Simula redes de subprocesos con OTNS

1. Introducción

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¿Qué es Thread y OTNS?

Thread es un protocolo de red en malla inalámbrica de bajo consumo basado en IP que permite comunicaciones seguras de dispositivo a dispositivo y de dispositivo a nube. Las redes de subprocesos pueden adaptarse a los cambios de topología para evitar puntos únicos de fallo.

OpenThread, lanzado por Google, es una implementación de código abierto de Thread. A pesar de su pequeño tamaño de código y huella de memoria, OpenThread admite todas las funciones definidas en la Especificación de subprocesos.

El simulador de red de Thread de OpenThread (OTNS) se puede usar para simular redes de Thread ejecutando nodos de OpenThread simulados en plataformas de posix. OTNS proporciona una interfaz web fácil de usar (OTNS-Web) para visualizar y operar redes de Thread simuladas.

Qué aprenderás

  • Instala OTNS y sus dependencias
  • Cómo compilar OpenThread para OTNS
  • Cómo agregar, mover o borrar nodos en OTNS-Web
  • Usar otras funciones útiles de OTNS-Web para operar la simulación de red
  • Verifica el punto único de fallo de OpenThread

Este codelab se enfoca en OTNS-CLI y OTNS-Web. No se abordan otras características de OTNS, como la secuencia de comandos de Python.

Requisitos

  • Linux x86_64 o Mac OS.
  • Git:
  • Go 1.13+.
  • Navegador web. OTNS-Web usa un navegador web para mostrar simulaciones.
  • Primer de Thread. Deberás conocer los conceptos básicos de Thread para comprender lo que se enseña en este Codelab.

2. Instalación

Instala Go

OTNS requiere Go 1.13+ para compilar.

  1. Instala Go en https://golang.org/dl/
  2. Agrega $(go env GOPATH)/bin (normalmente $HOME/go/bin) a $PATH:
$ export PATH=$PATH:$(go env GOPATH)/bin

Obtener código OTNS

$ git clone https://github.com/openthread/ot-ns.git ./otns
$ cd otns

Instale las dependencias

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

Es posible que debas ingresar una contraseña para sudo.

Instala otn

Instala otns en $GOPATH/bin:

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

Comprobemos si otns está instalado correctamente

  1. Ejecuta which otns para verificar si el ejecutable otns se puede buscar en $PATH..
  2. Si no se encuentra el comando otns, verifica que hayas agregado $(go env GOPATH)/bin a $PATH..

3. Cómo compilar OpenThread para OTNS

Obtener código de OpenThread en GitHub

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

Cómo compilar OpenThread con 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

Puedes encontrar los ejecutables de OpenThread en el directorio build:

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

Ahora es el momento de ejecutar la OTNS...

4. Ejecutar OTNS

Ejecuta otns:

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

Cuando se inicie correctamente, OTNS ingresará a una consola de CLI (OTNS-CLI) e iniciará un navegador web para la visualización y administración de la red (OTNS-Web):

a0e05178d66929b1.png

Si solo puedes ver una página en blanco en OTNS-Web, es posible que WebGL no esté habilitado en tu navegador. Consultahttps://superuser.com/a/836833 para habilitar WebGL.

En las siguientes secciones, aprenderás a administrar simulaciones de OTNS mediante OTNS-CLI y OTNS-Web.

5. Conoce OTNS-CLI y OTNS-Web

OTNS‐CLI

OTNS-CLI proporciona una interfaz de línea de comandos (CLI) para administrar las simulaciones de OTNS.

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

Puedes escribir comandos mediante OTNS-CLI. Consulta la referencia de la CLI de OTNS para obtener una lista completa de comandos. No te preocupes, solo usarás algunos de estos comandos en este Codelab.

OTNS-Web

OTNS-Web es la herramienta de administración y visualización de red de OTNS. Proporciona una representación visual de los nodos, mensajes y vínculos de la red de Thread simulada. Observa los diversos elementos de OTNS-Web:

4c5b43509a2ca0d0.png

6. Agregar nodos

Agregar nodos a través de OTNS-CLI

Cómo agregar un router a la posición (300, 100)

> add router x 300 y 100
1
Done

Deberías ver un nodo creado en OTNS-Web. El nodo se inicia como router y se convierte en líder en cuestión de segundos:

6ca8c2e63ed9818d.png

Agregar más nodos a través de 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

Espera unos segundos a que los nodos se combinen en una partición. Deberías ver los nodos en OTNS-WEB:

3ee67903c01aa612.png

Agregar nodos antes del OTNS-Web

También puedes agregar nodos mediante OTNS-Web. Haz clic en el botón New Router de Action Bar. Deberías ver que se está creando un nodo justo encima del botón New Router. Arrastra el nodo para estar cerca del líder que creaste a través de OTNS-CLI. Con el tiempo, todos los nodos se deberían combinar en una partición:

420258bb92561146.png

También haga clic en los botones FED, MED y SED de la barra de acción para crear otros tipos de nodos. Arrástralos a posiciones cercanas a los nodos existentes para adjuntarlas a esa red Thread:

Fe15d6f9726a099e.png

Ya creaste una red Thread de una partición que contiene muchos nodos. En la siguiente sección, ajustaremos la velocidad de simulación para que se ejecute más rápido.

7. Ajustar velocidad

Actualmente, la simulación debe ejecutarse a la velocidad de 1X, lo que significa que el tiempo de simulación que transcurrió es el mismo que desde la creación del primer nodo.

Ajusta la velocidad en OTNS-CLI

Puedes ajustar la velocidad de simulación a través de OTNS-CLI.

Establecer la velocidad de simulación en 100X

> speed 100
Done

Debería ver que los nodos envían mensajes con mucha más frecuencia que antes.

Establecer la velocidad de simulación en MAX

> speed max
Done

Ahora, OTNS está intentando simular lo más rápido posible, por lo que deberías ver nodos que envían una gran cantidad de mensajes.

Poner simulación en pausa

> speed 0
Done

Si estableces la velocidad de simulación en 0, se pausará la simulación.

Restablecer simulación a velocidad normal

> speed 1
Done

Si configuras la velocidad de simulación en un valor mayor que 0, se reanudará la simulación.

Ajusta la velocidad en OTNS-Web

Botones de control de velocidad

Busca los botones de control de velocidad 9329157c1bd12672.png en Action Bar. Los botones muestran la velocidad de simulación actual y se pueden usar para ajustarla y pausar/reanudarla.

Acelerar simulación

Para acelerar la simulación, haz clic en el botón 39b88331779277ad.png hasta que la velocidad llegue a MAX: F5f460b2586d299b.png.

Simulación de ralentización

Puedes ralentizar la simulación si haces clic en el botón 31cca8d5b52fa900.png.

Poner simulación en pausa

Haga clic en el botón 46cc2088c9aa7ab6.png para detener la simulación cuando se esté ejecutando. Se cambiará el botón por ce25eda3496ffcd4.png.

Reanudar simulación

Haga clic en el botón ce25eda3496ffcd4.png para reanudar la simulación cuando se detenga. Se volverá a cambiar el botón a 46cc2088c9aa7ab6.png.

Establecer la velocidad de simulación en 10X

Para ahorrar tiempo, usa

OTNS-CLI para ajustar la velocidad de simulación a

10X para que podamos observar los cambios de topología en la red mucho más rápido.

> speed 10
Done

8. Encender/apagar radio

La simulación debería contener 2 routers (forma hexagonal) y muchos elementos secundarios, y se ejecuta a una velocidad 10 veces superior.

Busca el líder actual (borde rojo) de los 2 routers, con un solo clic para seleccionarlo:

8c6a2e191cdae0c7.png

Apagar la radio

Haga clic en el botón 7ca085f470491dd4.png de la barra de acciones para desactivar la radio del nodo Leader:

a3bf58d9d125f95f.png

El Líder no podrá enviar ni recibir mensajes con la radio desactivada.

Espera unos 12 segundos (120 s en el tiempo de simulación) para que el otro router se convierta en el nuevo líder:

e3d32f85c4a1b990.png

La red de Thread se recupera automáticamente de la falla de líder mediante la formación de una nueva partición con un nuevo líder. La nueva partición también tiene un nuevo color de partición.

Encender la radio

Selecciona el líder cuya radio se desactivó. Haz clic en el botón 2d9cecb8612b42aa.png. de Action Bar para restablecer la conectividad.

7370a7841861aa3a.png

El líder debe volver a conectarse a la red después de que se restablezca la conectividad de radio.

9. Mover nodos

OTNS permite que los usuarios muevan nodos fácilmente a través de OTNS-CLI o OTNS-Web.

Mover el nodo a través de OTNS-CLI

Mueve el nodo 5 a una ubicación nueva:

> move 5 600 300
Done

Dado que el nodo 5 está lejos del otro router, deberían perder conectividad entre sí y, después de aproximadamente 12 s (120 s en el tiempo de simulación), ambos se convertirán en líderes de su propia partición:

c06b4d0a4f183299.png

Mover el nodo a través de OTNS-Web

Arrastra el nodo 5 a la ubicación original arrastrando. Las dos particiones deben volver a combinarse en una partición:

9ba305c4c5a5f892.png

10. Borrar nodos

Borra nodos mediante OTNS-CLI

Borra el nodo 8:

> del 8
Done

El nodo 8 debería desaparecer de la simulación:

18156770d9f8bf83.png

Borra nodos mediante OTNS-Web

Selecciona el nodo 5 y haz clic en el botón 7ff6afd565f4eafc.png en el archivo Action Bar para borrar el nodo 5:

d4079cceea0105f0.png

Node 1 debe convertirse en líder y Node 7 debe desconectarse, ya que no puede alcanzar a ningún router.

Borrar simulación (borrar todos los nodos)

Para borrar la simulación, borra todos los nodos mediante OTNS-Web.

Haga clic en el botón 89618191721e79a0.png en Action Bar. Todos los nodos desaparecerán al mismo tiempo.

Antes de continuar...

Agrega algunos nodos a la simulación por tu cuenta para continuar con este instructivo.

11. Contexto del nodo de OTNS-CLI

OTNS-CLI proporciona el modo de contexto de nodo para facilitar la interacción con nodos a fin de ayudar a los desarrolladores a diagnosticar el estado de un nodo.

Ingresar al modo de contexto de nodo

Ingresa el contexto del nodo 1:

> node 1
Done
node 1>

El mensaje de la CLI cambió a node 1> , lo que indica el contexto del nodo actual. Puede escribir comandos de la CLI de OpenThread para que se ejecuten en el nodo como si interactuara directamente con él.

Ejecuta comandos en el contexto del nodo

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

Cambia a otro contexto de nodo

node 1> node 2
Done
node 2> 

Salir del contexto de nodos

node 1> exit
Done
>

12. Felicitaciones

¡Felicitaciones! Ejecutaste correctamente tu primera simulación de OTNS.

Aprendiste a instalar OTNS y sus dependencias. Compilaste OpenThread para OTNS y, luego, iniciaste la simulación de OTNS con instancias de simulación de OpenThread. Aprendiste a manipular la simulación de varias maneras mediante OTNS-CLI y OTNS-Web.

Ahora sabes qué es OTNS y cómo puedes usarla para simular redes de OpenThread.

¿Qué sigue?

Consulta algunos codelabs sobre los siguientes temas:

Documentos de referencia