$ ./script/build nrf52840 USB_trans -DOT_COMMISSIONER=ON -DOT_JOINER=ON -DOT_OTNS=ON
$ cd ./build/bin
$ arm-none-eabi-objcopy -O ihex ot-ncp-ftd ot-ncp-ftd.hex

ボードをフラッシュするには、Thread ネットワークを構築する Codelab のステップ 4 の手順に沿って、nrfjprog を使用します。その後、nRF USB ポートを介してすべてのボードをホストマシンに接続します。同じ USB - マイクロ USB ケーブルのセットを J-Link ポートから取り外し、nRF52840 開発ボードの nRF USB ポートに接続できます。したがって、6 本のケーブルだけでテストを実行できます。このケーブルを避けるには、12 本のケーブルを使用し、両方のポートに接続します。

5. 実際のモードで OTNS サーバーを実行する

デフォルトのパラメータで OTNS を実行すると、スレッド ネットワークをシミュレートできます。実際の物理ネットワークの可視化ツールとして使用するには、次のコマンドを実行します。

otns -raw -real -ot-cli otns-silk-proxy

これらの引数は、ネットワークをシミュレートするために複数の ot-cli プロセスを実行するのではなく、Thread ネットワークの可視化方法を記述した gRPC メッセージと UDP メッセージを期待することを OTNS に伝えます。空のキャンバスで可視化ページが自動的に開きます。

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6. OTNS サポートによる Silk テストケースの実行

Silk は、実際のデバイスで OpenThread の機能、機能、システム パフォーマンスを検証するための完全に自動化されたテスト プラットフォームです。使い方については、プロジェクト README の手順をご覧ください。

silk/unit_tests にある silk_run_test.py ファイルを使用すると、すぐに開始できます。Silk は、テストケースの実行時に OTNS サポートを提供します。OTNS リアルタイム モード サービスはすでにローカルで実行されているため、出力ログファイル、入力テスト スクリプト、hwconfig.ini ファイルに必要な場所を指定して silk_run_test.py ファイルを変更するだけです。-s localhost 引数は、localhost に OTNS メッセージを送信するように Silk に指示します。

たとえば、silk_run_test.py ファイルに対して次の変更を使用して、ot_test_form_network.py という名前のテストを実行できます。/opt/openthread_test/ は、Silk がログ出力と構成ファイルに使用するデフォルトのパスです。任意のパスを使用できます。

silk_run_test.py

import datetime
import os

from silk.tests import silk_run

RESULT_LOG_PATH = '/opt/openthread_test/results/' + 'silk_run_' + \
                  datetime.datetime.today().strftime('%m-%d') + '/'
CONFIG_PATH = '/opt/openthread_test/'

os.chdir('~/src/silk/silk/tests/')

timestamp = datetime.datetime.today().strftime('%m-%d-%H:%M')

run_log_path = RESULT_LOG_PATH + 'test_run_on_' + timestamp + '/'

argv = [
    'tests/silk_run.py',
    '-v2',
    '-c', CONFIG_PATH + 'hwconfig.ini',
    '-d', run_log_path,
    '-s', 'localhost',
    'ot_test_form_network.py'
]

silk_run.SilkRunner(argv=argv)

形成されたネットワークのトポロジの可視化が OTNS ウェブ UI に表示されます。

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左上には、可視化の統計、OT バージョン、テストタイトルが表示されます。左下に、右に表示されるログ ウィンドウのコントロールがあります。最初の段階でノードは追加されますが、ネットワークは作成されません。テストが進むにつれて、各ノードのモードとロール、リンクが形成されます。

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7. 完了

これで、物理的な Thread デバイスでシルクのテストを実行し、OTNS を使用して可視化できました。

OTNS 対応ファームウェアでフラッシュされた開発ボードを使用して、Silk テストを実施しました。ボードはシルク サーバーに状況を報告し、そこでシルク サーバーはそれらすべてを監視して集約し、他のテスト情報とともに OTNS サービスに送信します。実際のモードで実行される OTNS は、ウェブ インターフェース上の Thread ネットワークを可視化します。

次のステップ

Silk パッケージに含まれている他の OpenThread テストケースを実行してみてください。

関連情報

さまざまな OpenThread リソースについては、openthread.io と Silk をご覧ください。

リファレンス ドキュメント