1. はじめに
Thread とは
Thread は、デバイス間の安全な通信とデバイス間の通信を可能にする IP ベースの低電力ワイヤレス メッシュ ネットワーク プロトコルです。Thread ネットワークはトポロジの変更に対応して単一点の障害を回避できます。
OpenThread とは
Google がリリースした OpenThread は、Thread® のオープンソース実装です。
OpenThread ボーダー ルーターとは
Google がリリースした OpenThread ボーダー ルーター（OTBR）は、Thread ボーダー ルーターのオープンソース実装です。
Thread 1.2 マルチキャスト
Thread 1.2 では、レルムローカルよりも大きいスコープを持つマルチキャスト アドレスで、異種ネットワーク（Thread および Wi-Fi/イーサネット ネットワーク セグメント）にまたがるマルチキャストをサポートする一連の機能を定義します。
Thread 1.2 ボーダー ルーターは、そのバックボーン ルーター（BBR）データセットを登録します。選択された BBR サービスは、プライマリ バックボーン ルーター（PBBR）であり、マルチキャストの受信/送信を担当します。
Thread 1.2 デバイスは、アドレスがレルム ローカルより大きい場合、マルチキャスト アドレスを PBBR（マルチキャスト リスナー登録、略して MLR）に登録するための CoAP メッセージを送信します。PBBR は、外部インターフェースの MLDv2 を使用して、ローカルの Thread ネットワークに代わってリッスンする必要がある IPv6 マルチキャスト グループについて、より広範な IPv6 LAN/WAN と通信します。また、宛先が少なくとも 1 つの Thread デバイスによってサブスクライブされている場合、PBBR はマルチキャスト トラフィックを Thread ネットワークに転送します。
Thread 1.2 ミニマルエンド デバイスの場合、マルチキャスト アドレスの集約と MLR の実行を親に依頼するか、親が Thread 1.1 の場合は自身を登録できます。
詳細については、レルム ローカル スコープより大きい場合のスレッド 1.2 仕様セクション 5.24 マルチキャスト転送をご覧ください。
作業内容
この Codelab では、Thread ボーダー ルーターと 2 つの Thread デバイスをセットアップし、Thread デバイスと Wi-Fi デバイスでマルチキャスト機能を有効にして検証します。
学習内容
- Thread 1.2 マルチキャスト機能を備えた nRF52840 ファームウェアをビルドする方法。
- Thread デバイスで IPv6 マルチキャスト アドレスに登録する方法。
必要なもの
- Raspberry Pi 3/4 デバイスと 8 GB 以上の容量の SD カード。
- Nordic Semiconductor nRF52840 DK ボード 3 個。
- ルーターで IPv6 ルーター アドバタイズ ガードが有効になっていない Wi-Fi AP。
- Python3 がインストールされた Linux/macOS ノートパソコン（Raspberry Pi も動作します）。
2. OTBR のセットアップ
Thread ボーダー ルーター - 双方向 IPv6 接続と DNS ベースのサービス ディスカバリ Codelab に従って、Raspberry Pi で Thread ボーダー ルーターを設定します。
完了すると、Raspberry Pi が動作中の Thread ネットワークを作成し、Wi-Fi ネットワークに接続されるはずです。
OTBR は数秒以内にプライマリ バックボーン ルーターになります。
$ sudo ot-ctl bbr state Primary Done $ sudo ot-ctl bbr BBR Primary: server16: 0xD800 seqno: 23 delay: 1200 secs timeout: 3600 secs Done
3. Build と Flash Thread デバイス
マルチキャストを使用して Thread 1.2 CLI アプリケーションをビルドし、2 つの nRF52840 DK ボードをフラッシュします。
nRF52840 DK ファームウェアをビルドする
手順に沿ってプロジェクトのクローンを作成し、nRF52840 ファームウェアをビルドします。
$ mkdir -p ~/src $ cd ~/src $ git clone --recurse-submodules --depth 1 https://github.com/openthread/ot-nrf528xx.git $ cd ot-nrf528xx/ $ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_MLR=ON -DOT_THREAD_VERSION=1.2 $ arm-none-eabi-objcopy -O ihex build/bin/ot-cli-ftd ot-cli-ftd.hex
正常にビルドされた 16 進数ファームウェアは ot-cli-ftd.hex にあります。
フラッシュ nRF52840 DK ファームウェア
nRF コマンドライン ツールの一部である nrfjprog を使用して、ファームウェアを nRF52840 DK にフラッシュします。
$ nrfjprog -f nrf52 --chiperase --program ot-cli-ftd.hex --reset
4. Thread デバイスを Thread ネットワークに接続する
OTBR が前の手順で Thread ネットワークを作成しました。これで、nRF52840 DK を Thread ネットワークに追加できます。
OTBR から未加工のアクティブなデータセットを取得します。
$ sudo ot-ctl dataset active -x 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff
nRF52840 DK ボードに接続します。
$ screen /dev/ttyACM0 115200
nRF52840 DK のアクティブ データセットを構成します。
> dataset set active 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff Done
Thread スタックを起動し、数秒待ってから、デバイスが正常にアタッチされたことを確認します。
> ifconfig up Done > thread start Done > state child
上記の手順を繰り返して、他の nRF52840 DK ボードを Thread ネットワークに接続します。
これで、3 つの Thread デバイス（OTBR と 2 つの nRF52840 DK ボード）を備えた Thread ネットワークが正常にセットアップされました。
5. Wi-Fi ネットワークをセットアップする
OTBR とノートパソコンで Wi-Fi ネットワークを設定し、同じ Wi-Fi AP に接続します。
raspi-config を使用すると、Raspberry Pi OTBR の Wi-Fi SSID とパスフレーズを設定できます。
最終的なネットワーク トポロジを以下に示します。
6. IPv6 マルチキャスト アドレスにサブスクライブする
nRF52840 エンドデバイス 1 で ff05::abcd を定期購入する:
> ipmaddr add ff05::abcd Done
ff05::abcd が正常に登録されたことを確認します。
> ipmaddr ff33:40:fdde:ad00:beef:0:0:1 ff32:40:fdde:ad00:beef:0:0:1 ff05:0:0:0:0:0:0:abcd <--- ff05::abcd subscribed ff02:0:0:0:0:0:0:2 ff03:0:0:0:0:0:0:2 ff02:0:0:0:0:0:0:1 ff03:0:0:0:0:0:0:1 ff03:0:0:0:0:0:0:fc Done
ノートパソコンで ff05::abcd を定期購入する:
ノートパソコンでマルチキャスト アドレスを登録するには、Python スクリプト subscribe6.py が必要です。
下のコードをコピーして、subscribe6.py として保存します。
import ctypes
import ctypes.util
import socket
import struct
import sys
libc = ctypes.CDLL(ctypes.util.find_library('c'))
ifname, group = sys.argv[1:]
addrinfo = socket.getaddrinfo(group, None)[0]
assert addrinfo[0] == socket.AF_INET6
s = socket.socket(addrinfo[0], socket.SOCK_DGRAM)
group_bin = socket.inet_pton(addrinfo[0], addrinfo[4][0])
interface_index = libc.if_nametoindex(ifname.encode('ascii'))
mreq = group_bin + struct.pack('@I', interface_index)
s.setsockopt(socket.IPPROTO_IPV6, socket.IPV6_JOIN_GROUP, mreq)
print("Subscribed %s on interface %s." % (group, ifname))
input('Press ENTER to quit.')
subscribe6.py を実行して、Wi-Fi ネットワーク インターフェース（wlan0 など）で ff05::abcd を登録します。
$ sudo python3 subscribe6.py wlan0 ff05::abcd Subscribed ff05::abcd on interface wlan0. Press ENTER to quit.
マルチキャスト サブスクリプションを使用した最終的なネットワーク トポロジは次のとおりです。
Thread ネットワークの nRF52840 エンド デバイス 1 と Wi-Fi ネットワークのノートパソコンの両方で IPv6 マルチキャスト アドレスを登録したので、次のセクションでは双方向 IPv6 マルチキャストのネットワーク到達性を確認します。
7. 受信 IPv6 マルチキャストを確認する
これで、Wi-Fi ネットワークから IPv6 マルチキャスト アドレス ff05::abcd を使用して、Thread ネットワークの nRF52840 エンド デバイス 1 とノートパソコンの両方に到達できるようになります。
Wi-Fi インターフェースを使用して、OTBR の ff05::abcd に ping します。
$ ping -6 -b -t 5 -I wlan0 ff05::abcd PING ff05::abcd(ff05::abcd) from 2401:fa00:41:801:83c1:a67:ae22:5346 wlan0: 56 data bytes 64 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=1 ttl=64 time=57.4 ms 64 bytes from 2401:fa00:41:801:8c09:1765:4ba8:48e8: icmp_seq=1 ttl=64 time=84.9 ms (DUP!) 64 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=2 ttl=64 time=54.8 ms 64 bytes from 2401:fa00:41:801:8c09:1765:4ba8:48e8: icmp_seq=2 ttl=64 time=319 ms (DUP!) 64 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=3 ttl=64 time=57.5 ms 64 bytes from 2401:fa00:41:801:8c09:1765:4ba8:48e8: icmp_seq=3 ttl=64 time=239 ms (DUP!) # If using MacOS, use this command. The interface is typically not "wlan0" for Mac. $ ping6 -h 5 -I wlan0 ff05::abcd
nRF52840 エンドデバイス 1 とノートパソコンの両方から ff05::abcd をサブスクライブしているため、OTBR は 2 つの ping 応答を受信できることがわかります。これは、OTBR が IPv6 Ping Request マルチキャスト パケットを Wi-Fi ネットワークから Thread ネットワークに転送できることを示しています。
8. 送信 IPv6 マルチキャストを確認する
nRF52840 エンドデバイス 2 の ff05::abcd に ping します。
> ping ff05::abcd 100 10 1 108 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=12 hlim=64 time=297ms 108 bytes from 2401:fa00:41:801:64cb:6305:7c3a:d704: icmp_seq=12 hlim=63 time=432ms 108 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=13 hlim=64 time=193ms 108 bytes from 2401:fa00:41:801:64cb:6305:7c3a:d704: icmp_seq=13 hlim=63 time=306ms 108 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=14 hlim=64 time=230ms 108 bytes from 2401:fa00:41:801:64cb:6305:7c3a:d704: icmp_seq=14 hlim=63 time=279ms
nRF52840 エンドデバイス 2 は、nRF52840 エンドデバイス 1 とノートパソコンの両方で ping 応答を受信できます。これは、OTBR が IPv6 の Ping Reply マルチキャスト パッケージを Thread ネットワークから Wi-Fi ネットワークに転送できることを示しています。
9. 完了
これで、Thread ボーダー ルーターのセットアップと、双方向 IPv6 マルチキャストの検証が完了しました。
OpenThread について詳しくは、openthread.io をご覧ください。
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