จําลองเครือข่ายเทรดโดยใช้ OTNS

1. ข้อมูลเบื้องต้น

5abd22afa2f2ee9a.png

Thread & OTNS คืออะไร

เทรดคือโปรโตคอลเครือข่ายที่ทํางานร่วมกันแบบไร้สายและมี IP เป็น IP ที่ทําให้การสื่อสารระหว่างอุปกรณ์กับอุปกรณ์กับระบบคลาวด์ปลอดภัย เครือข่ายชุดข้อความสามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงโทโพโลยีเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวในแต่ละครั้ง

OpenThread ที่เผยแพร่โดย Google เป็นการใช้งาน Thread แบบโอเพนซอร์ส ถึงแม้ว่าโค้ดและขอบเขตหน่วยความจําจะมีขนาดเล็ก แต่ OpenThread ก็สนับสนุนคุณลักษณะทั้งหมดที่ระบุไว้ในข้อมูลจําเพาะของเธรด

OpenNetwork Network Simulator (OTNS) สามารถใช้ในการจําลองเครือข่ายเทรดได้โดยการเรียกใช้โหนด OpenThread ที่จําลองบนแพลตฟอร์ม Posix ได้ OTNS มอบอินเทอร์เฟซบนเว็บ (OTNS-Web) ที่ใช้งานง่ายสําหรับการแสดงภาพและปฏิบัติการเครือข่ายชุดข้อความจําลอง

สิ่งที่คุณจะได้เรียนรู้

  • ติดตั้ง OTNS และทรัพยากร Dependency
  • สร้าง OpenThread สําหรับ OTNS
  • วิธีเพิ่ม/ย้าย/ลบโหนดใน OTNS-Web
  • ใช้คุณลักษณะที่เป็นประโยชน์อื่นๆ ของ OTNS บนเว็บเพื่อจัดการการจําลองเครือข่าย
  • ยืนยันความล้มเหลวของจุดเดียวใน OpenThread

Codelab นี้มุ่งเน้นที่ OTNS-CLI และ OTNS-Web โดยจะไม่ครอบคลุมฟีเจอร์อื่นๆ ของ OTNS เช่น การเขียนสคริปต์ Python

สิ่งที่ต้องมี

  • Linux x86_64 หรือ Mac OS
  • Git
  • ใช้ 1.13+
  • เว็บเบราว์เซอร์ OTNS-เว็บใช้เว็บเบราว์เซอร์ในการแสดงการจําลอง
  • Thread Primer คุณจะต้องทราบแนวคิดพื้นฐานของชุดข้อความเพื่อให้เข้าใจสิ่งที่สอนใน Codelab นี้

2. การติดตั้ง

ติดตั้ง Go

OTNS ต้องใช้ Go 1.13+ จึงจะบิวด์ได้

  1. ติดตั้ง Go จาก https://golang.org/dl/
  2. เพิ่ม $(go env GOPATH)/bin (ปกติคือ $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

การอ้างอิง

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

ระบบอาจขอให้คุณป้อนรหัสผ่านสําหรับ sudo

ติดตั้ง otns

ติดตั้ง otns ใน $GOPATH/bin

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

มาดูกันว่าติดตั้ง otns ได้ถูกต้องหรือไม่

  1. เรียกใช้ which otns เพื่อตรวจสอบว่าไฟล์สั่งการ otns สามารถค้นหาได้ใน $PATH. หรือไม่
  2. หากไม่พบคําสั่ง otns โปรดตรวจสอบว่าคุณได้เพิ่ม $(go env GOPATH)/bin ลงใน $PATH. แล้ว

3. สร้าง OpenThread สําหรับ OTNS

รับโค้ด OpenThread จาก GitHub

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

สร้าง OpenThread ด้วย OTNS=1

$ 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

คุณจะพบไฟล์ปฏิบัติการ OpenThread ได้ในไดเรกทอรี build

$ ls ~/src/openthread/build/simulation/examples/apps/cli/
ot-cli-ftd        ot-cli-mtd        ot-cli-radio

ได้เวลาเรียกใช้ OTNS แล้ว...

4. เรียกใช้ OTNS

เรียกใช้ otns:

$ cd ~/src/openthread/build/simulation/examples/apps/cli
$ otns
> ← OTNS-CLI prompt

เมื่อเริ่มต้นเรียบร้อยแล้ว OTNS ก็จะเข้าสู่คอนโซล CLI (OTNS-CLI) และเปิดเว็บเบราว์เซอร์เพื่อการแสดงภาพข้อมูลและการจัดการเครือข่าย (OTNS-Web)

a0e05178d66929b1.png

หากคุณเห็นเฉพาะหน้าว่างสําหรับ OTNS-Web แสดงว่าเบราว์เซอร์ของคุณไม่ได้เปิดใช้ WebGL โปรดดูhttps://superuser.com/a/836833 วิธีการเปิดใช้งาน 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) สําหรับการจัดการการจําลอง OTNS

$ cd ~/src/openthread/build/simulation/examples/apps/cli
$ otns
> ← OTNS-CLI prompt

คุณสามารถพิมพ์คําสั่งผ่าน OTNS-CLI โปรดดู การอ้างอิง OTNS CLI สําหรับรายการคําสั่งทั้งหมด ไม่ต้องกังวล คุณจะใช้คําสั่งเหล่านี้เพียงไม่กี่คําใน Codelab เท่านั้น

OTNS เว็บ

OTNS-Web คือเครื่องมือการสร้างภาพและการจัดการเครือข่ายของ OTNS โดยจะแสดงโหนด ข้อความ และลิงก์ของเครือข่ายชุดข้อความจําลอง บันทึกองค์ประกอบต่างๆ ของ OTNS-Web

ไฟล์ 4c5b43509a2ca0d0.png

6. เพิ่มโหนด

เพิ่มโหนดผ่าน OTNS-CLI

เพิ่มเราเตอร์ที่ตําแหน่ง (300, 100)

> add router x 300 y 100
1
Done

คุณควรเห็นโหนดที่สร้างใน OTNS-Web โหนดนี้จะเริ่มเป็นเราเตอร์และกลายเป็นผู้นําในเวลาไม่กี่วินาที:

6ca8c2e63ed9818d.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

รอสักครู่เพื่อให้โหนดผสานเข้าในพาร์ติชันเดียว คุณควรเห็นโหนดใน OTNS-WEB

3ee67903c01aa612.png

เพิ่มโหนดภายในวันที่ OTNS-Web

คุณเพิ่มโหนดผ่าน OTNS-Web ได้ด้วย คลิกที่ปุ่ม New Router ของ Action Bar คุณควรเห็นโหนดกําลังสร้างขึ้นเหนือปุ่ม New Router ลากโหนดเพื่ออยู่ใกล้กับผู้นําที่คุณสร้างขึ้นผ่าน OTNS-CLI โหนดทั้งหมดควรรวมกันเป็นหนึ่งพาร์ติชันในที่สุด:

420258bb92561146.png

รวมถึงคลิกปุ่ม FED, MED และ SED ในแถบการทํางาน เพื่อสร้างโหนดประเภทอื่นๆ ลากโหนดไปยังตําแหน่งที่อยู่ใกล้กับโหนดที่มีอยู่เพื่อเชื่อมต่อกับเครือข่ายเทรดนั้น:

fe15d6f9726a099e.png

คุณได้สร้างเครือข่ายเทรดของพาร์ติชันที่มีโหนดหลายรายการแล้ว ในหัวข้อถัดไป เราจะปรับความเร็วในการจําลองเพื่อทําให้การจําลองทํางานได้เร็วขึ้น

7. ปรับความเร็ว

ปัจจุบันการจําลองควรทํางานด้วยความเร็ว 1X ซึ่งหมายความว่าเวลาในการจําลองที่ผ่านไปเท่ากับเวลาจริงนับตั้งแต่ที่เราสร้างโหนดแรก

ปรับความเร็วจนถึง OTNS-CLI

คุณปรับความเร็วในการจําลองได้จนถึง OTNS-CLI

ตั้งค่าความเร็วจําลองเป็น 100X

> speed 100
Done

คุณควรเห็นว่าโหนดส่งข้อความบ่อยกว่าเดิมมาก

ตั้งค่าความเร็วจําลองเป็น MAX

> speed max
Done

OTNS กําลังพยายามจําลองให้ดีที่สุดเท่าที่จะทําได้ ดังนั้นคุณควรเห็นโหนดส่งข้อความจํานวนมาก

หยุดการจำลองชั่วคราว

> speed 0
Done

การตั้งค่าการจําลองความเร็วเป็น 0 จะหยุดการจําลองชั่วคราว

คืนค่าการจําลองด้วยความเร็วปกติ

> speed 1
Done

การตั้งค่าการจําลองความเร็วเป็นค่าที่ใหญ่กว่า 0 จะทําให้การจําลองกลับมาทํางานอีกครั้ง

ปรับความเร็วจนถึง OTNS-Web

ปุ่มควบคุมความเร็ว

ค้นหาปุ่มควบคุมความเร็ว 9329157c1bd12672.png บน Action Bar ปุ่มจะแสดงความเร็วในการจําลองปัจจุบันและสามารถใช้เพื่อปรับความเร็วในการจําลองและหยุดชั่วคราว/เล่นจําลองต่อ

เร่งความเร็วในการจําลอง

คุณเร่งการจําลองได้โดยคลิกปุ่ม 39b88331779277ad.png จนกว่าความเร็วจะถึง MAX: f5f460b2586d299b.png

จําลองการช้าลง

คุณทําให้การจําลองช้าลงได้โดยคลิกปุ่ม 31cca8d5b52fa900.png

หยุดการจำลองชั่วคราว

คลิกปุ่ม ไฟล์ 46cc2088c9aa7ab6.png เพื่อหยุดการจําลองชั่วคราวเมื่อกําลังทํางานอยู่ ปุ่มจะเปลี่ยนเป็น ce25eda3496ffcd4.png

ทําการจําลองต่อ

คลิกปุ่ม ce25eda3496ffcd4.png เพื่อจําลองสถานการณ์อีกครั้งเมื่อหยุดชั่วคราว ปุ่มดังกล่าวจะเปลี่ยนกลับเป็น ไฟล์ 46cc2088c9aa7ab6.png

ตั้งค่าความเร็วจําลองเป็น 10X

เพื่อประหยัดเวลา ให้ใช้

OTNS-CLI เพื่อปรับความเร็วในการจําลองเป็น

10X เพื่อให้เราสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงโทโพโลยีในเครือข่ายได้เร็วขึ้นมาก

> speed 10
Done

8. เปิด/ปิดวิทยุ

ในตอนนี้ การจําลองควรมีเราเตอร์ 2 รายการ (รูปร่างหกเหลี่ยม) และเด็กจํานวนมาก และทํางานด้วยความเร็ว 10 เท่า

ค้นหาผู้นําปัจจุบัน (เส้นขอบสีแดง) ของเราเตอร์ 2 ตัว โดยคลิกเพียง 1 รายการเพื่อเลือก

8c6a2e191cdae0c7.png

ปิดวิทยุ

คลิกปุ่ม 7ca085f470491dd4.png บนแถบการทํางานเพื่อปิดวิทยุของโหนดผู้นํา

a3bf58d9d125f95f.png

ผู้นําจะส่งหรือรับข้อความโดยปิดวิทยุไม่ได้

รอประมาณ 12 วินาที (120 วินาทีในการจําลองเวลา) เพื่อให้เราเตอร์อื่นๆ กลายเป็นผู้นําคนใหม่:

e3d32f85c4a1b990.png

เครือข่ายเทรดจะกู้คืนจากความล้มเหลวของผู้นําโดยอัตโนมัติด้วยการสร้างพาร์ติชันใหม่โดยมีตัวแปรนําอยู่ พาร์ติชันใหม่จะมีสีพาร์ติชันใหม่ด้วย

เปิดวิทยุ

เลือกตัวแปรที่ปิดวิทยุอยู่ คลิกที่ปุ่ม 2d9cecb8612b42aa.png ใน Action Bar เพื่อคืนค่าการเชื่อมต่อวิทยุ

7370a7841861aa3a.png

ผู้นําควรเชื่อมต่อกับเครือข่ายอีกครั้งหลังจากการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตกลับคืนมา

9. ย้ายโหนด

OTNS ช่วยให้ผู้ใช้ย้ายโหนดได้อย่างง่ายดายผ่าน OTNS-CLI หรือ OTNS-Web

ย้ายโหนดผ่าน OTNS-CLI

ย้ายโหนด 5 ไปยังตําแหน่งใหม่:

> move 5 600 300
Done

เนื่องจากตอนนี้โหนด 5 อยู่ไกลจากเราเตอร์อื่นแล้ว โหนดจึงควรสูญเสียการเชื่อมต่อกับกันและกัน และหลังจากนั้นประมาณ 12 วินาที (เวลาจําลอง 120 วินาที) ทั้งคู่จะกลายเป็นผู้นําของพาร์ติชันของตนเอง

c06b4d0a4f183299.png

ย้ายโหนดผ่าน OTNS-Web

ย้ายโหนด 5 กลับไปยังตําแหน่งเดิมด้วยการลาก สองพาร์ติชันควรรวมกันเป็น 1 พาร์ติชัน

9ba305c4c5a5f892.png

10. ลบโหนด

ลบโหนดผ่าน OTNS-CLI

ลบโหนด 8:

> del 8
Done

โหนด 8 ควรหายไปจากการจําลอง:

18156770d9f8bf83.png

ลบโหนดผ่าน OTNS-Web

เลือกโหนด 5 แล้วคลิกปุ่ม 7ff6afd565f4eafc.png บน Action Bar เพื่อลบโหนด 5:

d4079cceea0105f0.png

Node 1 ควรเป็นผู้นํา และ Node 7 ควรถอดออกเพราะเข้าถึงเราเตอร์ไม่ได้

ล้างการจําลอง (ลบโหนดทั้งหมด)

คุณจะล้างการจําลองได้โดยลบโหนดทั้งหมดผ่าน OTNS-Web

คลิกปุ่ม 89618191721e79a0.png บน Action Bar. โหนดทั้งหมดจะหายไปพร้อมกัน

ก่อนดําเนินการต่อ...

เพิ่มโหนดลงในการจําลองด้วยตัวเอง คุณจะได้ดําเนินการต่อในบทแนะนํานี้

11. บริบทของโหนด OTNS-CLI

OTNS-CLI ให้โหมดบริบทโหนดเพื่อโต้ตอบกับโหนดได้อย่างง่ายดายเพื่อช่วยให้นักพัฒนาซอฟต์แวร์วินิจฉัยสถานะของโหนด

เข้าสู่โหมดบริบทโหนด

ป้อนบริบทโหนดของโหนด 1:

> node 1
Done
node 1>

ข้อความแจ้ง CLI เปลี่ยนเป็น node 1> ซึ่งแสดงให้เห็นถึงบริบทโหนดปัจจุบัน คุณสามารถพิมพ์ คําสั่ง OpenThread CLI เพื่อเรียกใช้บนโหนดประหนึ่งว่าคุณกําลังโต้ตอบกับโหนดโดยตรง

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

เปลี่ยนไปใช้บริบทโหนดอื่น

node 1> node 2
Done
node 2> 

ออกจากบริบทโหนด

node 1> exit
Done
>

12. ขอแสดงความยินดี

ขอแสดงความยินดี คุณเรียกใช้การจําลอง OTNS ครั้งแรกสําเร็จแล้ว

คุณดูวิธีติดตั้ง OTNS และทรัพยากร Dependency แล้ว คุณสร้าง OpenThread สําหรับ OTNS และเริ่มการจําลอง OTNS ด้วยอินสแตนซ์การจําลองของ OpenThread แล้ว คุณเรียนรู้วิธีจัดการการจําลองในรูปแบบต่างๆ ผ่านทางทั้ง OTNS-CLI และ OTNS-Web

ตอนนี้คุณทราบแล้วว่า OTNS คืออะไรและคุณจะใช้ OTNS เพื่อจําลองเครือข่าย OpenThread ได้อย่างไร

ขั้นตอนต่อไป

ลองดู Codelab ต่อไปนี้...

เอกสารอ้างอิง