SILICON LABS UG103.11 Fundamentals hugbúnaður
Tæknilýsing:
- Vöruheiti: Thread Fundamentals
- Framleiðandi: Silicon Labs
- Bókun: Þráður
- Útgáfa: Rev. 1.6
- Wireless Networking Protocol: Mesh netkerfi
- Stuðlar staðlar: IEEE, IETF
Upplýsingar um vöru
Thread Fundamentals er örugg, þráðlaus netsamskiptareglur þróuð af Silicon Labs. Það styður IPv6 vistföng, ódýra brú til annarra IP neta og er fínstillt fyrir rafhlöðustýrða notkun. Samskiptareglur eru hönnuð fyrir tengd heimili og viðskiptaforrit þar sem IP-undirstaða net er óskað.
Notkunarleiðbeiningar
- Kynning á grundvallaratriðum þráða:
Thread er örugg, þráðlaus netsamskiptareglur sem eru byggðar á núverandi IEEE og IETF stöðlum. Það gerir samskipti tæki til tækis kleift í tengdu heimili og viðskiptaforritum. - OpenThread útfærsla:
OpenThread, flytjanleg útfærsla á Thread samskiptareglunum, býður upp á áreiðanleg, örugg og aflmikil þráðlaus tæki-til-tæki samskipti fyrir heimili og atvinnuhúsnæði. Silicon Labs býður upp á OpenThread-undirstaða siðareglur sem eru sérsniðnar til að vinna með vélbúnaði þeirra, fáanlegar á GitHub og sem hluti af Simplicity Studio 5 SDK. - Þráðarhópsaðild:
Að ganga til liðs við Thread Group veitir aðgang að vöruvottun og stuðlar að notkun þráðvirkra tækja. Eftirfarandi útgáfur af þráðaforskriftinni eru tilkynntar með vottunaráætlunum árið 2022.
Algengar spurningar:
- Sp.: Hvernig get ég halað niður nýjustu þráðaforskriftinni?
A: Hægt er að hlaða niður nýjustu þræðiforskriftinni með því að senda inn beiðni á þráðahópnum websíða kl https://www.threadgroup.org/ThreadSpec. - Sp.: Hver er helsti kosturinntage af því að nota Thread í IoT tæki?
A: Þráður veitir örugga, þráðlausa netsamskiptareglur sem styður við aflmagn og samskipti tækis til tækis, sem eykur upptökuhlutfall og notendasamþykki fyrir IoT tæki.
UG103.11: Þráður grundvallaratriði
- Þetta skjal inniheldur stuttan bakgrunn um tilkomu
- Þráður, veitir tækni yfirview, og lýsir nokkrum lykileiginleikum Thread sem þarf að hafa í huga þegar Thread lausn er innleidd.
- Fundamentals röð Silicon Labs fjallar um efni sem verkefnastjórar, forritahönnuðir og forritarar ættu að skilja áður en byrjað er að vinna að innbyggðri netlausn með því að nota
- Silicon Labs flísar, netstafla eins og EmberZNet PRO eða Silicon Labs Bluetooth® og tengd þróunarverkfæri. Hægt er að nota skjölin sem upphafsstað fyrir alla sem þurfa kynningu á að þróa þráðlaus netforrit eða sem eru nýir í þróunarumhverfi Silicon Labs.
LYKILIPTI
- Kynnir Thread og veitir tkni yfirview.
- Lýsir nokkrum af lykilþáttum Thread, þar á meðal IP-stafla hans, svæðisfræði nets, leið og nettengingu, tengingu við net, stjórnun, viðvarandi gögn, öryggi, landamærabeini, gangsetningu tækis og forritalag.
- Inniheldur uppfærslur fyrir Thread Specification 1.3.0.
- Inniheldur næstu skref til að vinna með Silicon Labs OpenThread tilboðinu.
Inngangur
- Silicon Labs og Internet of Things
- Internet Protocol útgáfa 4 (IPv4) var skilgreind árið 1981 í RFC 791, DARPA Internet Program Protocol Specification. („RFC“ stendur fyrir „Request for Comments.“) Með því að nota 32-bita (4-bæta) vistföng gaf IPv4 232 einstök vistföng fyrir tæki á internetinu, samtals um 4.3 milljarða vistföng. Hins vegar, þar sem fjöldi notenda og tækja jókst veldishraða, var ljóst að fjöldi IPv4 vistfönga væri uppurinn og þörf væri á nýrri útgáfu af IP. Þess vegna þróaðist IPv6 á tíunda áratugnum og ætlunin að skipta um IPv1990. Með 4-bita (128-bæta) vistföng leyfir IPv16 6 vistföng, meira en 2128×7.9 vistföng en IPv1028 (http://en.wikipedia.org/wiki/IPv6).
- Áskorunin fyrir fyrirtæki í innbyggðum iðnaði eins og Silicon Labs er að takast á við þessa tækniflutninga og það sem meira er um kröfur viðskiptavina þegar við förum yfir í sítengdan heim tækja á heimilinu og í atvinnuhúsnæði, það sem oft er nefnt sem Internet of Things (IoT). Á háu stigi eru markmið IoT fyrir Silicon Labs að:
- Tengdu öll tækin á heimilinu og verslunarrýminu með bestu netkerfi í sínum flokki, hvort sem það er með Zigbee PRO, Thread, Blue-tooth eða öðrum nýjum stöðlum.
- Nýttu þér sérfræðiþekkingu fyrirtækisins á orkuvænum örstýringum.
- Bættu rótgróna flís með lágum krafti með blönduðum merkjum.
- Veittu ódýra brú fyrir núverandi Ethernet og Wi-Fi tæki.
- Virkjaðu skýjaþjónustu og tengingu við snjallsíma og spjaldtölvur sem mun stuðla að auðveldri notkun og sameiginlegri notendaupplifun fyrir viðskiptavini.
Að ná öllum þessum markmiðum mun auka ættleiðingarhlutfall og samþykki notenda fyrir IoT tæki.
- Þráðahópur
- Þráðahópur (https://www.threadgroup.org/) var hleypt af stokkunum 15. júlí 2014. Silicon Labs var stofnfyrirtæki ásamt sex öðrum fyrirtækjum. Thread Group er markaðskennsluhópur sem býður upp á vöruvottun og stuðlar að notkun á vörum sem eru virkjuð fyrir þráð í tæki (D2D) og vél-til-vél (M2M). Aðild að þráðahópi er opin.
- Thread Specification 1.1 má hlaða niður eftir að hafa sent inn beiðni hér: https://www.threadgroup.org/ThreadSpec. Eftirfarandi útgáfur af þræðiforskriftinni, 1.2 og 1.3.0, hafa einnig verið tilkynntar með vottunarforritum árið 2022. Nýjasta 1.4 drög þráðaforskriftarinnar eru aðeins í boði fyrir þráðsmeðlimi.
- Hvað er þráður?
Þráður er örugg, þráðlaus netsamskiptareglur. Thread staflan er opinn staðall sem er byggður á safni núverandi stöðlum Institute for Electrical and Electronics Engineers (IEEE) og Internet Engineering Task Force (IETF), frekar en alveg nýjum staðli (sjá eftirfarandi mynd). - Almenn einkenni þráðar
- Þráðarstaflan styður IPv6 vistföng og veitir ódýra brú til annarra IP neta og er fínstilltur fyrir orkulítið/rafhlöðutryggt starf og þráðlaus samskipti milli tækis. Þráðarstaflan er sérstaklega hannaður fyrir tengd heimili og verslunarforrit þar sem IP-undirstaða netkerfis er óskað og hægt er að nota margs konar forritalög á staflanum.
- Þetta eru almenn einkenni þráðarstafla:
- Einföld netuppsetning, gangsetning og rekstur: Þráðarstaflan styður nokkrar netkerfisfræði. Uppsetning er einföld með snjallsíma, spjaldtölvu eða tölvu. Vöruuppsetningarkóðar eru notaðir til að tryggja að aðeins viðurkennd tæki geti tengst netinu. Einfaldar samskiptareglur til að mynda og tengja netkerfi gera kerfum kleift að stilla sjálf og laga leiðarvandamál þegar þau koma upp.
- Öruggt: Tæki tengjast ekki netinu nema þau hafi heimild og öll samskipti eru dulkóðuð og örugg. Öryggi er veitt á netlaginu og getur verið á forritalaginu. Öll Thread net eru dulkóðuð með auðkenningarkerfi frá snjallsímatímanum og Advanced Encryption Standard (AES) dulkóðun. Öryggið sem notað er í Thread netum er sterkara en aðrir þráðlausir staðlar sem Thread Group hefur metið.
- Lítil og stór heimanet: Heimanet eru mismunandi frá nokkrum upp í hundruð tækja. Netlagið er hannað til að hámarka netreksturinn miðað við væntanlega notkun.
- Stór viðskiptanet: Fyrir stærri atvinnuuppsetningar dugar eitt þráðarnet ekki til að uppfylla allar kröfur um forrit, kerfi og net. Thread Domain líkanið leyfir sveigjanleika fyrir allt að 10,000 þráða tækja í einni uppsetningu, með því að nota blöndu af mismunandi tengitækni (Thread, Ethernet, Wi-Fi, og svo framvegis).
- Tvíátta þjónustuuppgötvun og tenging: Fjölvarp og útsending eru óhagkvæm á þráðlausum netkerfum. Fyrir samskipti utan möskva býður Thread upp á þjónustuskrá þar sem tæki geta skráð viðveru sína og þjónustu, og viðskiptavinir geta notað unicast fyrirspurnir til að uppgötva skráða þjónustu.
- Svið: Dæmigert tæki veita nægilegt svið til að ná yfir venjulegt heimili. Fáanleg hönnun með krafti amplyftara stækka svið verulega. Dreift dreifð litróf er notað á Physical Layer (PHY) til að vera ónæmari fyrir truflunum. Fyrir auglýsingauppsetningar gerir Thread Domain líkanið mörgum þráðarnetum kleift að eiga samskipti sín á milli í gegnum burðarás og stækkar þannig svið til að ná yfir mörg möskva undirnet.
- Enginn stakur bilunarpunktur: Thread staflan er hannaður til að veita örugga og áreiðanlega aðgerð, jafnvel þótt einstök tæki bili eða tapist. Þráðatæki geta einnig fellt inn IPv6-tengla eins og Wi-Fi og Ethernet í staðfræði til að draga úr líkum á mörgum þræði skiptingum. Þannig geta þeir nýtt sér hærra afköst, rásargetu og umfang þessara innviðatenginga, á sama tíma og þeir styðja enn orkulítil tæki.
- Lítið afl: Tæki hafa skilvirk samskipti til að skila aukinni notendaupplifun með margra ára væntanlegum líftíma við venjulegar rafhlöðuaðstæður. Tæki geta venjulega starfað í nokkur ár á AA rafhlöðum með viðeigandi vinnulotum.
- Hagkvæmt: Samhæft flísasett og hugbúnaðarbunkar frá mörgum söluaðilum eru verðlagðar fyrir fjöldadreifingu og hannaðir frá grunni til að hafa afar litla orkunotkun.
- OpenThread
- OpenThread gefið út af Google er opinn uppspretta útfærsla á Thread®. Google hefur gefið út OpenThread til að gera nettækni sem notuð er í Google Nest vörum aðgengilegri fyrir þróunaraðila, til að flýta fyrir þróun vara fyrir tengd heimili og atvinnuhúsnæði.
- Með þröngu útdráttarlagi á vettvangi og litlu minnisfótspori er OpenThread mjög flytjanlegur. Það styður bæði kerfis-í-flís (SoC) og útvarpssamvinnslu (RCP) hönnun.
- OpenThread skilgreinir IPv6-byggða áreiðanlega, örugga og aflmikla þráðlausa samskiptareglur frá tæki til tækis fyrir heimili og atvinnuhúsnæði. Það útfærir alla eiginleika sem skilgreindir eru í Thread Specification 1.1.1, Thread Specification 1.2, Thread Specification 1.3.0 og drög að Thread Specification 1.4 (frá og með útgáfu þessa skjals).
- Silicon Labs hefur innleitt OpenThread-undirstaða siðareglur sem eru sérsniðnar til að vinna með Silicon Labs vélbúnaði. Þessi samskiptaregla er fáanleg á GitHub og einnig sem hugbúnaðarþróunarsett (SDK) uppsett með Simplicity Studio 5. SDK er fullprófuð skyndimynd af Gi-tHub upprunanum. Það styður breiðara úrval af vélbúnaði en GitHub útgáfan, og inniheldur skjöl og tdampLe forrit eru ekki fáanleg á GitHub.
Þráður Tækni lokiðview
- IEEE 802.15.4
- IEEE 802.15.4-2006 forskriftin er staðall fyrir þráðlaus samskipti sem skilgreinir þráðlausa Medium Access Control (MAC) og Physical (PHY) lögin sem starfa á 250 kbps á 2.4 GHz bandinu, með vegvísi að undirGHz böndum (IEEE 802.15.4. 2006-802.15.4 forskrift). Hannað með lágt afl í huga, XNUMX er hentugur fyrir forrit sem venjulega fela í sér mikinn fjölda hnúta.
- 802.15.4 MAC lagið er notað fyrir grunnskilaboðameðferð og eftirlit með þrengslum. Þetta MAC lag inniheldur Carrier Sense Multiple Access (CSMA) kerfi fyrir tæki til að hlusta eftir skýrri rás, auk tenglalags til að takast á við endurtilraunir og staðfestingu á skilaboðum fyrir áreiðanleg samskipti milli aðliggjandi tækja. MAC lag dulkóðun er notuð í skilaboðum sem byggjast á lyklum sem eru stofnaðir og stilltir af hærri lögum hugbúnaðarstafla. Netlagið byggir á þessum undirliggjandi aðferðum til að veita áreiðanleg samskipti frá enda til enda á netinu.
- Frá og með Thread Specification 1.2, hafa nokkrar fínstillingar frá IEEE 802.15.4-2015 forskriftinni verið innleiddar til að gera Thread netkerfin öflugri, móttækilegri og skalanlegri:
- Aukinn rammi í bið: Bætir endingu rafhlöðunnar og svörun syfjubúnaðar (SED), með því að fækka skilaboðum sem SED getur sent í gegnum loftið. Hægt er að viðurkenna hvaða gagnapakka sem kemur frá SED (ekki bara gagnabeiðnum) með tilvist væntanlegra gagna sem bíða.
- Aukið Keepalive: Dregur úr umferðarmagni sem þarf til að viðhalda tengingu milli SED og foreldris með því að meðhöndla öll gagnaskilaboð sem Keepalive netsending.
- Samræmd Sampleiddi hlustun (CSL): Þessi IEEE 802.15.4-2015 forskriftareiginleiki gerir ráð fyrir betri samstillingu milli SED og foreldris með því að skipuleggja samstillt sendingar-/móttökutímabil án reglubundinna gagnabeiðna. Þetta gerir orkusnauð tæki sem hafa litla töf á hlekki og netkerfi með minni líkur á skilaboðaárekstrum.
- Aukin ACK-könnun: Þessi IEEE 802.15.4-2015 forskriftareiginleiki gerir frumkvöðlaðri stjórn á hlekkjamælingum fyrirspurnum á sama tíma og orkusparnaður með því að endurnýta venjulegt gagnaumferðarmynstur frekar en aðskilin rannsakandaskilaboð.
- Þráður netarkitektúr
- Íbúðararkitektúr
Notendur eiga samskipti við þráðanet í heimabyggð úr eigin tæki (snjallsíma, spjaldtölvu eða tölvu) í gegnum Wi-Fi á heimaneti sínu (HAN) eða með því að nota skýjabundið forrit. Eftirfarandi mynd sýnir helstu tækjagerðir í Thread net arkitektúrnum.
- Íbúðararkitektúr
Mynd 2.1. Þráður netarkitektúr
Eftirfarandi gerðir tækja eru innifalin í þráðarneti, frá Wi-Fi netinu:
- Border Routers veita tengingu frá 802.15.4 netinu við aðliggjandi netkerfi á öðrum líkamlegum lögum (Wi-Fi, Ethernet, osfrv.). Border Routers veita þjónustu fyrir tæki innan 802.15.4 netsins, þar á meðal leiðarþjónustu og þjónustuuppgötvun fyrir starfsemi utan netkerfis. Það kunna að vera einn eða fleiri Border Routers í Thread neti.
- Leiðtogi, í þráðarnet skipting, heldur utan um skrá yfir úthlutað auðkenni beins og tekur við beiðnum frá leiðhæfum endatækjum (REEDs) um að verða beinar. Leiðtoginn ákveður hverjir eiga að vera beinir og leiðtoginn getur, eins og allir beinir í þráðarneti, einnig haft börn í tækjaenda. Leiðtoginn úthlutar einnig og stjórnar netföngum beini með því að nota CoAP (Constrained Application Protocol). Hins vegar eru allar upplýsingar í leiðaranum til staðar í hinum þráðbeini. Þannig að ef leiðtoginn bilar eða missir tengingu við þráðanetið er annar þráðaleiðari kosinn og tekur við sem leiðtogi án afskipta notenda.
- Thread Routers veita leiðarþjónustu til nettækja. Thread Routers veita einnig tengingu og öryggisþjónustu fyrir tæki sem reyna að tengjast netinu. Thread Routers eru ekki hönnuð til að sofa og geta lækkað virkni þeirra og orðið REEDs.
- REEDs geta orðið þráðbeini eða leiðari, en ekki endilega landamæraleiðari sem hefur sérstaka eiginleika, svo sem mörg viðmót. Vegna staðfræði netkerfisins eða annarra aðstæðna, virka REED ekki sem beinar. REEDs senda ekki skilaboð eða veita tengingu eða öryggisþjónustu fyrir önnur tæki á netinu. Símkerfið heldur utan um og kynnir tæki sem hæfa beini til beina ef nauðsyn krefur, án samskipta notenda.
- Lokatæki sem eru ekki gjaldgeng fyrir leið geta verið annað hvort FEDs (full end devices) eða MEDs (lágmarks endatæki). MEDs þurfa ekki að samstilla sérstaklega við foreldri sitt til að hafa samskipti.
- Sleepy end devices (SEDs) hafa aðeins samskipti í gegnum foreldri þráðbeini og geta ekki komið skilaboðum áleiðis fyrir önnur tæki.
- Synchronized Sleepy End Devices (SSEDs) eru flokkur Sleepy End Devices sem nota CSL frá IEEE 802.15.4-2015 til að viðhalda samstilltri áætlun við foreldri og forðast notkun venjulegra gagnabeiðna.
Viðskiptaarkitektúr
Thread Commercial líkanið tekur helstu tækjagerðir fyrir íbúðarnet og bætir við nýjum hugmyndum. Notendur hafa samskipti við viðskiptanet í gegnum tæki (snjallsíma, spjaldtölvu eða tölvu) í gegnum Wi-Fi eða í gegnum fyrirtækjanetið sitt. Eftirfarandi mynd sýnir staðfræði viðskiptanets.
Mynd 2.2. Topology viðskiptanets
Hugtökin eru:
- Thread Domain líkanið styður óaðfinnanlega samþættingu margra þráðaneta sem og óaðfinnanlegt viðmót við IPv6 net sem ekki eru þráður. Helsti ávinningurinn við þráðarlénið er að tæki eru að einhverju leyti sveigjanleg til að tengjast hvaða þráðarneti sem er sem er stillt með sameiginlegu þræðiléni, sem dregur úr þörf fyrir handvirka netskipulagningu eða kostnaðarsamar handvirkar endurstillingar þegar netstærð eða gagnamagn er stækkað. upp.
- Backbone Border Routers (BBRs) eru flokkur Border Router í verslunarrýminu sem auðvelda samstillingu þráðarléns á mörgum nethlutum og leyfa fjölvarpsútbreiðslu í stóru umfangi inn og út úr hverju einasta möskva í þráðaaðal. Þráðarnet sem er hluti af stærra léni verður að hafa að minnsta kosti eitt „Aðal“ BBR og getur haft marga „Secondary“ BBR fyrir bilunarörugga offramboð. BBR hafa samskipti sín á milli í gegnum burðarás sem tengir öll þráðanetin.
- Backbone Link er óþráður IPv6 hlekkur sem BBR tengist með því að nota ytra viðmót sem notað er til að innleiða Thread Backbone Link Protocol (TBLP) til að samstilla við önnur BBR.
- Þráðatæki í viðskiptalegri útfærslu eru stillt með þráðarlénum og lénseinstæðum netföngum (DUAs). DUA tækis breytist aldrei á líftíma þess að vera hluti af Thread léni. Þetta auðveldar flutning yfir mismunandi þráðanet á einu léni og tryggir að viðkomandi BBR auðveldar leiðarleið yfir mörg þráðanet.
Þessi hugtök eru sýnd á eftirfarandi mynd:
Mynd 2.3. Thread Domain Model
Enginn stakur bilunarpunktur
- Thread staflan er hannaður til að hafa ekki einn bilunarpunkt. Þó að það sé fjöldi tækja í kerfinu sem framkvæma sérstakar aðgerðir, er Thread hannað þannig að hægt sé að skipta um þau án þess að hafa áhrif á áframhaldandi rekstur netsins eða tækjanna. Til dæmisample, syfjulegt endatæki þarf foreldri fyrir samskipti, þannig að þetta foreldri táknar einn bilunarpunkt fyrir samskipti þess. Hins vegar getur syfjaða endatækið valið annað foreldri ef foreldri þess er ekki tiltækt. Þessi umskipti ættu ekki að vera sýnileg notanda.
Þó að kerfið sé hannað fyrir engan bilunarpunkt, þá verða einstök tæki undir ákveðnum staðfræði sem hafa ekki öryggisafritunargetu. Til dæmisample, í kerfi með einum landamæri - Bein, ef landamærabeini missir afl, þá er engin leið til að skipta yfir í annan landamærabeini. Í þessari atburðarás verður að endurstilla Border Router.
- Frá og með Thread Specification 1.3.0, Border Routers sem deila innviðatengingu geta auðveldað engan bilun á öðrum miðli (svo sem Wi-Fi eða Ethernet) með því að nota þráð
- Radio Encapsulation Link (TREL). Með þessum eiginleika minnka líkurnar á að þráðaskiptingar myndist yfir tengla.
Grundvallaratriði IP Stack
- Ávarp
- Tæki í þræðistaflanum styðja IPv6 vistfangsarkitektúr eins og skilgreint er í RFC 4291 (https://tools.ietf.org/html/rfc4291: IP útgáfa 6 heimilisfang arkitektúr). Tæki styðja einstakt
- Local Address (ULA), Domain Unique Address (DUA) í Thread lénslíkani og eitt eða fleiri Global Unicast Address (GUA) heimilisföng byggt á tiltækum tilföngum þeirra.
- Háttar bitar IPv6 vistfangs tilgreina netið og restin tilgreinir ákveðin vistföng á því neti. Þannig hafa allar heimilisfangskjólarnir í einu neti sömu fyrstu N bitana. Þeir fyrstu
- N bitar eru kallaðir „forskeytið“. „/64“ gefur til kynna að þetta sé heimilisfang með 64 bita forskeyti. Tækið sem ræsir netið velur /64 forskeytið sem síðan er notað um allt netið. Forskeytið er ULA (https://tools.ietf.org/html/rfc4193: Einstök staðbundin IPv6 Unicast vistföng). Netið getur líka verið með einn eða fleiri Border Router (s) sem hver um sig getur haft /64 sem er síðan hægt að nota til að búa til ULA eða GUA. Tækið á netinu notar EUI-64 (64-bita Extended Unique Identifier) vistfang sitt til að fá viðmótsauðkenni sitt eins og skilgreint er í kafla 6 í RFC 4944 (https://tools.ietf.org/html/rfc4944: Sending IPv6 pakka yfir IEEE 802.15.4 netkerfi). Tækið mun styðja staðbundið IPv6 vistfang tengla sem er stillt úr EUI-64 hnútsins sem viðmótsauðkenni með hinu vel þekkta staðbundnu tengliforskeyti FE80::0/64 eins og skilgreint er í RFC 4862 (https://tools.ietf.org/html/rfc4862: IPv6 Stateless Address Autoconfiguration) og RFC 4944.
- Tækin styðja einnig viðeigandi fjölvarpsföng. Þetta felur í sér link-local all node multicast, link local all router multicast, soli-cited node multicast, and a mesh local multicast. Með tilvist burðargrind landamærabeins í lénslíkani geta tæki einnig stutt fjölvarpsvistföng með stærri umfangi ef þau skrá sig fyrir þau.
- Hvert tæki sem tengist netinu fær úthlutað 2-bæta stutt heimilisfang samkvæmt IEEE 802.15.4-2006 forskriftinni. Fyrir beina er þessu heimilisfangi úthlutað með því að nota háu bitana í vistfangareitnum.
- Börnum er síðan úthlutað stuttu heimilisfangi með því að nota háa bita foreldris og viðeigandi neðri bita fyrir heimilisfang þeirra. Þetta gerir hverju öðru tæki á netinu kleift að skilja leiðarstað barnsins með því að nota háu bitana í vistfangareitnum.
- 6LoWPAN
- 6LoWPAN stendur fyrir „IPv6 Over Low Power Wireless Personal Networks“. Meginmarkmið 6LoWPAN er að senda og taka á móti IPv6 pakka yfir 802.15.4 tengla. Með því að gera það þarf það að mæta 802.15.4 hámarks rammastærð sem send er í loftið. Í Ethernet tenglum er auðvelt að senda pakka með stærð IPv6 hámarkssendingareiningarinnar (MTU) (1280 bæti) sem einn ramma yfir tengilinn. Þegar um 802.15.4 er að ræða virkar 6LoWPAN sem aðlögunarlag milli IPv6 netlagsins og 802.15.4 tengilagsins. Það leysir vandamálið við að senda IPv6
- MTU með því að sundra IPv6 pakkanum hjá sendanda og setja hann aftur saman við móttakandann.
6LoWPAN býður einnig upp á þjöppunarbúnað sem dregur úr IPv6 hausstærðum sem sendar eru í loftinu og dregur þannig úr flutningskostnaði. Því færri bitar sem eru sendir í loftið, því minni orku eyðir tækið. Thread notar þessa aðferð til fulls til að senda pakka á skilvirkan hátt yfir 802.15.4 netið. RFC 4944 (https://tools.ietf.org/html/rfc4944) og RFC 6282 (https://tools.ietf.org/html/rfc6282) lýsið í smáatriðum aðferðunum við sundrun og hausþjöppun.
- Link Layer Forwarding
Annar mikilvægur eiginleiki 6LoWPAN lagsins er framsending hlekkjalagspakka. Þetta veitir mjög skilvirka og lága kostnaðarvél til að senda fjölhoppa pakka í möskvakerfi. Þráður notar IP-lagsleiðingu með hlekkjapakkaframsendingu.
Þráður notar framsendingu tengilaga til að framsenda pakka byggða á IP leiðartöflunni. Til að ná þessu er 6LoWPAN möskvahausinn notaður í hverjum multi-hop pakka (sjá eftirfarandi mynd).- Mynd 3.1. Mesh haussnið
- Í Thread fyllir 6LoWPAN lagið upplýsingar um möskvahausinn með upphaflegu 16 bita stuttfangi og 16 bita upprunastaðfangi. Sendirinn flettir upp næsta hopp 16 bita stutt heimilisfang í leiðartöflunni og sendir síðan 6LoWPAN rammann á næsta hop 16 bita stutt heimilisfang sem áfangastað. Næsta hopp tæki tekur á móti pakkanum, flettir upp næsta hopp í
- Leiðartafla / nágrannatafla, minnkar hoppfjöldann í 6LoWPAN Mesh hausnum og sendir síðan pakkann á næsta hopp eða lokaáfangastað 16 bita stutt heimilisfang sem áfangastað.
- 6LoWPAN encapsulation
6LoWPAN pakkar eru smíðaðir á sömu reglu og IPv6 pakkar og innihalda staflaða hausa fyrir hverja bætta virkni. Á undan hverjum 6LoWPAN haus er sendingargildi sem auðkennir gerð haussins (sjá eftirfarandi mynd).
- 6LoWPAN encapsulation
6LoWPAN pakkar eru smíðaðir á sömu reglu og IPv6 pakkar og innihalda staflaða hausa fyrir hverja bætta virkni. Á undan hverjum 6LoWPAN haus er sendingargildi sem auðkennir gerð haussins (sjá eftirfarandi mynd).
Mynd 3.2. Almennt snið 6LoWPAN pakka
Þráður notar eftirfarandi gerðir af 6LoWPAN hausum:- Mesh haus (notaður fyrir áframsendingu tenglalags)
- Fragmentation Header (notaður til að sundra IPv6 pakkanum í nokkra 6LoWPAN pakka)
- Hausþjöppunarhaus (notað fyrir IPv6 hausþjöppun)
- 6LoWPAN forskriftin kveður á um að ef fleiri en einn haus er til staðar, þá verða þeir að birtast í þeirri röð sem nefnd er hér að ofan. Eftirfarandi eru tdamples af 6LoWPAN pökkum send í loftið.
- Á eftirfarandi mynd er 6LoWPAN farmurinn samsettur af þjöppuðum IPv6 hausnum og restinni af IPv6 farminu.
- Mynd 3.3. 6LoWPAN pakki sem inniheldur IPv6 farm með þjöppuðum IPv6 haus
- Á eftirfarandi mynd inniheldur 6LoWPAN farmurinn IPv6 hausinn og hluta af IPv6 farminu.
- Mynd 3.4. 6LoWPAN pakka sem inniheldur möskvahaus, sundurbrotshaus og þjöppunarhaus Afgangurinn af farmálaginu verður sendur í síðari pakka á sniðinu á eftirfarandi mynd.
- Mynd 3.5. 6LoWPAN Síðari brot
- ICMP
Þráðartæki styðja Internet Control Message Protocol útgáfu 6 (ICMPv6) samskiptareglur eins og þær eru skilgreindar í RFC 4443, Internet Control Message Protocol (ICMPv6) fyrir Internet Protocol Version 6 (IPv6) forskriftina. Þeir styðja einnig bergmálsbeiðnina og bergmálssvörunarskilaboðin. - UDP
Thread staflan styður User Datagram Protocol (UDP) eins og skilgreint er í RFC 768, User Datagram bókun. - TCP
Þráðarstaflan styður TCP (Transport Control Protocol) afbrigði sem kallast „TCPlp“ (TCP Low Power) (Sjá usenix-NSDI20). Þráðsamhæft tæki útfærir TCP upphafs- og hlustendahlutverkin eins og lýst er í:- RFC 793, Transmission Control Protocol
- RFC 1122, Kröfur fyrir netgestgjafa
- Thread Specification 1.3.0 og nýrri: Núverandi TCP útfærslur eru venjulega ekki stilltar til að virka sem best yfir þráðlaus netkerfi og með takmörkuðum 802.15.4 rammastærðum. Þess vegna skilgreinir forskriftin þá þætti og færibreytugildi sem krafist er fyrir skilvirka TCP útfærslu yfir þráðanet (sjá þráðaforskrift 1.3.0, kafla 6.2 TCP).
- SRP
- Service Registration Protocol (SRP) eins og það er skilgreint í Service Registration Protocol fyrir DNS-undirstaða þjónustuuppgötvun er notað á þráðartækjum sem byrja með þráðaforskrift 1.3.0. Það verður að vera til þjónustuskrá, viðhaldið af landamærabeini. SRP viðskiptavinir á möskvakerfinu geta skráð sig til að bjóða upp á ýmsa þjónustu. SRP netþjónn tekur við DNS-undirstaða uppgötvunarfyrirspurnum og býður auk þess upp á dulritun opinberra lykla fyrir öryggi, ásamt öðrum minniháttar endurbótum til að styðja betur við þvingaða viðskiptavini.
Topology netkerfisins
- Netfang og tæki
- Thread staflan styður fulla möskvatengingu milli allra beina á netinu. Raunveruleg svæðisfræði byggist á fjölda beina á netinu. Ef það er aðeins einn beini, þá myndar netið stjörnu. Ef það eru fleiri en einn beini þá myndast möskva sjálfkrafa (sjá 2.2 Þráðanetkerfisarkitektúr).
- Mesh net
- Innbyggð möskvakerfi gera útvarpskerfi áreiðanlegri með því að leyfa útvarpstækjum að senda skilaboð fyrir önnur útvarp. Til dæmisample, ef hnútur getur ekki sent skilaboð beint til annars hnúts, sendir innbyggða möskvakerfið skilaboðin í gegnum einn eða fleiri milliliðahnúta. Eins og fjallað er um í kafla 5.3 Leiðarlínu, halda allir leiðarhnútar í þræðistafla leiðum og tengingum við hvert annað þannig að möskvanum er stöðugt viðhaldið og tengt. Það eru 64 netföng á beini í Thread netinu, en ekki er hægt að nota þau öll í einu. Þetta gefur tíma fyrir heimilisföng eyddra tækja til að endurnýta.
- Í möskvakerfi fara syfjulegu endatækin eða tækin sem hæfa beini ekki fyrir önnur tæki. Þessi tæki senda skilaboð til foreldris sem er bein. Þessi móðurbeini sér um leiðaraðgerðir fyrir undirtæki sín.
Leiðbeiningar og nettengingar
Þráðanetið hefur allt að 32 virka beinar sem nota næstu hopp leið fyrir skilaboð byggð á leiðartöflunni. Leiðartöflunni er viðhaldið af þræðistaflanum til að tryggja að allir beinir séu með tengingu og uppfærðar slóðir fyrir aðra beinar á netinu. Allir beinir skiptast á við aðra beinar kostnaði við að beina til annarra beina á netinu á þjappuðu sniði með því að nota Mesh Link Establishment (MLE).
- MLE skilaboð
- Mesh Link Establishment (MLE) skilaboð eru notuð til að koma á og stilla örugga útvarpstengla, greina nálæg tæki og viðhalda leiðarkostnaði milli tækja á netinu. MLE starfar undir leiðarlaginu og notar einn hop link staðbundna unicasts og multicasts á milli beina.
- MLE skilaboð eru notuð til að bera kennsl á, stilla og tryggja tengingar við nálæg tæki þegar staðfræði og líkamlegt umhverfi breytast. MLE er einnig notað til að dreifa stillingargildum sem deilt er um netið eins og rásina og PAN (Personal Area Network) auðkenni. Hægt er að senda þessi skilaboð með einföldum flóðum eins og tilgreint er af MPL (https://tools.ietf.org/html/draft-ietf-roll-trickle-mcast-11: Multicast Protocol for Low Power and Lossy Networks (MPL)).
- MLE skilaboð tryggja einnig að ósamhverfur tengikostnaður sé tekinn til greina þegar komið er á leiðarkostnaði milli tveggja tækja. Ósamhverfur tengikostnaður er algengur í 802.15.4 netum. Til að tryggja að tvíhliða skilaboð séu áreiðanleg er mikilvægt að huga að tvíátta tengikostnaði.
- Leiðaruppgötvun og viðgerðir
- Leiðaruppgötvun á eftirspurn er almennt notuð í 802.15.4 símkerfum með litlum krafti. Hins vegar er leiðaruppgötvun á eftirspurn kostnaðarsöm með tilliti til netkostnaðar og bandbreiddar vegna þess að tæki senda beiðnir um leiðaruppgötvun í gegnum netið. Í þræðistaflanum skiptast allir beinir á einn-hopp MLE pakka sem innihalda kostnaðarupplýsingar til allra annarra beina á netinu. Allir beinir eru með uppfærðar upplýsingar um slóð kostnaðar til hvers annars beins á netinu þannig að leiðaruppgötvun á eftirspurn er ekki nauðsynleg. Ef leið er ekki lengur nothæf geta beinar valið næst heppilegustu leiðina á áfangastað.
- Beining til barnatækja er gerð með því að skoða háu bitana af heimilisfangi barnsins til að ákvarða heimilisfang móðurbeins. Þegar tækið þekkir móðurbeini veit það upplýsingar um slóð kostnaðar og næsta hopp leiðarupplýsingar fyrir það tæki.
- Eftir því sem leiðarkostnaður eða svæðisfræði netkerfisins breytist, dreifast breytingarnar um netið með því að nota MLE-skeyti skilaboðin. Leiðarkostnaður er byggður á tvíátta tengigæði milli tveggja tækja. Tengslgæði í hvora átt byggjast á framlegð tengils á mótteknum skilaboðum frá því nágrannatæki. Þessi móttekin móttekin merkjastyrksvísir (RSSI) er kortlagður á tengigæði frá 0 til 3. Gildi 0 þýðir óþekktur kostnaður.
- Þegar beini fær ný MLE skilaboð frá nágranna, þá er annaðhvort með nágrannatöflufærslu fyrir tækið eða henni er bætt við. MLE skilaboðin innihalda innkomukostnað frá nágranna, þannig að þetta er uppfært í nágrannatöflu beinisins. MLE skilaboðin innihalda einnig uppfærðar leiðarupplýsingar fyrir aðra beina sem eru uppfærðar í leiðartöflunni.
- Fjöldi virkra beina er takmarkaður við magn leiðar- og kostnaðarupplýsinga sem hægt er að innihalda í einum 802.15.4 pakka. Þetta hámark er eins og er 32 beinar.
- Leiðsögn
- Tæki nota venjulega IP leið til að framsenda pakka. Leiðartafla er fyllt með netföngum og viðeigandi næsta hoppi.
- Fjarlægðarvektorleið er notuð til að fá leiðir á netföng sem eru á staðarnetinu. Þegar beina er beint á staðarnetinu, skilgreina efri sex bitarnir af þessu 16-bita vistfangi áfangastað leiðarinnar.
- Þetta leiðarforeldri er síðan ábyrgt fyrir áframsendingu á lokaáfangastað miðað við afganginn af 16 bita vistfanginu.
- Fyrir beina utan netkerfis lætur landamærabein leiðtoga leiðarans vita um tiltekna forskeyti sem hann þjónar og dreifir þessum upplýsingum sem netgögnum innan MLE pakkana. Netgögnin innihalda forskeytigögn, sem eru forskeytið sjálft, 6LoWPAN samhengið, Border Routers og Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC) eða DHCPv6 miðlara fyrir það forskeyti. Ef tæki á að stilla heimilisfang með því forskeyti hefur það samband við viðeigandi SLAAC eða DHCP netþjón fyrir þetta heimilisfang. Netgögnin innihalda einnig lista yfir leiðarþjóna sem eru 16 bita vistföng sjálfgefna landamærabeina.
- Að auki, í verslunarrými með Thread Domain líkan, tilkynnir Backbone Border Router leiðtoga leiðarinnar um Domain Unique Prefix sem það þjónar, til að gefa til kynna að þetta möskva sé hluti af stærra Thread léninu. Netgögnin fyrir þetta innihalda forskeytigögn, 6LoWPAN samhengi og landamærabeini ALOC. Engir SLAAC eða DHCPv6 fánar eru stilltir fyrir þetta forskeyti sett, en heimilisfangsúthlutunin fylgir ríkisfangslausu líkaninu. Að auki eru einnig þjónustu- og netþjóna TLV sem gefa til kynna „burðarás“ þjónustugetu þessa landamærabeins. Geta til að greina tvítekið heimilisfang yfir burðarásina er til staðar fyrir hvaða tæki sem skráir einstakt heimilisfang sitt (DUA) hjá BBR. DUA tækis breytist aldrei á líftíma þess að vera hluti af Thread léni.
- Þetta auðveldar flutning milli mismunandi þráðaneta á einu léni og tryggir að viðkomandi BBR auðveldar leið yfir mörg þráðanet. Yfir burðarrásina er stöðluð IPv6 leiðartækni eins og IPv6 Neighbor Discovery (NS/NA samkvæmt RFC 4861) og Multicast Listener Discovery (MLDv2 samkvæmt RFC 3810) notuð.
- Leiðtogi er tilnefndur til að halda utan um tæki sem hæfa beini verða að beini eða leyfa beinum að niðurfæra í tæki sem hæfa beini. Þessi leiðtogi úthlutar einnig og stjórnar netföngum leiðar með því að nota CoAP. Hins vegar eru allar upplýsingar í þessum leiðara einnig auglýstar með reglulegu millibili til annarra beina. Ef leiðtoginn fer af netinu er annar beini valinn og tekur við sem leiðtogi án afskipta notenda.
- Border Routers eru ábyrgir fyrir því að meðhöndla 6LoWPAN þjöppun eða stækkun og takast á við tæki utan netkerfis. Backbone Border Routers eru ábyrgir fyrir því að meðhöndla MPL með IP-í-IP hjúpun og afhjúpun fyrir stærra umfang fjölvarps sem fara inn og út úr möskva.
- Fyrir frekari upplýsingar um Border Router, sjá AN1256: Notkun Silicon Labs RCP með OpenThread Border Router.
- Endurtilraunir og viðurkenningar
- Þó að UDP-skilaboð séu notuð í þræðistaflanum er áreiðanleg skilaboðasending krafist og lokið með þessum léttu aðferðum:
- Endurtilraunir á MAC-stigi – hvert tæki notar MAC-viðurkenningar frá næsta hoppi og mun reyna aftur skilaboð á MAC-laginu ef MAC ACK-skilaboðin berast ekki.
- Endurtilraun forritalags – forritalagið getur ákvarðað hvort áreiðanleiki skilaboða sé mikilvæg færibreyta. Ef svo er er hægt að nota end-to-end staðfestingu og reyndu siðareglur, eins og CoAP endurtilraunir.
Aðild og netrekstur
Þráður leyfir tvær sameiningaraðferðir:
- Deildu notkunarupplýsingum beint í tæki með því að nota utanbandsaðferð. Þetta gerir kleift að stýra tækinu á réttan netkerfi með því að nota þessar upplýsingar.
- Komdu á gangsetningarlotu milli samtengingartækis og gangsetningarforrits á snjallsíma, spjaldtölvu eða web.
- Fyrir viðskiptanet með Thread lénslíkani er sjálfstætt skráningarferli án afskipta notenda sem veitir rekstrarskírteini fyrir notendur eftir auðkenningu tilgreint í Thread Specification 1.2. Rekstrarvottorðið umritar lénsupplýsingarnar fyrir tækið og leyfir öruggan netaðallykil. Þetta líkan krefst skrásetjara eða
- Thread Registrar Interface (TRI) á landamærabeini og auðveldar samskipti við utanaðkomandi yfirvöld (MASA) með því að nota ANIMA/BRSKI/EST samskiptareglur. Net sem styður þetta gangsetningarlíkan er kallað CCM net.
- Fyrir frekari upplýsingar um gangsetningu þráðarneta, sjá kafla 11. Gangsetning tækis.
- Oft notaða 802.15.4 aðferðin til að tengja við leyfistengingarfánann í beacon farm er ekki notuð í Thread netum. Þessi aðferð er oftast notuð fyrir tengingu með þrýstihnappi þar sem ekkert notendaviðmót eða rás utan bands er til tækja. Þessi aðferð hefur vandamál með tækjastýringu í aðstæðum þar sem mörg net eru tiltæk og hún getur einnig valdið öryggisáhættu.
- Í þráðarnetum er öll tenging hafin af notanda. Eftir inngöngu er öryggisvottun lokið á umsóknarstigi með gangsetningartæki. Fjallað er um þessa öryggisvottun í kafla 9. Öryggi.
- Tæki tengjast neti sem annað hvort syfjulegt endatæki, endatæki (MED eða FED) eða REED. Aðeins eftir að REED hefur tengst og lært netuppsetninguna getur það hugsanlega beðið um að verða a
Þráðarleiðari. Við sameiningu fær tækið 16 bita stuttan heimilisfangskjól miðað við foreldri þess. Ef tæki sem hæfir beini verður þráðbeini fær það úthlutað heimilisfangi beins af leiðtoganum. Tvítekið heimilisfang uppgötvun fyrir þráðbeini er tryggð með miðlægu netfangadreifingarkerfi sem er staðsett á leiðaranum. Foreldrið ber ábyrgð á að forðast tvöföld heimilisföng fyrir hýsingartæki vegna þess að það úthlutar þeim heimilisföng við tengingu.
- Netuppgötvun
- Netuppgötvun er notuð af tengibúnaði til að ákvarða hvaða 802.15.4 net eru innan útvarpssviðs. Tækið skannar allar rásir, gefur út MLE uppgötvunarbeiðni á hverri rás og bíður eftir MLE uppgötvunarsvörum. 802.15.4 MLE uppgötvunarsvarið inniheldur hleðslu með netbreytum, þar á meðal netkerfisþjónustusettaauðkenni (SSID), aukið PAN auðkenni og önnur gildi sem gefa til kynna hvort netið sé að taka við nýjum meðlimum og hvort það styður innbyggða gangsetningu.
- Netuppgötvun er ekki nauðsynleg ef tækið hefur verið tekið í notkun á netinu vegna þess að það þekkir rásina og útvíkkað PAN ID fyrir netið. Þessi tæki tengjast síðan við netið með því að nota uppsetningarefnið sem fylgir.
- MLE Gögn
- Þegar tæki hefur verið tengt við net þarf margvíslegar upplýsingar til að það geti tekið þátt í netinu. MLE veitir þjónustu fyrir tæki til að senda unicast til nágrannatækis til að biðja um netbreytur og uppfæra tengikostnað til nágranna. Þegar nýtt tæki tengist, framkvæmir það einnig áskorunarviðbrögð til að stilla öryggisrammateljara eins og fjallað er um í kafla 9. Öryggi.
- Öll tæki styðja sendingu og móttöku MLE tengiskilaboða. Þetta felur í sér skilaboð um „tengilbeiðni“, „samþykkja tengil“ og „samþykkja hlekk og biðja um“.
- MLE skiptin er notuð til að stilla eða skiptast á eftirfarandi upplýsingum:
- 16 bita stutt og 64 bita EUI 64 langt vistfang nálægra tækja
- Upplýsingar um getu tækisins, þar á meðal ef það er syfjulegt endatæki og svefnferil tækisins
- Kostnaður við nágrannatengingu ef þráðbein
- Öryggisefni og rammateljarar á milli tækja
- Leiðarkostnaður til allra annarra þráðbeina á netinu
- Að safna og dreifa hlekkmælingum um ýmis tengistillingargildi
- Athugið: MLE-skilaboð eru dulkóðuð nema við fyrstu ræsingaraðgerðir fyrir hnút þegar nýja tækið hefur ekki fengið öryggisefnið.
- CoAP
Constrained Application Protocol (CoAP) eins og skilgreint er í RFC 7252 (https://tools.ietf.org/html/rfc7252: The Constrained Application Proto-col (CoAP)) er sérhæfð flutningssamskiptareglur til notkunar með takmarkaða hnúta og orkusnauð netkerfi. CoAP býður upp á víxlverkunarlíkan fyrir beiðni/svar milli endapunkta forrita, styður innbyggða uppgötvun þjónustu og auðlinda og inniheldur lykilhugtök web svo sem URLs. CoAP er notað í Thread til að stilla netföng og multicast vistföng sem krafist er af tækjum. Að auki er CoAP einnig notað fyrir stjórnunarskilaboð eins og til að fá og stilla greiningarupplýsingar og önnur netgögn á virkum Thread beinum. - DHCPv6
DHCPv6 eins og skilgreint er í RFC 3315 er notað sem samskiptareglur biðlara og miðlara til að stjórna uppsetningu tækja innan netkerfisins. DHCPv6 notar UDP til að biðja um gögn frá DHCP netþjóni (https://www.ietf.org/rfc/rfc3315.txt: Dynamic Host Configuration Protocol fyrir IPv6 (DHCPv6)).
DHCPv6 þjónustan er notuð til að stilla:- Netföng
- Fjölvarpsföng sem krafist er af tækjum
- Vegna þess að stuttum vistföngum er úthlutað frá þjóninum með því að nota DHCPv6, er ekki þörf á að greina tvítekna heimilisfang. DHCPv6 er einnig notað af Border Routers sem úthluta vistföngum út frá forskeytinu sem þeir gefa upp.
- SLAAC
SLAAC (Stateless Address Autoconfiguration) eins og skilgreint er í RFC 4862 (https://tools.ietf.org/html/rfc4862: IPv6 Stateless Address Auto-configuration) er aðferð þar sem Border Router úthlutar forskeyti og síðan eru síðustu 64 bitarnir af vistfangi þess fengnir af beininum. IPv6 ríkislausa sjálfvirka stillingarbúnaðurinn krefst engrar handvirkrar stillingar á gestgjöfum, lágmarks (ef einhver er) stillingar beina og enga viðbótarþjóna. Ríkisfangslausa vélbúnaðurinn gerir gestgjafa kleift að búa til sín eigin heimilisföng með því að nota blöndu af staðbundnum upplýsingum og upplýsingum sem auglýstar eru af beinum. - SRP
Service Registration Protocol (SRP) eins og það er skilgreint í Service Registration Protocol fyrir DNS-undirstaða þjónustuuppgötvun er notað á þráðartækjum sem byrja með þráðaforskrift 1.3.0. Það verður að vera til þjónustuskrá, viðhaldið af landamærabeini. SRP viðskiptavinir á möskvakerfinu geta skráð sig til að bjóða upp á ýmsa þjónustu. SRP netþjónn tekur við DNS-undirstaða uppgötvunarfyrirspurnum og býður auk þess upp á dulritun opinberra lykla fyrir öryggi, ásamt öðrum minniháttar endurbótum til að styðja betur við þvingaða viðskiptavini.
Stjórnun
- ICMP
Öll tæki styðja Internet Control Message Protocol fyrir IPv6 (ICMPv6) villuskilaboð, sem og bergmálsbeiðni og bergmálssvör. - Tækjastjórnun
Forritalagið á tæki hefur aðgang að safni af tækjastjórnunar- og greiningarupplýsingum sem hægt er að nota á staðnum eða safna og senda til annarra stjórnunartækja.
Í 802.15.4 PHY og MAC lögum veitir tækið eftirfarandi upplýsingar til stjórnunarlagsins:- EUI 64 heimilisfang
- 16 bita stutt heimilisfang
- Upplýsingar um getu
- PAN ID
- Pakkar sendir og mótteknir
- Oktettar sendir og mótteknir
- Pakkar sleppt við sendingu eða móttöku
- Öryggisvillur
- Fjöldi MAC-tilrauna aftur
- Netstjórnun
Netlagið á tækinu veitir einnig upplýsingar um stjórnun og greiningar sem hægt er að nota á staðnum eða senda til annarra stjórnunartækja. Netlagið gefur upp IPv6 vistfangalistann, nágranna- og barntöfluna og leiðartöfluna.
Viðvarandi gögn
Tæki sem starfa á vettvangi geta verið endurstillt óvart eða viljandi af ýmsum ástæðum. Tæki sem hafa verið endurstillt þurfa að endurræsa netaðgerðir án afskipta notenda. Til að þetta gangi vel verður óstöðug geymsla að geyma eftirfarandi upplýsingar:
- Netupplýsingar (svo sem PAN ID)
- Öryggisefni
- Heimilisfang upplýsinga frá netinu til að mynda IPv6 vistföng fyrir tækin
$Öryggi
- Þráðanet eru þráðlaus net sem þarf að tryggja gegn loftárásum (OTA). Þeir eru einnig tengdir við internetið og verða því að vera tryggðir gegn netárásum. Mörg forritanna sem verið er að þróa fyrir Thread munu þjóna fjölbreyttri notkun sem krefst langrar eftirlitslausrar notkunar og lítillar orkunotkunar. Þar af leiðandi er öryggi Thread netkerfa mikilvægt.
- Þráður notar netkerfislykil sem er notaður á Media Access Layer (MAC) fyrir dulkóðun. Þessi lykill er notaður fyrir staðlaða IEEE 802.15.4-2006 auðkenningu og dulkóðun. IEEE 802.15.4-2006 öryggi verndar Thread netið gegn loftárásum sem koma utan netkerfisins. Málamiðlun hvers einstaks hnúts gæti hugsanlega leitt í ljós netlykilinn. Þar af leiðandi er það venjulega ekki eina öryggisformið sem notað er innan Thread netsins. Hver hnútur í þráðarnetinu skiptist á rammateljara við nágranna sína með MLE handabandi. Þessir rammateljarar hjálpa til við að vernda gegn endurspilunarárásum. (Nánari upplýsingar um MLE er að finna í Thread Specification.) Thread gerir forritinu kleift að nota hvaða netöryggissamskiptareglur sem er fyrir samskipti frá enda til enda.
- Hnútar hylja bæði möskva-breitt IP-töluviðmót þeirra og MAC útvíkkuð auðkenni þeirra með því að slemba þeim. Stofninn EUI64 sem er undirritaður við hnútinn er aðeins notaður sem upprunavistfang meðan á upphafstengingu stendur. Þegar hnútur er tengdur við net, notar hnúturinn sem uppsprettu annað hvort heimilisfang byggt á tveggja bæta hnútauðkenni hans, eða eitt af handahófskenndum vistföngum sem nefnd eru hér að ofan. EUI64 er ekki notað sem upprunavistfang þegar hnúturinn er tengdur við net.
Netstjórnun þarf einnig að vera örugg. Hægt er að keyra Thread netstjórnunarforrit á hvaða nettengdu tæki sem er. Ef tækið er ekki sjálft aðili að Thread neti, verður það fyrst að koma á öruggu Datagram Transport Layer Security (DTLS) tenging við Thread Border Router. Sérhver þráðanet hefur aðgangsorð fyrir stjórnun sem er notað til að koma á þessari tengingu. Þegar stjórnunarforrit hefur verið tengt við Thread netið er hægt að bæta nýjum tækjum við netið.
- 802.15.4 Öryggi
- IEEE 802.15.4-2006 forskriftin lýsir þráðlausum og fjölmiðlaaðgangssamskiptareglum fyrir PAN og HAN. Þessar samskiptareglur eru ætlaðar til innleiðingar á sérstökum útvarpstækjum eins og þeim sem fást frá Silicon Labs. IEEE 802.15.4-2006 styður margs konar forrit, sem mörg hver eru öryggisviðkvæm. Til dæmisampLe, íhugaðu að ræða viðvörunarkerfisforrit sem fylgist með umráðum í byggingu. Ef netið er ekki öruggt og boðflennur fær aðgang að netinu, gætu skilaboð verið send út til að búa til falska viðvörun, breyta núverandi viðvörun eða þagga niður lögmæta viðvörun. Hver af þessum aðstæðum hefur í för með sér verulega hættu fyrir íbúa hússins.
- Mörg forrit krefjast trúnaðar og flestar þurfa einnig vernd á heilindum. 802-15.4-2006 tekur á þessum kröfum með því að nota tengilagsöryggissamskiptareglur með fjórum grunnöryggisþjónustum:
- Aðgangsstýring
- Heiðarleiki skilaboða
- Þagnarskylda skilaboða
- Endurspilunarvörn
- Endurspilunarvörnin sem IEEE 802.15.4-2006 veitir er aðeins að hluta. Þráður veitir aukið öryggi með því að nota MLE handabandi á milli hnúta sem fjallað er um hér að ofan til að ljúka endurspilunarvörninni.
- Örugg netstjórnun
Netstjórnun þarf einnig að vera örugg. Hægt er að keyra Thread netstjórnunarforrit á hvaða nettengdu tæki sem er. Það eru tveir hlutar öryggisins:- Loftöryggi sem 802.15.4 sér um. Þráður útfærir 802.15.4-2006 stig 5 öryggi.
- CCM net: Ef tæki er ekki sjálft aðili að CCM neti, verður það að koma á tengingu við landamærabeini til að fá rekstrarvottorð sitt til að koma sér fyrir sem hluti af Thread léninu.
- Non-CCM net: Internetöryggi: Ef tæki er ekki sjálft aðili að Thread neti, verður það fyrst að koma á öruggri Data-gram Transit Layer Security (DTLS) tengingu við Thread Border Router. Sérhver þráðanet hefur aðgangsorð fyrir stjórnun sem er notað til að koma á öruggum tengingum milli ytri stjórnunartækja og landamærabeina. Þegar stjórnunarforrit hefur verið tengt við Thread netið er hægt að bæta nýjum tækjum við netið.
Jaðarleið
- Thread Border Router er tæki sem tengir þráðlaust þráðlaust net við önnur IP-byggð net (svo sem Wi-Fi eða Ethernet) í umheiminum í gegnum staðbundið heimili eða fyrirtækisnet. Ólíkt hliðum í öðrum þráðlausum lausnum er það fullkomlega gagnsætt fyrir flutnings- og forritasamskiptareglur sem eru fyrir ofan netlagið. Fyrir vikið geta forrit átt örugg samskipti frá enda til enda án nokkurrar þýðingar á forritalagi.
- Thread Border Router styður að minnsta kosti eftirfarandi aðgerðir:
- IP-tenging frá enda til enda með leið milli Thread-tækja og annarra ytri IP-neta.
- Gangsetning á ytri þræði (tdample, farsíma) til að auðkenna og tengja Thread tæki við Thread net.
Það geta verið margir landamærabeini í neti, sem útilokar „einn bilunarpunkt“ ef einhver þeirra bilar. Border Router gerir hverju Thread tæki kleift að tengjast beint við alþjóðlega skýjaþjónustu þegar fyrirtækjanet keyra IPv6 og IPv4, eða IPv4 eingöngu.
- Eiginleikar landamærabeins fyrir utan möskvasamskipti
- Hægt er að innleiða þráð strax í núverandi vinnuaðstæðum, áður en skipt er að hluta eða öllu leyti yfir í IPv6 og þráður gerir IPv4 afturábak samhæfni með því að nota netfang
- Þýðing (NAT). NAT64 þýðir IPv6 pakka yfir á IPv4 og NAT64 þýðir IPv4 pakka yfir á IPv6. Thread Border Router getur virkað sem IPv4 gestgjafi á breiðsvæðisnetinu (WAN), sem getur fengið IPv4 tengi og beinar vistfang. Það getur fengið heimilisfang með DHCP frá IPv4 vistfangahópi. Thread Border Router getur einnig innleitt Port Control Protocol (PCP) til að stjórna því hvernig komandi IPv4 pakkar eru þýddir og áframsendir og styðja kyrrstæðar kortlagningar. Flestar IPv4 til IPv6 (og öfugt) þýðingar geta verið meðhöndlaðar af þráðnum
- Border Router, með lágmarksbreytingum sem þarf á núverandi neti.
Að auki styðja Thread Border Routers tvíátta IPv6 tengingu við IPv6 nágrannauppgötvun, beinarauglýsingar, fjölvarpsuppgötvun og pakkaframsendingu.
- Þráður yfir innviði
- Þráðanet skipuleggja sjálfkrafa í aðskildar þráðanetkerfi þegar engin tenging er á milli tveggja eða fleiri setta af tækjum. Þráðaskiptingar leyfa tækjum að viðhalda samskiptum við önnur tæki í sömu þráðaskiptingu en ekki við þráðatæki í öðrum skiptingum.
- Thread over Infrastructure gerir Thread tækjum kleift að fella inn IP-tenglatækni (tdample, Wi-Fi og Ethernet) inn í þráða svæðisfræði. Þessir viðbótarþráðatenglar umfram aðra tenglatækni draga úr líkum á því að margar þráðarkerfisskiptingar komi upp, en afturábak samhæfni við núverandi þráð 1.1 og 1.2 tæki er tryggð. Þessir kostir fást fyrir hvaða netkerfi sem inniheldur að minnsta kosti tvo landamærabeina sem eru tengdir með sameiginlegum aðliggjandi innviðatengingu.
- Nánari upplýsingar er að finna í Thread Specification 1.3.0 (eða Thread Specification drög 1.4), kafla 15 (Thread over Infrastructure).
- OpenThread Border Router
Útfærsla OpenThread á Border Router er kölluð OpenThread Border Router (OTBR). Það styður möskvaviðmót sem notar RCP líkan. Silicon Labs veitir útfærslu (studd á Raspberry Pi) og frumkóða sem hluta af Silicon Labs GSDK. Fyrir frekari upplýsingar, sjá AN1256: Notkun Silicon Labs RCP með OpenThread Border Router.
Skjöl um uppsetningu og arkitektúr OTBR er að finna á https://openthread.io/guides/border-router.
Gangsetning tækis
Þráðartæki eru tekin í notkun á Thread netum á mismunandi hátt eins og lýst er í eftirfarandi undirköflum.
- Hefðbundin gangsetning þráðar
- Fyrir netvirkjanir smærri netkerfa (Thread Specification 1.1.1 eða nýrri) geta uppsetningaraðilar notað Thread gangsetningu appið sem fylgir ókeypis úrræði fyrir Android og iOS tæki. Þetta app er hægt að nota til að bæta nýjum tækjum auðveldlega við netið eða endurstilla núverandi tæki.
- Thread notar Mesh Commissioning Protocol (MeshCoP) til að sannvotta, gangsetja og tengja ný, ótraust útvarpstæki á öruggan hátt við netkerfi. Þráðanet samanstanda af sjálfstætt sjálfstillandi möskva tækja með IEEE 802.15.4 viðmóti og öryggislagi á tenglastigi sem krefst þess að hvert tæki í möskva búi yfir núverandi, sameiginlegum leynilykli.
- Gangsetningarferlið hefst þegar umsækjandi umboðsmanns, venjulega farsíma tengdur í gegnum WiFi, uppgötvar þráðanetið í gegnum einn af landamærabeinum sínum. Landamæraleiðarar auglýsa tiltækileika sína fyrir sýslumönnum með því að nota hvaða þjónustustað sem hentar. Uppgötvunarbúnaðurinn verður að veita umsækjanda umboðsmanni bæði samskiptaleið og netheiti, vegna þess að netheitið er notað síðar sem dulmálssalt til að koma á gangsetningarlotunni.
- Frambjóðandi umboðsmanns, eftir að hafa uppgötvað þráðanetið sem hann hefur áhuga á, tengist því á öruggan hátt með því að nota innleiðingarskilríki (mannvalið lykilorð til notkunar við auðkenningu). Auðkenningarskrefið umboðsmanns kemur á öruggri biðlara/miðlara falstengingu milli umsækjanda umsækjanda og landamærabeins í gegnum DTLS. Þessi örugga fundur er þekktur sem gangsetningarfundur. Gangsetningarfundurinn notar úthlutað UDP gáttarnúmer sem auglýst er á meðan á uppgötvunarstiginu stendur. Þessi höfn er þekkt sem Commissioner Port. Skilríkin sem notuð eru til að koma á gangsetningarfundinum er þekkt sem Pre-Shared Key for Commissioner (PSKc).
- Frambjóðandi umboðsmanns skráir síðan auðkenni sitt á landamærabeini sínum. Leiðtoginn bregst við með því að annað hvort samþykkja eða hafna landamæraleiðaranum sem raunhæfum framsendingaraðila til framkvæmdastjórans.
- Við samþykki uppfærir leiðtoginn innra ástand sitt til að rekja virka framkvæmdastjórann og landamæraleiðarinn sendir síðan staðfestingarskilaboð til umsækjanda umboðsmanns og tilkynnir tækinu að það sé nú umboðsmaður.
- Þegar viðurkenndur umboðsmaður er tengdur þráðarnetinu verður mögulegt að ganga til liðs við gjaldgeng þráðartæki. Þetta eru þekktir sem Joiners áður en þeir verða hluti af
- Þráðanet. The Joiner býr fyrst til DTLS tengingu við umboðsmann til að skiptast á umboðsefni. Það notar síðan commissioning efni til að tengja við Thread netið. Hnúturinn er aðeins talinn hluti af netinu eftir að þessum tveimur skrefum er lokið. Það gæti síðan tekið þátt í sameiningarferlinu fyrir framtíðarhnúta. Öll þessi skref staðfesta að rétt tæki hafi tengst réttu Thread neti og að Thread netið sjálft sé öruggt gegn þráðlausum og netárásum. Fyrir frekari upplýsingar um Mesh Commissioning Protocol, sjá Thread forskriftina.
- Aukin gangsetning með viðskiptaviðbótum í þræði 1.2
- Thread Specification 1.2 og viðskiptaviðbætur hennar gera nú ráð fyrir miklu stærri netkerfi, eins og þau sem krafist er í skrifstofubyggingum, opinberum byggingum, hótelum eða öðrum tegundum iðnaðar- eða atvinnuhúsnæðis. Vegna betri stuðnings við undirnet, gerir Thread Specific-ification 1.2 auðveldara að leyfa þúsundum tækja í einni uppsetningu, sem hægt er að stilla handvirkt, sjálfstætt og með háþróaðri fjarstýringareiginleikum.
- Viðskiptaviðbæturnar í Thread 1.2 gera ráð fyrir stórfelldri auðkenningu, nettengingu, undirnetsreiki og rekstri byggt á traustum auðkennum í Enterprise Domain. Til að virkja áreiðanlega auðkenningu tækja og sannprófun heimildaupplýsinga, getur kerfisuppsetningaraðili sett upp Enterprise Certificate Authority til að einfalda uppsetningu á stórfelldu neti. Þetta gerir uppsetningarforritinu kleift að setja upp og viðhalda netinu án beins aðgangs að einstökum tækjum og án beinna samskipta við þessi tæki, með sjálfvirku skráningarferli sem kallast Sjálfvirk innritun. Ólíkt þræði 1.1, þar sem pörun með aðgangskóða tækis er notuð til auðkenningar, munu viðskiptaviðbæturnar í þræði 1.2 styðja skalanlegra vottorðsbundið form auðkenningar. Fyrirtækjanet getur haft eitt eða fleiri þráðarlén og hægt er að setja upp hvert þráðarlén til að samþætta mörg þráðarnet.
Umsóknarlag
Þráður er þráðlaus netstafla sem er ábyrgur fyrir því að beina skilaboðum á milli mismunandi tækja í þráðarnetinu sem lýst er í kafla 2.2 Þráðarnetsarkitektúr. Eftirfarandi mynd sýnir lögin í Thread-samskiptareglunum.
Mynd 12.1. Þráðabókunarlög
- Stöðluð skilgreining á forritalagi er „útdráttslag sem tilgreinir samnýttar samskiptareglur og viðmótsaðferðir sem gestgjafar nota í samskiptaneti“ (https://en.wikipedia.org/wiki/Application_layer). Einfaldara sagt, forritalag er „tungumál tækja“ til dæmisample, hvernig rofi talar við ljósaperu. Með því að nota þessar skilgreiningar er forritalag ekki til í Thread. Viðskiptavinir byggja forritalagið út frá möguleikunum í þræðistaflanum og eigin kröfum þeirra. Þrátt fyrir að Thread veiti ekki forritalag, þá veitir það grunnforritaþjónustu:
- UDP skilaboð
UDP býður upp á leið til að senda skilaboð með 16 bita gáttarnúmeri og IPv6 vistfangi. UDP er einfaldari siðareglur en TCP og hefur minni tengingarkostnað (tdample, UDP útfærir ekki skilaboð til að halda lífi). Fyrir vikið gerir UDP hraðari, meiri afköst skilaboða kleift og dregur úr heildarorkukostnaði forrits. UDP hefur einnig minna kóðapláss en TCP, sem skilur eftir meira tiltækt flass á flísinni fyrir sérsniðin forrit. - Fjölvarpsskilaboð
Thread veitir möguleika á að útvarpa skilaboðum, það er að senda sömu skilaboð til margra hnúta á Thread neti. Mul-ticast gerir innbyggða leið til að tala við nágrannahnúta, beina og heilt Thread net með stöðluðum IPv6 vistföngum. - Forritalög sem nota IP þjónustu
Þráður leyfir notkun forritalaga eins og UDP og CoAP til að leyfa tækjum að hafa gagnvirk samskipti í gegnum internetið. Non-IP forritalög þurfa aðlögun til að vinna á Thread. (Sjá RFC 7252 fyrir frekari upplýsingar um CoAP.)- Silicon Labs OpenThread SDK inniheldur eftirfarandi sampLe forrit sem eru einnig fáanleg frá OpenThread GitHub geymslunni:• ot-cli-ftd
- ot-cli-mtd
- ot-rcp (notað í tengslum við OpenThread Border Router)
- Hægt er að nota þessi forrit til að sýna fram á eiginleika þráðarnets. Að auki býður Silicon Labs OpenThread SDK einnig upp á syfjulegt endatækiample appið (slefandi-demo-ftd og sleepy-demo-mtd), sem sýnir hvernig á að nota Silicon Labs orkustjórnunareiginleikana til að búa til orkusnauð tæki. Að lokum, ot-ble-dmp sampLe forritið sýnir hvernig á að byggja upp kraftmikið fjölsamskiptaforrit með því að nota OpenThread og Silicon Labs Bluetooth stafla. Sjá QSG170: OpenThread Quick-Start Guide fyrir frekari upplýsingar um að vinna með tdampforritin í Simplicity Studio 5.
Næstu skref
- Silicon Labs OpenThread SDK inniheldur vottaðan OpenThread netstafla og sample forrit sem sýna grunnnet og hegðun forrita. Viðskiptavinir eru hvattir til að nota meðfylgjandi sampLe forrit til að kynnast Thread almennt og Silicon Labs tilboðinu sérstaklega. Hvert forrit sýnir hvernig tæki myndast og tengjast netum, sem og hvernig skilaboð eru send og móttekin. Forritin eru fáanleg til notkunar eftir að Simplicity Studio 5 og Silicon Labs OpenThread SDK hefur verið hlaðið. Simplicity Studio 5 felur í sér stuðning við að búa til forrit (Project Configurator) og afkóðun net- og forritalagsskilaboða (Network Analyzer) í Thread sem veita aukna innsýn í rekstur Thread netkerfa. Fyrir frekari upplýsingar, sjá QSG170: OpenThread Quick-Start Guide.
- Fyrir frekari upplýsingar um OpenThread Border Routers sjá AN1256: Notkun Silicon Labs RCP með OpenThread Border Router. Fyrir frekari upplýsingar um þróun Thread 1.3.0 sampí forritum sjá AN1372: Stilling OpenThread forrita fyrir þráð 1.3.
Fyrirvari
- Silicon Labs ætlar að veita viðskiptavinum nýjustu, nákvæma og ítarlega skjölin um öll jaðartæki og einingar sem eru tiltækar fyrir kerfis- og hugbúnaðarframleiðendur sem nota eða ætla að nota Silicon Labs vörurnar. Einkennisgögn, tiltækar einingar og jaðartæki, minnisstærðir og minnisföng vísa til hvers tiltekins tækis og „Dæmigerðar“ færibreytur geta verið mismunandi eftir mismunandi forritum. Umsókn tdampLesið sem lýst er hér er eingöngu til lýsingar. Silicon Labs áskilur sér rétt til að gera breytingar án frekari fyrirvara á vöruupplýsingum, forskriftum og lýsingum hér, og gefur enga ábyrgð á nákvæmni eða heilleika meðfylgjandi upplýsinga. Án fyrirvara getur Silicon Labs uppfært fastbúnað vörunnar meðan á framleiðsluferlinu stendur af öryggis- eða áreiðanleikaástæðum. Slíkar breytingar munu ekki breyta forskriftum eða frammistöðu vörunnar. Silicon Labs ber enga ábyrgð á afleiðingum notkunar upplýsinganna sem gefnar eru upp í þessu skjali. Þetta skjal felur ekki í sér eða gefur beinlínis leyfi til að hanna eða búa til samþættar rafrásir. Vörurnar eru ekki hannaðar eða heimilaðar til notkunar í neinum FDA flokki III tækjum, forritum þar sem FDA formarkaðssamþykki er krafist eða lífstuðningskerfi án sérstaks skriflegs samþykkis frá
- Silicon Labs. „Lífsstuðningskerfi“ er hvers kyns vara eða kerfi sem ætlað er að styðja við eða viðhalda lífi og/eða heilsu, sem, ef það mistekst, má með sanngirni búast við að muni leiða til verulegs líkamstjóns eða dauða. Silicon Labs vörur eru ekki hannaðar eða heimilaðar fyrir hernaðarlega notkun. Silicon Labs vörur skulu undir engum kringumstæðum notuð í gereyðingarvopnum, þar með talið (en ekki takmarkað við) kjarnorku-, sýkla- eða efnavopn, eða eldflaugar sem geta flutt slík vopn. Silicon Labs afsalar sér allri óbeinum og óbeinum ábyrgðum og ber ekki ábyrgð á meiðslum eða skemmdum sem tengjast notkun Silicon Labs vöru í slíkum óviðkomandi forritum. Athugið: Þetta efni gæti innihaldið móðgandi hugtök sem eru nú úrelt. Silicon Labs er að skipta þessum skilmálum út fyrir innifalið tungumál þar sem það er mögulegt. Fyrir frekari upplýsingar, heimsækja www.silabs.com/about-us/inclusive-lexicon-project
Upplýsingar um vörumerki
- Silicon Laboratories Inc.®, Silicon Laboratories®, Silicon Labs®, SiLabs® og Silicon Labs logo®, Bluegiga®, Bluegiga Logo®, EFM®, EFM32®, EFR, Ember®, Energy Micro, Energy Micro lógó og samsetningar þeirra , „orkuvænustu örstýringar í heimi“, Redpine Signals®, WiSeConnect , n-Link, EZLink®, EZRadio®, EZRadioPRO®, Gecko®, Gecko OS, Gecko OS Studio, Precision32®, Simplicity Studio®, Telegesis, Telegesis Logo®, USBXpress®, Zentri, Zentri lógóið og Zentri DMS, Z-Wave® og fleiri eru vörumerki eða skráð vörumerki
- Silicon Labs. ARM, CORTEX, Cortex-M3 og THUMB eru vörumerki eða skráð vörumerki ARM Holdings. Keil er skráð vörumerki ARM Limited. Wi-Fi er skráð vörumerki
- Wi-Fi bandalagið. Allar aðrar vörur eða vörumerki sem nefnd eru hér eru vörumerki viðkomandi eigenda.
- Silicon Laboratories Inc. 400 West Cesar Chavez Austin, TX 78701 Bandaríkin
- www.silabs.com
Skjöl / auðlindir
![]() |
SILICON LABS UG103.11 Fundamentals hugbúnaður [pdfNotendahandbók UG103.11 Fundamentals hugbúnaður, UG103.11, Fundamentals hugbúnaður, grundvallarhugbúnaður, hugbúnaður |