Meshtastic – оперативно-тактический радиочат без сотовой связи и интернета. Часть 1. Знакомство +21


AliExpress RU&CIS

Наш мир наполнен скрытыми опасностями и подвержен внезапным изменением привычного хода вещей. Общение в виртуальной социальной сфере посредствам смартфона или планшета в интернете, в Telegram-чатах, в Whatsapp-группах и социальных сетях стало неотъемлемой частью нашей жизни и часто даже большей частью, чем общение в живую. С одной стороны – это путь к трансформации нашей психики и методам манипуляции в глобальных масштабах, с другой – это удобный технологический сервис. Об одном из таких сервисов, который в экстренных или других бытовых ситуациях может быть интересен и полезен, автор и хотел бы рассказать.

Представьте, что случился природный катаклизм, например, наводнение (свежий пример с Крымом у всех прямо перед глазами) или землетрясение. Первое, за что хватается человек в состоянии паники – это телефон. Посмотреть уведомления от властей, узнать, что с детьми, родителями или близкими родственниками. А если кто-то пострадал рядом – в попытке срочно вызвать помощь. И тут человека может ждать жестокий облом. Всё затопило, электричества нет, а значит, сотовая и интернет связь не работает – это в лучшем случае. В худшем – инфраструктура сотовой и/или интернет сети в вашем районе частично или полностью разрушена. Образуется информационный вакуум с крайне негативными последствиями, о которых в пору написать отдельную статью, но мы сейчас не об этом.

Если, вдруг, случается чрезвычайная ситуация, то про экстренную связь среднестатистический человек обычно не в курсе. И тогда, зачастую, над несчастным человеком дамокловым мечом повисает дежурная фраза: «Связи нет, информации нет, состояние ситуации не известно». Можно представить, что происходит у человека в голове после такой фразы.  Ещё больше паника, жгучее беспокойство, и наконец отчаяние...

Допустим, каким-то чудом, стихия вас не коснулась, а вокруг полная разруха, безысходность и... полная тишина. Лишь ветер свистит в пустых проводах, а на экране смартфона сообщение "Связь только с 112" и та, которая не работает. Возможно, рядом с вами или по другую сторону телефонной трубки в этот момент кто-то ранен или из-за отсутствия срочной медицинской помощи вот-вот покинет наш мир.

Если бы вы знали о возможностях вашего смартфона при таких ситуациях. Или от друзей когда-то слышали... "Вот, у нашего соседа, в случае чего, есть экстренная связь на телефоне с кем-то из друзей по району, возможно, прямая связь с МЧС - не пропадём!" А вдруг можно через этого Кулибина передать жизненно важную информацию... или узнать? Появляется надежда, и отчаяние отходит! Согласитесь, одна только надежда о том, что помощь, возможно, придёт, может подбодрить человека, а сильно пострадавшего может удержать от перехода в иной мир. И это важно!

Бывают ситуации, когда нужно передать буквально пару слов: «Всё в порядке, пострадавших нет, держимся.» или «Срочно найдите вертолёт, ну, или кого-нибудь пришлите из квалифицированного медперсонала, человек при смерти!». Когда-то в подобных спасательных мероприятиях активную роль принимали участие местные радиолюбители. В худших ситуациях они азбукой Морзе передавали сигнал SOS и несколько коротких сообщений. Времена нынче сильно поменялись, радиолюбительство вырождается как класс, а азбуку Морзе знает совсем небольшой процент увлечённых телеграфом радиолюбителей.

В одной из дальних заморских стран существует мощное радиолюбительское движение, которое в условиях ЧС осуществляет функцию оперативной радиосвязи и помогает национальной гвардии. Так же на её основе строится опорная цифровая сеть. Она хоть и имеет малую скорости, но за счёт своего большого покрытия и активной поддержки энтузиастов имеет много контактов с внешним миром. Для тех, кто в курсе радиолюбительских дел, я говорю про старинную APRS-сеть.

В нашей стране, к сожалению, радиолюбительское сообщество в классическом понимании радиосвязи медленно, но верно стареет, количество официальных радиолюбителей тоже неуклонно снижается, а увлечение самостоятельной сборкой средств связи практически полностью сошло на нет. Про APRS-сеть в нашей стране знают единицы одиноких энтузиастов, не говоря уже о том, чтобы это хоть где-то работало. Но, времена меняются! Современные технологии позволяют собственными руками создавать совершенно легально новые решения связи для условий ЧС за небольшие деньги и доступные большому количеству людей.

Вопрос экстренной связи решается сегодня на общественных началах группой энтузиастов собственноручно и очень просто. Достаточно иметь на нескольких домах в районе опорные точки радиосвязи или ретрансляции, работающие независимо от сотовой сети, от сети интернет, автономно от общегородской электрической сети, возможно на солнечной энергии. Более того, каждый абонент этой сети, сам становится точкой ретрансляции. Оборудование для такой связи стоит очень дёшево и может работать автономно до недели или больше, если для этого созданы условия. Энтузиасты радиолюбители даже самой минимальной квалификации могут такое оборудование легко собрать сами.

Автор предлагает создавать собственные локальные ячейки самоорганизующейся радиосети под названием Meshtastic.

Возможности сети не ограничены применением только при ЧС, это лишь частный случай, того, что может сильно помочь при неблагоприятной ситуации. Поскольку образование и поддержка сети в большой степени носит характер творческого поиска, то возможности применения достаточно широки. Ниже описаны несколько наиболее типичных вариантов применения. Совместное общение на тему поможет выявить и другие возможные сценарии.


Основная функция сервиса: передача текста и ваших координат посредствам смартфона без использования сотовой связи и интернета.

Варианты сценариев применения:

  • Экстренная цифровая связь при чрезвычайных ситуациях

  • Поиск потерянных людей

  • Творческий радиолюбительский поиск создания своей радиосети среди единомышленников внутри своего района и даже дальше

  • Спорт на открытом воздухе с ограниченным покрытием сотовой связи. (Пешие прогулки по горам, катание на лыжах, катание на лодках, парапланеризм или квадрокоптеры, и. т. д.)

  • Ситуации, в которых GPS-коммуникаторы с закрытым исходным кодом просто не помогут (легко добавить функции для пилотов квадрокоптеров или планеров и. т. д.)

  • Безопасная связь на большом расстоянии внутри групп, вне зависимости от сотовых операторов

  • Создание самоорганизующейся сети в своём собственном проекте

Аппаратное обеспечение:

  • Android cмартфон

  • Meshtastic - радиомодем на основе LoRa-модулей связи

  • Антенна

  • Li-Ion аккумулятор или PowerBank

Радиосеть строится на основе открытого ПО проекта Mesh-сети Meshtastic, описание которой вы без проблем найдёте в интернете.

В концепцию заложен принцип максимальной простоты и дешевизны решения. Для самой простой реализации сети существуют готовые решения с Aliexpress. Если вы неугомонный искатель технической мысли, то есть возможность самому собрать модем и даже расширить его функционал.

Если вы совсем новичок в теме и у вас нет паяльника, или вы по образованию далеки от радио, но возможности проекта вас заинтересовали, то китайцы всё давно сделали и готовы продать заготовки под фирменные радиомодемы по минимально возможным ценам. Единственное, вам надо придумать, как поместить изделие в корпус, если вы планируете использовать Meshtastic - радиомодем в мобильном варианте. Уже существуют несколько бесплатных проектов для 3D-принтера, а также есть готовые корпуса на Aliexpress.

Радиосеть строится на основе готовых LoRa-радиомодулей. Главная особенность их заключается в большой дальности связи при совсем мизерной мощности. В России официально выделен под LoRa приложения участок частот 433МГц и 868МГц. Под эти частоты нужно выбирать радио модули. Есть так же LoRa-модули, работающие на американском участке частот 915МГц. На американском и других диапазонах лучше не работать, зачем нам проблемы со связь-надзорными органами? Т.к. радио модули имеют совсем небольшую мощность, то вам не нужна радиолюбительская лицензия и вам нет надобности регистрировать модемы в связь-надзоре. Т.е., вы можете начать строить свою сеть на вполне законных основаниях без лишних юридических и бюрократических проволочек.

Из опыта: - выбор между диапазонами 433МГц и 868МГц может быть достаточно труден, т.к. каждый участок частот имеет свои особенности прохождения сигнала, аппаратное обеспечение антенно-фидерным хозяйством и другие вопросы эксплуатации. Более подробно остановимся на этом вопросе в части, посвященной антенно-фидерной тематике.


Базовые принципы построения радиосети Meshtastic

За счёт того, что каждое устройство в группе может служить ретранслятором для других устройств группы и строить несколько альтернативных маршрутов к каждому устройству, получается очень надёжная сеть. По мере необходимости, радиомодемы автоматически создают самоорганизующуюся сеть для пересылки пакетов, поэтому каждый в группе может получать сообщения даже от самого дальнего участника, с которым нет прямой радиосвязи. 

Существует 2 глобальных сценария связи:

  1. Связь внутри небольшой локальной группы. В ней практически каждое устройство может видеть все остальные устройства и выпадение промежуточного участника из канала никак не сказывается на общей маршрутизации. Подходит для организации связи внутри небольшого коллектива, например в походе или среди небольшого жилого района. Средний радиус ячейки около 1…3км и зависит от плотности застройки.

    Рис. 1 Связь между радиомодемами внутри локальной группы
    Рис. 1 Связь между радиомодемами внутри локальной группы
  2. Связь локальных групп или отдельных абонентов через высотный ретранслятор. Например, нужна экстренная связь с отдалённым районом или деревней, а сотовая связь легла. Можно связать 2 района города со своими локальными группами, но не слышавшими друг друга из-за дальности или плотной застройки.

    Рис. 2 Связь абонентов или локальных групп через ретранслятор
    Рис. 2 Связь абонентов или локальных групп через ретранслятор

Т.к. каждый радиомодем работает ретранслятором сети с радиусом ячейки в 1...3км, дальность связи может быть существенна повышена за счёт выноса мощного самодельного радиомодема-ретранслятора на крышу высотки или на вершине горы. В качестве ретранслятора можно использовать даже обычный радиомодем, но подключить его надо максимально высоко к базовой антенне с хорошим усилением. В сообществе описаны несколько практических примеров. Автор также проводил изыскательские работы на тему.

В прошивке радиомодема есть специальный инструмент, позволяющий снять покрытие сети, и наложить точки приёма на гугл-карту. Автор статьи снимал покрытие сети через ретранслятор обычного маломощного радиомодема с крыши 9-этажки. Радиус связи с автомобилем на диапазоне 868МГц составил чуть более 10км. Точно такой же маломощный радиомодем-ретранслятор с крыши дома на пригорке, где виден весь город, уже связывается с другими абонентами сети в радиусе 30км (при условии прямой видимости). Если собрать мощный ретранслятор, то дальность связи увеличивается примерно в полтора раза.

Рис.3 Результаты замеров покрытия радиосети Юго-Западного района Санкт-Петербурга
Рис.3 Результаты замеров покрытия радиосети Юго-Западного района Санкт-Петербурга

На этом автор заканчивает знакомство и повествование о принципах работы сети. В следующих частях будет представлено описание фирменных заготовок под радиомодемы, продаваемых на Aliexpress; описание самодельного радиомодема из готовых модулей; будут освещены вопросы выбора диапазона и построения антенн; составлена подробная инструкция о том, как запрограммировать модемы.

Каждый заинтересовавшийся темой человек, сможет начать строить сеть в своём районе или городе.

До встречи в следующей части!




Комментарии (47):

  1. engine9
    /#23273590

    Проблема таких проектов в том, что подавляющему большинству людей пофиг на возможную проблему пока она не актуализировалась лично для них. А когда такая необходимость возникает то они не готовы или уже поздно.

    Грустно, но точно так же люди ведут себя на уровне отдельных людей, небольших групп, наций и всей цивилизации. Большинству пофиг на потенциальные угрозы. А "алармистов" еще и высмеивают...

    • Gengenid
      /#23273648

      Для начала надо обозначить, какой сценарий обеспечивают подобные сети, с чем не могут справиться обычные LPD PMR радиостанции, которых сейчас в любом населенном пункте условных 1 на 1000 населения (или даже больше) с учетом того, что в подобной сети в лучшем случае будет 1 устройство на 50000 населения (и это еще оптимистическая прикидка).

      • NanoVHF
        /#23273680

        В приложении к спасательной операции, если рации есть 1 на 1000, то это нужно рацию. В варианте Мешастика, половина — телефон уже есть. Упор делается на время автономной работы и дальность. У обычной LPD\PMR дальность — 3...5км и то, только точка-точка. Условно, при 10...15 абонентах сети, равномерно расположенных по городу — покрытие, считайте, всего города.

        • SpiderEkb
          /#23273932 / +1

          У обычной LPD\PMR дальность — 3...5км и то, только точка-точка

          Это более чем условно. В реальности все намного хуже. Или лучше. Зависит от.

          Зашли за бугорок и все. Связи на 433 уже нет и на 500м. Залезли на вершину горы - связь с другой вершиной может быть и на 25км.

          Как любая mesh сеть все это хорошо работает в условиях когда рядом большое количество абонентов. Именно что рядом.

          В городе есть шансы. За городом - нет. Разве что уходить на другие диапазоны - радиолюбительский (2м), СВ (27м). Но там уже другое оборудование, в том числе и другие антенны.

        • balamutang
          /#23274018 / +1

          Не знаю-не знаю насчет 3км, у меня PMR во дворе только работает, ребенок вышел со двора за угол дома - и нет связи. Только прямая видимость и это 0.5 Ватта, в отличии от LPD с 0.01 Ватта.

          А все что мощнее - это уже лицензии нужны, позывные и тд, которые при наличии дискорда не нужны никому в обычной жизни.

          3-5км в городе это пятиваттные баофенги минимум, за которые атата будет без позывного.

          • SpiderEkb
            /#23274652

            Даже 5 вт в городсокй застройке по линии "земля-земля" 3км не даст.

            Там дальность увеличивается пропорционально приросту мощности в 4-й степени (формула Введенского, если правильно помню). Увеличили мощность в 10 раз, дальность увеличилась всего в 1.77 раза. Теоретическая дальность.

            Что касается мощности, то за помойкой 433-446 никто не следит. Да и видел какие-то документы ГКРЧ по которым мощность носимых передатчиков в этих диапазонах допустима до 5Вт без лицензий и позывных. Но тут другое. От обычного аккума 3.7В можно получить ватта 2-2.5 на антенне. Для 4-5Вт уже нужен аккум помощнее - 7.4В. А это уже габариты.

            Позывные и регистрация устройства нужны в радиолюбительском (2м) диапазоне.

  2. NanoVHF
    /#23273626

    Как говориться, смеётся тот, кто смеётся последним.
    У нас в Питере народ оценил тему. Не столько как спасательную, сколько как элемент нового вида связи. Сначала года нас с товарищем было всего двое. Через 3 месяца уже пяток. Сегодня уже полтора десятка и сетка видна практически во всей южной части города. Я думаю, люди начнут появляться, когда будет минимально налажена инфраструктура ретрансляторов. А это, на первых порах, работа энтузиастов.

    • Gengenid
      /#23273656

      И часто у вас в южной части Питера не работает whatsapp или telegram? Или СМС не ходят?

      • NanoVHF
        /#23273698

        Всё работает.
        Тема планируется как альтернатива для энтузиастов.

        • Gengenid
          /#23273706 / +1

          Так и позиционируйте, как развлечение для гиков (в чем нет ничего плохого).

          А то когда начинаются вот эти вот "выживальческие" темы...

          • NanoVHF
            /#23273890 / +2

            Это зависит от того, на каких основаниях тему начать двигать и какой контекст событий будет вокруг.
            50 лет назад Интернет, как сеть тоже начиналась только как связь между ВЦ ракетных войск США, во что оно выродилось сейчас — все видят.
            Я вижу данную тематику именно как «выживальческую», и подвожу основы, соответственно, под неё. Но старт и развитие темы не «выживальческие», потому публикуем статью тут. Двигать развитие сети буду энтузиасты.

            • Radish
              /#23274642

              не выродилось, а развилось

          • engine9
            /#23274086 / +1

            Когда начнутся выживальческие темы на хабре иронизировать уже не будет возможности ;)

    • mickvav
      /#23273660 / +1

      Будет проблема с кризисом общин - как вы собрались лимитировать количество передаваемых данных на абонента и бороться с злонамеренными или неправильно сконфигурированными участниками сети? Ведь написать IP-layer поверх такой сети - дело нехитрое, а как только народ полезет через него ютюбчик смотреть, где у них мобилки не ловят - тут то оно и встанет колом...

      • NanoVHF
        /#23273692

        Шлюзы в интернет построить можно. Но изначально тема планировалась как без интернета. Пропускная способность сети не позволит гнать медиаконтент. Задачи сети несколько иные.

  3. i7071270
    /#23273674

    Пора вернуть радиолюбительство :)
    Хотя хочу добавить: оно живо (в крайнем случае в СПб)

    • NanoVHF
      /#23273744

      Это всё относительно. 10 лет назад народа по диапазонам было больше, а 20 лет назад — ещё больше.
      Для того, чтобы что-то вернуть — для этого должны быть предпосылки. В приложении к РЛ тематике их пока не наблюдается.

  4. LAutour
    /#23273742

    Радиус связи с автомобилем на диапазоне 868МГц составил чуть более 10км.

    С какой скоростью и задержкой?

    • NanoVHF
      /#23273764

      Скорости у LoRa небольшие. Передача сообщения идёт несколько секунд. Основной упор идёт на автономность ноды. Т.е. максимальную дальность при минимальной мощности.

      • LAutour
        /#23274070

        А как насчет официальных ограничений на предельную на частоте мощность и время занятия эфира? LoRa больше все-таки рассчитана на редкую передачу метрологии.

  5. Radish
    /#23273750

    Вся эта выживальческая тема гроша выеденного и яйца ломанного не стоит. В случае БП дольше выживет тот, у кого будут патроны, а не тот, кто знает Морзянку

    • NanoVHF
      /#23273802

      Это в том случае, если вокруг вас будет народ, кого можно будет пугать пукалкой и в том случае, если вы не пострадали. Предлагаю рассмотреть худшие сценарии и к ним подготовиться.

    • power-link
      /#23274240

      Ну почему же? Ещё Ленин говорил про захват телеграфа..

  6. peacemakerv
    /#23273806

    Можно заниматься построением сети в режиме геймификации: как когда-то была "охота на лис", ну или современные игровые квесты, но только на базе этой спец-сети.

    • NanoVHF
      /#23273828

      Идея интересная. Режим снятия покрытия же есть. Если найдутся люди, кто сможет это прописать в софт, то почему бы и нет?

  7. Escalibur
    /#23273824

    Могу только одобрить! Мысль весьма неплохая и, к тому же, вполне понятная и поддержанная дешёвым железом.

    Будем ждать продолжения публикаций.

    Добавлю только следующее, что идеальным было бы сделать какое-то конвергентное решение, к примеру, какой-то либо мессенджер, который работает через что угодно, либо, наоборот, какой-то "туннель", который тоже работает через что угодно и направляет трафик избранных приложений через любой возможный интерфейс в порядке какого-то приоритета, к примеру, WiFi/LTE/GPRS/CSD/LoRa (разумеется, если лора есть в наличии).

    Это бы резко понизило порог вхождения в тему.

    Ещё один вариант - это готовые устройства/киты для сборки, чтобы можно было собрать такую "рацию" самостоятельно. Причём, опять-таки, в базе LoRa, но можно добавить GSM модем, если цивилизация ещё не "умерла".

    Будет, кстати, иметь спрос среди всяческих туристов и прочих посетителей различных диких мест, коих у нас в стране предостаточно.

    • NanoVHF
      /#23273830

      По поводу самоделок, уже написана практически статья. Материала довольно много. Не стал всё в одну кучу писать, т.к. она выйдет за рамки статьи.

      • Escalibur
        /#23273920 / +1

        Будем ждать следующих серий.

  8. NanoVHF
    /#23273826

    Если найдутся люди, кто сможет это прописать в софт, то почему бы и нет?

  9. power-link
    /#23274268

    Отличная идея! А есть инструкция как присоединиться к вашей сети?

    • NanoVHF
      /#23274336

      Отписал в личку.

      • kostasoft
        /#23274542

        Мне тоже стало интересно, можно и мне инструкцию, пожалуйста?

        Я с северо-запада (пр-т Испытателей

  10. happy-cat
    /#23274484

    Занятно вы подвели что радиолюбительство = знанию азбуки Морзе :)
    Голосом SSB в реал тайме можно много всякой информации передать.
    Сейчас в их ассортимете видов и способов передачи данных с десяток, причем как точка (100-300 км в дневное время на 7 Мгц, до пару тысяч км ночью) точка так и точка интернет точка - т.е. покрытие практически весь земной шар. Да и скорости поболее будут...
    Да и в России до сих пор есть радиолюбительская аварийная служба (на добровольных началах)

    • NanoVHF
      /#23274694

      Полностью с вами согласен со всем вышеперечисленным! Добавлю ещё маломощные виды связи PSK и FT-8.
      Остаётся вопрос лицензирования радиолюбителя, квалификационные экзамены, цены на оборудование и т.д… Как направление деятельности и увлечения — несомненно, ДА!
      Как тема для всех, в т.ч. для начинающих — ИМХО, под вопросом. Времена нынче не те что раньше.
      Сейчас надо быстрое готовое решение. Вот оно, описано в статье. Купил (или собрал сам за недорого), поставил на окно модем и ты уже в сети таких же единомышленников.

  11. ScarferNV
    /#23274526

    На мой взгляд крутая вещь. Интересуют технические характеристики такие как дальность связи. И для рыбаков, охотников, туристов как раз, как альтернатива переносным рациям.

    • NanoVHF
      /#23274536

      По поводу работы в лесу — тут есть ограничения по дальности, т.к. 868МГц деревья поглощают. Возможно, на 433МГц будет лучше. Даже, проводились эксперименты в сообществе на эту тему.

  12. Alex_ME
    /#23274568

    Люблю меш-сети, но у меня вопрос: это yet another mesh? Или я не прав, и таких технологий мало? Просто читая новости, создаётся впечатление, что существует больше количество разных несвязанных и несовместимых реализаций меш-сетей, каждая из которых имеет скромное сообщество энтузиастов.

    • NanoVHF
      /#23274616

      Следя одним глазом за темой Mesh-сетей и IoT, я также, видел большое количество локальных реализаций под конкретные типы узко-ограниченных задач. В основном, они касаются передачи телеметрии или довольно сложные для повторения. Например, есть решения радиочата без телефона, но собрать такое устройство самолично — это надо уметь.

      Но, вот, появление сети Meshtastic — обнаружилось как полноценное законченное решение для создания радиочата. Поверх Mesh-технологии передачи данных сделали интересную функциональную надстройку, т.с. для всех. Телефон — это то что есть у всех и это основа. Радиомодем — то что можно легко купить или сделать самому.

      • Alex_ME
        /#23274960

        В Meshtastic LoRaWAN используется или какие-то собственные технологии поверх LoRa? Прошу прощения, если вопрос глупый, я не очень в LoRaWAN разбираюсь и не знаю, там требуется центральный узел или нет.


        В статье (https://habr.com/ru/company/ruvds/blog/556492/) создавался какой-то трекер кота через LoRaWAN и некий The Things Network поверх. Я так и не понял, TTN — это меш или только гейтвей в интернет. Гейтвеем во "внешний мир", как я понял, вы не особо сейчас интересуетесь, но все же.


        Было бы очень интересно увидеть некий "обзор аналогов", который бы дал понять, чем данное решение отличается от других (ну или хотя бы какой-то пинок, в какую сторону копать).


        P.S.
        Ну, а если мечты мечтать на тему различных децентрализованных сетей, то идеальным вариантом видится некий mesh-transport-over-everything:


        • инфраструктура меш сети сетевого (или транспортного) уровня, которая может работать как поверх различных физических протоколов, таких как LoRa и другие, WiFi (wifi меш возможен и может быть полезен), так и поверх сети (оверлейная сеть)
        • и которая позволяет завернуть в себя различный трафик, будь то датчики, чаты, легкий веб и так далее

  13. sicambr
    /#23274630

    Александр, на радиосканере продублируйте.

    • NanoVHF
      /#23274722

      Сделаем, как будет готов полностью весь материал. Сейчас вся тема укладывается в несколько отдельных статей.

  14. FirsofMaxim
    /#23274744

    Подскажите, как это все выглядит с точки зрения необразованного пользователя? Информация каким образом отображается на телефоне?