Komunikacja LoRa Mesh (Meshtastic) – wiadomości bez internetu

Meshtastic to otwarty system komunikacji wykorzystujący moduły radiowe LoRa do tworzenia zdecentralizowanej sieci mesh. Pozwala wysyłać krótkie wiadomości tekstowe, dane lokalizacyjne i proste informacje telemetryczne bez zasięgu sieci komórkowej, Wi-Fi ani dostępu do Internetu.

Typowe urządzenie Meshtastic łączy się ze smartfonem przez Bluetooth. Telefon służy jako wygodny interfejs użytkownika, a moduł LoRa odpowiada za dalekosiężną komunikację radiową.

Czym jest Meshtastic?

Meshtastic jest praktycznym przykładem komunikacji LoRa mesh. Zamiast przesyłać dane przez stację bazową, maszt operatora albo router internetowy, wiadomości są przekazywane pomiędzy małymi węzłami radiowymi.

Każdy węzeł może wysyłać, odbierać i przekazywać wiadomości dalej. Dzięki temu komunikat może dotrzeć do odbiorcy przez urządzenia pośrednie, zwiększając zasięg krok po kroku.

Jak to działa?

Użytkownik pisze wiadomość na smartfonie. Smartfon łączy się z urządzeniem Meshtastic przez Bluetooth, Wi-Fi lub USB. Następnie urządzenie wysyła wiadomość drogą radiową za pomocą LoRa.

Inne urządzenia Meshtastic znajdujące się w zasięgu mogą odebrać wiadomość i, zależnie od konfiguracji, przekazać ją dalej. W ten sposób grupa urządzeń tworzy samodzielną sieć mesh.

Pasma częstotliwości

Urządzenia Meshtastic korzystają z nielicencjonowanych pasm ISM, zależnie od regionu. W Europie typowo używane jest pasmo 868 MHz. W Stanach Zjednoczonych i wielu innych regionach często stosuje się 915 MHz.

W konfiguracji urządzenia należy wybrać właściwy region. Jest to ważne, ponieważ częstotliwości, moce nadawcze i ograniczenia czasu nadawania różnią się w zależności od kraju i regionu.

Do czego Meshtastic ma sens?

• Krótkie wiadomości tekstowe bez zasięgu sieci komórkowej
• Komunikacja w terenie podczas wycieczek, biwaków lub pracy polowej
• Łączność awaryjna, gdy inne systemy nie działają
• Lokalna komunikacja grupowa na dużym obszarze
• Podstawowe udostępnianie lokalizacji między użytkownikami
• Proste przesyłanie danych telemetrycznych lub informacji z czujników

Do czego Meshtastic się nie nadaje?

Meshtastic nie zastępuje Wi-Fi, sieci komórkowej ani szerokopasmowego Internetu. LoRa została zaprojektowana z myślą o dużym zasięgu i małym poborze energii, a nie o dużej przepustowości.

• Nie nadaje się do rozmów głosowych
• Nie nadaje się do przesyłania wideo ani dużych plików
• Nie powinno być traktowane jako szybka sieć danych
• Najlepiej sprawdza się przy krótkich wiadomościach o małej objętości

Sieć mesh – krok po kroku

Najciekawszą cechą Meshtastic jest mechanizm mesh. Urządzenie nie zawsze musi bezpośrednio dosięgnąć odbiorcy końcowego. Jeśli po drodze znajduje się inny węzeł, wiadomość może zostać przekazana dalej.

Dzięki temu Meshtastic jest przydatny w terenie, gdzie bezpośrednia łączność jest utrudniona, na przykład w lasach, na wzgórzach, biwakach, gospodarstwach lub podczas dużych wydarzeń plenerowych.

Anteny i zasięg

Tak jak w każdym systemie radiowym, jakość anteny i sposób instalacji mają ogromny wpływ na zasięg. Ten sam moduł LoRa może działać zupełnie inaczej w zależności od anteny, wysokości montażu, strat w kablu i ukształtowania terenu.

W otwartym terenie dobrze ustawione urządzenie z odpowiednią anteną może osiągnąć znacznie większy zasięg niż mały moduł noszony w kieszeni albo umieszczony wewnątrz budynku.

Meshtastic a LoRaWAN

Meshtastic nie należy mylić z LoRaWAN. Oba rozwiązania wykorzystują modulację LoRa, ale mają inny model pracy sieci.

LoRaWAN zwykle korzysta z bramek i serwerów sieciowych. Meshtastic tworzy sieć peer-to-peer mesh pomiędzy urządzeniami użytkowników. Bardziej przypomina niezależny lokalny system łączności radiowej niż typową sieć IoT.

Praktyczne ograniczenia

• Niska prędkość transmisji danych
• Ograniczona wielkość wiadomości
• Zasięg silnie zależny od terenu i położenia anten
• Różne ograniczenia prawne w zależności od kraju i regionu
• Gęste sieci mogą wymagać rozsądnej konfiguracji

Typowe urządzenia

Meshtastic jest często używany z małymi płytkami rozwojowymi LoRa i urządzeniami przenośnymi, zwykle opartymi na platformach ESP32 lub nRF52. Wiele z nich ma Bluetooth, zasilanie bateryjne, ładowanie USB-C, GPS lub mały wyświetlacz.

Popularne są między innymi moduły LoRa firm Heltec, LILYGO, RAKwireless i Seeed Studio.

Podsumowanie

Meshtastic pokazuje, jak proste moduły radiowe LoRa można wykorzystać do budowy niezależnej sieci komunikacyjnej bez infrastruktury. Nie jest to rozwiązanie szybkie i nie służy do przesyłania dużej ilości danych, ale jest bardzo przydatne tam, gdzie trzeba wymieniać krótkie wiadomości bez dostępu do sieci.

Jego siłą jest prostota: smartfon, małe urządzenie LoRa i grupa pobliskich węzłów mogą stworzyć praktyczny system komunikacji mesh bez operatorów komórkowych, Internetu i stałej infrastruktury sieciowej.