📚 课程目录第4章 nRF54 Thread网络基础实验

4. nRF54 Thread网络基础实验

Thread 网络的最小可用形态由两类角色构成：边界路由器（Border Router）负责把 Thread 网状网与外部 IPv6 网络（通常是 Wi-Fi 或以太网）连接起来，终端设备（End Device）则作为网内节点加入网络并获取 IPv6 地址。本节以 nRF54 系列开发板为硬件平台，使用 nRF Connect SDK 提供的 OpenThread 示例，搭建一个“边界路由器 + 终端设备”的双节点实验环境，并通过 ping 与 ot 命令验证连通性。

实验目标与硬件准备

本实验需要两块 nRF54 开发板（例如 nRF54L15 DK 或 nRF54H20 DK），一块烧录边界路由器固件，另一块烧录终端设备固件。边界路由器需要同时具备 Thread 射频和一条对外 IP 通道，因此通常采用“DK 通过 USB 连接主机，主机侧运行 otbr-agent 或使用 nRF Connect SDK 的 ot_br 示例”的方式；若使用 RCP（Radio Co-Processor）架构，则 DK 运行 ot_rcp 固件，主机侧运行 OpenThread Border Router。终端设备直接运行 ot_cli 示例，通过串口命令行控制。

实验前请确认：nRF Connect SDK 版本（建议 v2.6 及以上）已安装，工具链可用，两块 DK 的串口设备号已识别。下面给出一个典型的构建与烧录命令示例，具体路径请按本机环境替换。

# 构建 RCP 固件（边界路由器侧 DK）
west build -b nrf54l15dk/nrf54l15/cpuapp \
  nrf/samples/openthread/coprocessor -d build_rcp

# 构建终端设备 CLI 固件
west build -b nrf54l15dk/nrf54l15/cpuapp \
  nrf/samples/openthread/cli -d build_cli

# 烧录
west flash -d build_rcp
west flash -d build_cli

边界路由器侧：启动 RCP 与 OTBR

RCP 固件烧录完成后，DK 通过 USB 暴露一个串口，主机侧 otbr-agent 通过该串口与 RCP 通信。在 Linux 主机上，先确认串口设备（如 /dev/ttyACM0），然后启动 otbr-agent。关键参数包括：-B 指定 Thread 网络接口名（如 wpan0），-v 指定 RCP 串口，-I 指定对外网络接口（如 eth0 或 wlan0）。

sudo otbr-agent -I wpan0 -B eth0 -v spinel+hdlc+uart:///dev/ttyACM0

启动后，otbr-agent 会自动创建 Thread 网络接口并尝试形成网络。此时可在另一个终端使用 ot-ctl 查看状态：

sudo ot-ctl state
# 期望输出：leader 或 router
sudo ot-ctl dataset active -x
# 查看当前活动数据集（十六进制），后续终端设备需要用它入网

若 state 返回 disabled，说明 Thread 接口未启动，可执行 sudo ot-ctl ifconfig up 与 sudo ot-ctl thread start。边界路由器形成网络后，会拥有一个 RLOC 地址（如 fd00:0:0:0:0:0:0:1 形式的网内地址）以及一个由前缀派生的全局 IPv6 地址。这个全局地址就是终端设备需要 ping 的目标。

终端设备侧：入网与地址获取

终端设备运行 ot_cli 后，通过串口终端（如 screen /dev/ttyACM1 115200）进入 OpenThread CLI。入网有两种常用方式：一是使用与边界路由器相同的网络密钥和 PAN ID 手动配置；二是直接使用边界路由器导出的活动数据集。推荐后者，可避免参数不一致。

# 在边界路由器侧导出数据集
sudo ot-ctl dataset active -x
# 得到类似：0e080000000000010000... 的长十六进制串

# 在终端设备 CLI 中设置并启动
dataset set active 0e080000000000010000...
ifconfig up
thread start
state
# 期望输出：child 或 router

终端设备成功入网后，会通过 Thread 的地址自动配置机制获得 IPv6 地址。使用 ipaddr 命令可查看：其中 fd00:... 为网内 RLOC 或 ML-EID，2001:... 或其它全局前缀地址为可被外部访问的地址。若终端设备只显示链路本地地址（fe80::），说明尚未完成地址注册，可等待数秒或检查数据集是否一致。

连通性验证与结果判读

在终端设备 CLI 中，先确认已获得全局 IPv6 地址，然后 ping 边界路由器的全局地址。假设边界路由器全局地址为 2001:db8:1:2:0:0:0:1（示例地址，实际以 ot-ctl ipaddr 输出为准），终端设备执行：

ping 2001:db8:1:2:0:0:0:1
# 期望输出：
# 64 bytes from 2001:db8:1:2:0:0:0:1: icmp_seq=1 hlim=64 time=28ms
# 64 bytes from 2001:db8:1:2:0:0:0:1: icmp_seq=2 hlim=64 time=22ms

若 ping 不通，按以下顺序排查：第一，确认终端设备 state 是否为 child 或 router，若为 detached 说明未入网；第二，确认双方数据集一致，可用 dataset active -x 对比十六进制串；第三，确认边界路由器已启动 thread start 且 ifconfig up；第四，检查信道是否一致，Thread 默认信道为 11，若数据集指定了其它信道需保持一致。此外，若终端设备只拿到 RLOC 而没有全局地址，通常是边界路由器未正确下发前缀，可检查 otbr-agent 的 -I 参数是否指向了正确的对外接口。

实验记录表

为便于复现和对比，建议按下表记录关键参数与结果。表中“示例值”为教学假设，实际请以本机输出为准。

记录项	边界路由器侧	终端设备侧	示例值
固件示例	ot_rcp / otbr-agent	ot_cli	nRF Connect SDK v2.6
角色状态	leader / router	child / router	leader + child
信道	由数据集决定	与 BR 一致	11
PAN ID	数据集内	数据集内	0x1234
全局 IPv6	2001:db8:1:2::1	2001:db8:1:2::a1b2	示例地址
ping 结果	64 bytes，time < 50ms，丢包 0%		通过

若使用 nRF54H20 双核平台，注意将 OpenThread 示例构建到正确的核心（cpuapp），RCP 与 CLI 的构建目标需分别指定，避免烧录到错误核心导致串口无输出。

otbr-agent 需要 root 权限访问串口和网络接口，实验时请使用 sudo；同时确保主机防火墙未拦截 Thread 接口与对外接口之间的 IPv6 转发，否则终端设备虽能入网但无法访问外部网络。

完成上述步骤后，一个最小的 Thread 网络即告建立：边界路由器作为 Leader 维护网络，终端设备作为 Child 加入并获取全局 IPv6 地址，双向 ping 成功即证明 Thread 网状网与主机侧 IP 通道均已打通。后续可在此基础上增加第二个终端设备，观察 Thread 的 Mesh 路由与多跳转发行为。