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网络发现与形成

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Thread 网络

Thread 网络由三个唯一的标识符标识:

  • 2 字节的 PAN ID(Personal Area Network ID,个域网标识符)
  • 8 字节的 XPAN ID(Extended Personal Area Network ID,扩展个域网标识符)
  • 方便人类阅读的 Network Name(网络名称)

例如,一个 Thread 网络可能具有以下标识符:

标识符
PAN ID 0xBEEF
XPAN ID 0xBEEF1111CAFE2222
Network Name yourThreadCafe
OT Active Scan

在创建新的 Thread 网络或搜索现有的网络时,Thread 设备会主动扫描射频范围内的 802.15.4 网络:

  1. 设备在特定 Channel 上广播 802.15.4 信标请求(Beacon Request)。
  2. 范围内的所有 Router 或 REED 都会广播包含其 Thread 网络 PAN ID、XPAN ID 和 Network Name 的信标(Beacon),以作为回应。
  3. 设备为每个 Channel 重复前两个步骤。

Thread 设备发现范围内的所有网络后,可以选择连接到现有的网络,也可以在未发现任何网络的情况下创建新的网络。

Thread 使用 MLE(Mesh Link Establishment)协议来配置链路并将网络的相关信息传播到 Thread 设备。

在链路配置中,MLE 用于:

  • 发现相邻设备的链路
  • 确认到相邻设备的链路质量
  • 建立到相邻设备的链路
  • 与对端协商链路参数(设备类型、帧计数器、超时)

MLE 将以下类型的信息传播给希望建立链路的设备:

  • Leader data(Leader RLOC, Partition ID(分区标识符), Partition weight(分区权重))
  • Network data(on-mesh prefixes, address autoconfiguration(地址自动配置), more-specific routes(具体路由))
  • Route propagation(路由传播)

Thread 中路由传播的工作原理类似于 RIP(Routing Information Protocol,路由信息协议),RIP 是一种距离矢量路由协议。

创建新网络

如果设备选择创建新网络,它将选择最不繁忙的 Channel 和其他网络未使用的 PAN ID,然后成为 Router 并选举自己为 Leader。该设备将 MLE Advertisement 消息发送到其他 802.15.4 设备,以通知其链路状态,并响应其他执行主动扫描的 Thread 设备所发出的信标请求。

加入现有网络

如果设备选择加入到现有的网络,则会通过 Thread Commissioning 将其 Channel、PAN ID、XPAN ID 和 Network Name 配置为与目标网络相同,然后进行 MLE Attach 过程以作为子节点(End Device)进行加入。此过程用于“父子链路(Child-Parent link)”。

  1. 子节点向目标网络中的所有相邻的 Router 和 REED 发送多播 Parent Request
  2. 所有相邻的 Router 和 REED(如果 Parent Request Scan Mask(父节点请求扫描掩码)包括了 REED)都应发送 Parent Response 以将其自身的信息告诉给子节点。
  3. 子节点选择一个父节点,并向其发送 Child ID Request
  4. 父节点发送 Child ID Response 以确认链路建立。

1. Parent Request

Parent Request 是来自待连接设备的多播请求,用于发现目标网络中的相邻的 Router 和 REED。

OT MLE Attach Parent Request
Parent Request Message Contents
Mode 描述待连接设备
Challenge 测试 Parent Response 的时效性,以防止重放攻击
Scan Mask 将请求限制为仅 Router 或 Router 和 REED

2. Parent Response

Parent Response 是对 Parent Request 的单播响应,它向待连接设备提供有关 Router 或 REED 的信息。

OT MLE Attach Parent Response
Parent Response Message Contents
Version Thread 协议版本
Response Parent Request Challenge 的副本
Link Frame Counter Router/REED 上的 802.15.4 帧计数器
MLE Frame Counter Router/REED 上的 MLE 帧计数器
Source Address Router/REED 的 RLOC16
Link Margin Router/REED 的接收信号质量
Connectivity 描述 Router/REED 的连通性
Leader Data 有关 Router/REED 的 Leader 的信息
Challenge 测试 Child ID Request 的时效性,以防止重放攻击

3. Child ID Request

Child ID Request 是来自待连接设备(子)的单播请求,该单播请求被发送到 Router(父)或 REED(父),目的是建立父子链路。如果将请求发送到 REED,则 REED 会在接受请求之前将自身升级为 Router。

OT MLE Attach Child ID Request
Child ID Request Message Contents
Version Thread 协议版本
Response Parent Response Challenge 的副本
Link Frame Counter Child 上的 802.15.4 帧计数器
MLE Frame CounterChild 上的 MLE 帧计数器
Mode 描述子节点
Timeout 父节点移除子节点之前的闲置时间
Address Registration (MEDs and SEDs only) 注册 IPv6 地址

4. Child ID Response

Child ID Response 是父节点对 Child ID Request 的单播响应,该响应发送给对应的子节点以确认父子链路的建立。

OT MLE Attach Child ID Response
Child ID Response Message Contents
Source Address 父节点的 RLOC16
Address16 子节点的 RLOC16
Leader Data 父节点的 Leader 的相关信息(RLOC, Partition ID, Partition weight)
Network Data Thread 网络的相关信息(on-mesh prefixes, address autoconfiguration, more-specific routes)
Route (REED only) 路由传播
Timeout 父节点移除子节点之前的闲置时间
Address Registration (MEDs and SEDs only) 确认已注册地址

回顾

你应该学到了:

  • Thread 设备通过主动扫描发现现有网络
  • Thread 使用 MLE 来配置链路并分发有关网络设备的信息
  • MLE Advertisement 消息通知其他 Thread 设备有关设备的网络和链路状态
  • MLE Attach 过程建立了父子链路