Erstellen Sie mit Meshtastic schnell weitreichende IoT-Anwendungen

Oh ich, oh Mesh! Viele Journalisten in dieser Branche haben mindestens eine Lieblingstechnologie, die sich nie so durchgesetzt hat, wie sie es sich vorgestellt hatten. Hyperschallflugzeuge, Unterwasser-Wärmekraftwerke, Akkord-Keyboards: Sie alle haben ihre Anhänger, die die Gelegenheit gerne nutzen, um ihre Begeisterung zu verbergen. Für mich ist es das Mesh-Radio Systeme, die mich damals zum ersten Mal faszinierten Reise durch die Innenstadt von Las Vegas im Jahr 2004. In der Zeit vor dem Smartphone, praktisch vor 3G, testete ich ein Mesh-Netzwerk, das von einem lokalen Startup bereitgestellt wurde, und lud Dateien in einem fahrenden Auto mit einer damals unglaublichen Geschwindigkeit von 1,5 Megabit pro Sekunde herunter. Mesh und seine dezentrale Ad-hoc-Digitalarchitektur waren eindeutig die Zukunft der drahtlosen Kommunikation!

Leider haben Mesh-Netzwerke in den zwei Jahrzehnten seitdem herkömmliche Funksysteme nur langsam ersetzt. Es zeigte sich in kleinem Maßstab in Dingen wieZigbee Drahtloses Protokoll für das Internet der Dinge, und in den letzten Jahren ist es üblich geworden, Wi-Fi-Netzwerke durch Mesh-Produkte wie das zu erweitern Eero. Aber es ist immer noch eine Technologie, die meiner Meinung nach ihr Potenzial noch nicht ausgeschöpft hat. Daher freute ich mich über das Aufkommen von Open Source Meshtastic-Protokollund die Verbreitung schöpferfreundlicher Hardware. Ich musste es selbst versuchen.

Meshtastic ist darauf aufgebaut LoRa wird immer beliebter (Long Range), das auf Spread-Spectrum-Methoden basiert, um Signale mit geringer Leistung und geringer Bandbreite über Entfernungen von bis zu etwa 16 Kilometern (unter perfekten Bedingungen) unter Verwendung nicht lizenzierter Funkbänder zu senden. Die genauen Frequenzen variieren je nach Region, liegen jedoch im Bereich von 863 bis 928 Megahertz. Sie werden ein Meshtastic-Netzwerk nicht für Downloads mit 1,5 Mbit/s oder gar für Sprachkommunikation verwenden. Sie können es aber zum Austausch von Textnachrichten, Standortdaten usw. verwenden. in Ermangelung einer anderen Kommunikationsinfrastruktur.

Der autonome Kommunikator [bottom of illustration] Sie können es zusammengebaut bestellen oder Ihre eigenen aus Open-Source-Designdateien erstellen. Das RAKwireless Meshtastic-Entwicklungsboard basiert auf steckbaren Modulen, darunter das Trägerboard, ein Umgebungssensor, ein I/O-Erweiterungsboard, ein Funkmodul, ein OLED-Display sowie LoRa- und Bluetooth-Module.James Provost

Um Textnachrichten zu testen, habe ich drei gekauft Tragbare HelTXT-Kommunikationsgeräte für jeweils 85 US-Dollar bei Tindie. Es handelt sich im Wesentlichen um eine Batterie, eine Tastatur, ein kleines Display, einen ESP32-basierten Mikrocontroller und ein LoRa-Radio in einem 3D-gedruckten Paket. Mein ursprünglicher Plan bestand darin, einige meiner Kameraden zu zwingen IEEESpektrum Die Redakteure reisten quer durch Manhattan, um einen Eindruck von der Vielfalt der Handhelds in einer dichten städtischen Umgebung zu bekommen. Durch das Ein- und Ausschalten eines Zwischengeräts würden wir die Weiterleitung von Signalen zwischen Handheld-Computern demonstrieren, die sonst außerhalb der Reichweite voneinander wären.

Dieser Plan wurde innerhalb weniger Minuten nach dem Einschalten der Handhelds hinfällig. Eine Test-„Hallo“-Übertragung wurde mit einem unerwarteten „Hey“ begrüßt. Die Standardeinstellung für Handhelds ist der Betrieb auf einem öffentlichen Kanal, und meine Testnachricht wurde von jemandem mit einem Meshtastic-Setup etwa 2,5 Meilen entfernt auf der anderen Seite des East River empfangen. Dann bemerkte ich, dass mein Handheld eine Reihe anderer Meshtastic-Knoten erkannt hatte, darunter einen 3 Meilen entfernt an der Südspitze von Manhattan. Offensichtlich wäre die Reichweite kein Problem, selbst wenn ein Wald aus Wolkenkratzern den Horizont versperrt. Angesichts der offensichtlichen Beliebtheit von Meshtastic war es tatsächlich unmöglich, die Kommunikatoren isoliert zu testen! (Zwei Spektrum (Die Herausgeber leben in Minnesota, daher hoffe ich, sie davon zu überzeugen, Reichweitentests mit weniger Meshtastic-Benutzern pro Quadratmeile auszuprobieren.)

Ich wandte mich meiner nächsten Testidee zu: Daten und Befehle in Echtzeit über das Netzwerk auszutauschen. Ich habe eines für 25 $ gekauft WisBlock Meshtastic Starter Kit von RAKwireless, das einen LoRA-Funk/Mikrocontroller und eine Erweiterungskarte kombiniert. Dieses Board bietet Platz für eine Auswahl an raffiniert gestalteten Karten und preiswerte steckbare Hardwaremodule, einschließlich Sensoren und Displays. Das Radio ist mit LoRa- und Bluetooth-Antennen ausgestattet und es gibt eine schöne App fürs Smartphone das die Bluetooth-Verbindung nutzt, um Textnachrichten über das Radio weiterzuleiten und viele Einstellungen zu konfigurieren. Sie können die Radios auch über ein USB-Kabel konfigurieren und a Python-CLI-Programm.

Zusätzlich zu Grundlagen wie der Einrichtung verschlüsselter privater Kanäle können Sie eine Reihe von Softwaremodulen in der Firmware aktivieren. Diese Module sind für die Erfüllung allgemeiner Aufgaben konzipiert, beispielsweise für das regelmäßige Lesen und Übertragen von Daten aus einem angeschlossenen Umgebungssensor-Plug-in. Das wahrscheinlich nützlichste Softwaremodul ist das serielle Modul, das es der Meshtastic-Hardware ermöglicht, als Gateway zwischen dem Funknetzwerk und einem zweiten Mikrocontroller zu fungieren, der Ihre eigene benutzerdefinierte IoT-Anwendung ausführt und über eine Zwei- oder Dreidrahtverbindung kommuniziert.

Das Meshtastic-Protokoll hat eine bedeutende Weiterentwicklung erfahren. Im ursprünglichen System sendete jeder Knoten, der eine Übertragung hörte, diese erneut, was zu einer lokalen Überlastung führte. [top row]. Aber jetzt wird die Signalstärke als Indikator für die Entfernung verwendet, wobei die am weitesten entfernten Knoten zuerst senden. Knoten, die eine Übertragung zweimal hören, senden sie nicht erneut, wodurch die Überlastung verringert wird [bottom row].James Provost

Für meine Demo habe ich einen Knopf und eine LED an a angeschlossen Adafruit Grand Central Board mit CircuitPython. (Ich habe mich für diese Karte entschieden, weil ihre 3,3-Volt-Pegel mit RAKwireless-Hardware kompatibel sind.) Ich habe den Grand Central so programmiert, dass er a sendet ASCII– codierte Nachricht an das RAKwireless-Radio über eine serielle Verbindung, wenn ich die Taste drücke, und zum Aufleuchten der LED, wenn eine ASCII-Zeichenfolge mit dem Wort „btn“ empfangen wird.

Auf der Funkseite habe ich einen steckbaren I/O-Extender verwendet, um die seriellen Sende- und Empfangskabel anzuschließen. Der knifflige Teil bestand darin, die auf dem Adapter angezeigten Pin-Namen den entsprechenden Pins auf dem Mikrocontroller zuzuordnen. Sie müssen die Pins des Mikrocontrollers kennen, wenn Sie die Empfangs- und Sendepins mit dem seriellen Modul konfigurieren, da dieses nicht weiß, wie der Adapter konfiguriert ist. Aber nach ein paar Seiten der Dokumentation habe ich es endlich geschafft Ich habe die Karte gefunden.

Ich drückte die mit meinem Grand Central-Mikrocontroller verbundene Taste und auf meinen Handheld-Kommunikatoren erschien sofort „Taste gedrückt“. Dann habe ich „btn“ gesendet und die LED leuchtete auf. Erfolg! Sobald dieser Machbarkeitsnachweis erbracht ist, ist auch so ziemlich alles andere erreichbar.

Werden Entwickler, die Apps auf Meshtastic erstellen, zu der Mesh-Renaissance führen, auf die ich gewartet habe? Mit mehr Helfern an Deck hoffe ich, dass sich überraschende Einsatzmöglichkeiten ergeben, die die Argumentation von Mesh besser machen als jedes mit Stars gespickte Argument meinerseits.