ทำไมเน็ตช้า! หาคำตอบด้วย M5Stack และ Raspberry Pi

หลายสัปดาห์ก่อนเพิ่ง Download Dota 2 กลับมาครับ แล้วก็พบว่าเวลามัน patch เน็ตมันช้ามาก แถมรันเป็น background ไม่รู้อีกว่าเน็ตโดนสูบอยู่ นึกว่าคอมมีปัญหาเพราะไม่มีใครใช้เน็ตแล้วมันจะช้าได้ยังไง

ถ้าใช้ router แพงๆ มันมักจะมีจอมาด้วยซึ่งจะแสดง network speed อยู่ ก็เลยคิดว่าจะลองเขียนอะไรแบบนั้นดู

แผนการ

สำหรับแผนการในรอบนี้คือผมจะเอา M5Stack อ่าน SNMP จาก router ผม แล้วมาแสดงบนหน้าจอ

M5Stack

espressif.com

พอดีไปเดินงาน Maker Faire Bangkok ก็เลยยุให้พ่อซื้อ M5Stack ให้ตัวหนึ่ง (บังเอิญเจอพี่ลิ่ว Blognone ด้วย เลยให้พี่ลิ่วช่วยยุ) ซึ่งผมว่ามันเจ๋งมากเพราะมันมีจอ ปุ่มกด และ battery ในตัว (แบตเท่าที่ลองอยู่ได้ประมาณ 10 นาที อย่าคาดหวังอะไรมันมาก และมันจะ reset ตอนเสียบไฟ)

สำหรับการเขียนโปรแกรมนั้น M5Stack ใช้ CPU ESP32 (ตัวพี่ของ ESP8266 ยอดนิยม) สามารถใช้ Arduino IDE เขียนได้ ซึ่งปรากฏว่า Arduino ไม่มี SNMP client library ครั้นจะเขียนเองก็ยุ่งยากไป เลยคิดว่าจะเอา Raspberry Pi มาอ่านแล้วส่งข้อมูลให้ M5Stack อีกที

Router configuration

ก่อนจะไปถึง Raspberry Pi มาตั้งค่า router ให้มีข้อมูลพร้อมอ่านกันก่อน สำหรับ Router Mikrotik ทำได้ดังนี้

  1. เปิด WebFig/WinBox ขึ้นมาแล้ว login ให้เรียบร้อย
  2. ไปที่เมนู IP > SNMP
  3. เลือก Enabled
  4. คลิกที่ Communities ด้านบน กด Add New
  5. ระบุข้อมูลดังนี้
    • Name: อะไรก็ได้
    • Addresses: ไม่ใส่ก็ได้ หรือถ้าต้องการให้ปลอดภัยระบุเป็น IP ของ Raspberry Pi หรือ CIDR ก็ได้
    • Read Access: ติ๊กไว้
    • ผมยังไม่เปิดใช้ security เนื่องจากเป็น read only และ allow เฉพาะ LAN IP ไว้เลยคิดว่าความเสี่ยงต่ำพอแล้ว
  6. ตอนนี้น่าจะพร้อมใช้งาน SNMP แล้ว

ถัดมาเราจะหา OID ของ interface ที่ออกเน็ต ขั้นตอนนี้จะต้องใช้เมนู Terminal แล้วใช้คำสั่ง /interface print oid จะได้ผลดังนี้

 0  R  name=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.2.1 actual-mtu=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.4.1 mac-address=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.6.1 admin-status=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.7.1 oper-status=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.8.1 bytes-in=.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.6.1 packets-in=.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.7.1 discards-in=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.13.1 
       errors-in=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.14.1 bytes-out=.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.10.1 packets-out=.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.11.1 discards-out=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.19.1 errors-out=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.20.1 

 1  RS name=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.2.2 actual-mtu=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.4.2 mac-address=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.6.2 admin-status=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.7.2 oper-status=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.8.2 bytes-in=.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.6.2 packets-in=.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.7.2 discards-in=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.13.2 
       errors-in=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.14.2 bytes-out=.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.10.2 packets-out=.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.11.2 discards-out=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.19.2 errors-out=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.20.2 

 2  RS name=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.2.3 actual-mtu=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.4.3 mac-address=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.6.3 admin-status=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.7.3 oper-status=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.8.3 bytes-in=.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.6.3 packets-in=.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.7.3 discards-in=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.13.3 
       errors-in=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.14.3 bytes-out=.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.10.3 packets-out=.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.11.3 discards-out=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.19.3 errors-out=.1.3.6.1.2.1.2.2.1.20.3 

แล้วดูเทียบกับเมนู /interface print

 #     NAME                                TYPE       ACTUAL-MTU L2MTU  MAX-L2MTU MAC-ADDRESS      
 0  R  ether1-internet                     ether            1500  1596       2026
 1  RS ether2-celty                        ether            1500  1596       2026
 2  RS ether3-switch                       ether            1500  1596       2026

ซึ่งของผม ether1-internet เป็นตัวที่ต่อกับ router ภายนอก ก็เลยจะต้องดูว่าเบอร์ 0 นั้น oid ที่แสดงข้อมูล internet คืออะไร ก็จะเห็นว่า

  • Bytes in: .1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.6.1 (Download)
  • Bytes out: .1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.10.1 (Upload)

ซึ่งเราจะจดไว้ใช้ในโค้ดเราต่อไป

Raspberry Pi

สำหรับบน Raspberry Pi นั้นของที่ผมมีอยู่จะเป็น Model B+ ค่อนข้างเก่าแต่ก็ไม่ได้จำเป็นต้องใช้อะไรแรงอยู่แล้ว (งานแค่นี้ Arduino ก็คงทำได้ถ้ามันมี library) โดยใช้ดิสโตรโปรดของผมคือ Arch Linux ARM

โดยโค้ดจะประมาณนี้


import time import socket import struct from easysnmp import Session SLEEP_DURATION = 2 session = Session(hostname='192.168.2.1', community='local', version=2) client = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM) last_download = 0 last_upload = 0 while True: download = int(int(session.get('.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.6.1').value)/SLEEP_DURATION) upload = int(int(session.get('.1.3.6.1.2.1.31.1.1.1.10.1').value)/SLEEP_DURATION) if last_download != 0: print(download - last_download, upload - last_upload) client.sendto(struct.pack('<2I', download - last_download, upload - last_upload), ('192.168.3.7', 1)) last_download = download last_upload = upload time.sleep(SLEEP_DURATION)

คร่าวๆ ก็คือโปรแกรมจะอ่่านค่า OID ทั้ง 2 ตัวจาก 192.168.2.1 แล้วส่งไปให้ 192.168.3.7 UDP port 1

การนำไปติดตั้งบน Raspberry Pi ก็จะต้องติดตั้ง Python และ easysnmp เพิ่มเติม ดังนี้

# pacman -S python gcc net-snmp python-pip
# pip install easysnmp

M5Stack

ถัดมาเราจะเขียนโปรแกรมสำหรับรับข้อมูลมาแสดงกัน ก็จะประมาณนี้

#include <M5Stack.h>
#include <WiFi.h>
#include <WiFiUdp.h>

const char *WIFI_SSID = "WHS-IoT";
const char *WIFI_PASSWORD = "";
const int SERVICE_PORT = 1;
const int MAX_DOWNLOAD = 35 * 1000000 / 8;
const int MAX_UPLOAD = 6 * 1000000 / 8;
const int GRAPH_WIDTH = 1;

typedef struct netPacket {
  unsigned int download;
  unsigned int upload;
} netPacket;

WiFiUDP udp;
netPacket data;
int graphPos = 0;
int graphOriginY, downloadHeight, uploadHeight;

#define LCD_WIDTH M5.Lcd.width()
#define LCD_HEIGHT M5.Lcd.height()
#define FONT_BASE 31

void wifiConnect(){
  int wifiStatus = WL_IDLE_STATUS;
  bool firstTry = true;

  while(wifiStatus != WL_CONNECTED){
    if(!firstTry){
      switch(wifiStatus){
        case WL_NO_SHIELD:
          M5.Lcd.println("E: No module");
          break;
         case WL_CONNECT_FAILED:
          M5.Lcd.println("E: Connection fail");
          break;
         case WL_CONNECTION_LOST:
          M5.Lcd.println("E: Connection lost");
          break;
         case WL_DISCONNECTED:
          M5.Lcd.print(".");
          break;
         default:
          M5.Lcd.printf("E: %d\n", wifiStatus);
      }
    }else{
      M5.Lcd.printf("Connecting to %s\n", WIFI_SSID);      
    }

    wifiStatus = WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
    delay(5000);
    firstTry = false;
  }
  M5.Lcd.println();
  M5.Lcd.println(WiFi.localIP());

  graphPos = 0;
}

void checkWifiConnected(){
  if(WiFi.status() != WL_CONNECTED){
    M5.Lcd.clearDisplay();
    M5.Lcd.setCursor(0, FONT_BASE);
    M5.Lcd.println("Wifi disconnected!");
    wifiConnect();
  }
}

void setup() {
  M5.begin();
  M5.Speaker.mute();
  M5.Lcd.setFont(&FreeSans12pt7b);
  M5.Lcd.setCursor(0, FONT_BASE);
  M5.Lcd.setTextColor(WHITE, BLACK);
  M5.Lcd.setRotation(1);
  M5.Lcd.setTextWrap(false);

  int titleSize = FONT_BASE * 2;
  graphOriginY = titleSize + ((LCD_HEIGHT - titleSize) * 3 / 4);
  downloadHeight = graphOriginY;
  uploadHeight = LCD_HEIGHT - graphOriginY;

  Serial.printf("Graph origin %d\nDownload height %d\nUpload height %d\n", graphOriginY, downloadHeight, uploadHeight);

  wifiConnect();
  udp.begin(SERVICE_PORT);
}

void loop() {
  checkWifiConnected();

  bool drawText = false;
  if(udp.parsePacket()){
    udp.read((char *) &data, sizeof(netPacket));

    Serial.printf("DL %d UL %d\n", data.download, data.upload);
    drawText = true;
  }
  M5.Lcd.fillRect(graphPos, FONT_BASE * 2, GRAPH_WIDTH, LCD_HEIGHT, BLACK);

  int downloadPercent = min(max(1, data.download * downloadHeight / MAX_DOWNLOAD), graphOriginY - (FONT_BASE * 2));
  M5.Lcd.fillRect(graphPos, graphOriginY - downloadPercent, GRAPH_WIDTH, downloadPercent, RED);

  int uploadPercent = max(1, data.upload * uploadHeight / MAX_UPLOAD);
  M5.Lcd.fillRect(graphPos, graphOriginY, GRAPH_WIDTH, uploadPercent, YELLOW);

  if(drawText) {
    M5.Lcd.fillRect(0, 0, LCD_WIDTH, FONT_BASE * 2, BLACK);
     M5.Lcd.setCursor(0, FONT_BASE);
     M5.Lcd.printf("DL %.2f kb/s\nUL %.2f kb/s", (float) data.download/1000.0, (float) data.upload/1000.0);
  }

  graphPos = graphPos + GRAPH_WIDTH;
  if(graphPos > LCD_WIDTH){
    graphPos = 0;
  }

  delay(100);
}

Testing

ทีนี้เราก็จะต้องเทสว่ากราฟของเราขยับได้จริง โดยทำให้เน็ตมันโหลดขึ้นมา วิธีง่ายสุดคงเป็น speedtest

ถ้ากราฟขึ้นมาแบบนี้ก็เป็นอันใช้ได้

(Note: ความเร็วที่แสดงเป็น Kilobytes/s หรือจะตรงกับความเร็วที่แสดงในโปรแกรมดาวน์โหลด แต่โปรแกรม speedtest ส่วนมากจะแสดงผลเป็น Kilobits/s ฉะนั้นจะต้องคูณ 8 จากเลขที่แสดงบนจอด้วย)

สุดท้ายก็ไปแปะหน้า Switch ตามภาพ (M5Stack มีแม่เหล็กในตัว ส่วน power ดึงมาจาก Raspberry Pi เลย) คราวนี้ก็รู้สึกหรูขึ้นมา 10 เท่าเลย 555

Real world use

ติดเจ้าอุปกรณ์นี้มาสักพักแล้วครับ ประสบการณ์ที่เจอมาก็คือ

  • เวลากลับบ้านมาจะเห็น data use ขึ้นสูงเลยเพราะมือถือจะชอบ sync เมื่อชาร์จ + ต่อไวไฟ
  • config VPN failover อยู่ พอจะไปนอนเหลือบไปเห็นกราฟว่า upload วิ่งเต็มตลอด เลยรู้ตัวว่า BGP loop อยู่
  • ชอบดูตอนดู Streaming ถ้าเป็นพวก YouTube จะเห็นว่ามันโหลดหนักแป๊บเดียวแล้วเงียบเลย แต่ถ้าเป็น Twitch มันจะเบาๆ แต่ขึ้นตลอด
  • เมื่อวานเจอ Dota 2 โหลดแพทช์อีกแล้ว คราวนี้ก็รู้แล้วว่าเน็ตใช้อยู่จริงๆ

Future Improvements

ที่คิดว่าอยากทำคือ

  • ตอนนี้โปรแกรมอ่านค่ามีบั๊ก ถ้าค่าที่อ่านได้เกิน uint max (2^32) มันจะ serialize แล้วส่งไปไม่ได้ อาจจะต้องปรับ data size หรือทำท่าอื่นๆ
  • อาจจะมีค่าอื่นๆ ที่น่าเอามาแสดงผลอีก ก็ใช้ปุ่มบนตัว M5Stack เลื่อนเปลี่ยนโปรแกรมได้
  • การวาดกราฟทับดูยาก น่าจะมีวิธีที่ดีกว่านี้ (ตอนแรกในหัวนึกว่ามันจะเท่เหมือนเครื่องพล็อตกราฟชีพจร แต่อันนั้นหัวมันจะสว่างกว่าปกติ)

ปรากฏว่าพ่อเดินมาบอกว่า Raspberry Pi ก็ซื้อจอไว้นะ เอา Model B ไปใช้แทน B+ แล้วถอด M5Stack ไปทำอย่างอื่นเถอะ T_T ลดสเปคทุกอย่างไม่พอแถมต้อง rewrite อีกด้วย