Meshtastic – оперативно-тактический радиочат без сотовой связи и интернета. Часть 1. Знакомство / Хабр

Авторский текст написан без преминения ИИ (Al-free)

ВВЕДЕНИЕ

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 скорость, 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.

Т.е. на ваш смартфон Android или iOS, устанавливается приложение Meshtastic. Это программа-чат наподобие Telegramm или Whatsaap. По Btuetooth телефон соединяется с радиомодемом. Через радиомодем осуществляется связь с другими абонентами, у которых стоит точно такая же программа и такой же модем. На экране смартфона вы можете видеть список абонентов и карту их расположения. На настоящем этапе чат групповой, т.е. сообщения видят сразу все абоненты сети.

Рис. 2 Meshtastic на экране смартфона. Тёмная и светлые темы

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
Передача лёгкой телеметрии, например, с местной метеостанции
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 ПРИНЦЫПЫ РАБОТЫ MESHTASTIC-СЕТИ

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.

Основной особенностью работы Meshtastic-радиосети является максимально возможная дальность связи, при минимально возможной мощности радиомодемов. С одной стороны, это позволяет существенно повысить автономность радиомодемов. Типовое время работы радиомодема от Li-Ion аккумулятора 16850 - от 3 до 7 дней. С другой стороны, применение маломощных LoRa-модемов накладывает ограничение по скорости и времени передаваемых пакетов. Типовое время передачи одного сообщения в зависимости от настроек канала составляет от 0,5 до 20 секунд. Соответственно, скорость передачи получается довольно низкой - примерно от 100 Бит/с на самом дальнобойном режиме (далеко, но медленно) до 20 кБит/с в разогнанном режиме (быстро, но не далеко). Соответственно, при таких скоростях ни о какой передаче медиаконтента речи быть не может. Задача сети проста - передать максимально далеко короткое SMS-сообщение и координаты абонента.

Существует 2 глобальных сценария связи:

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. Ваши друзья могут жить в соседнем доме или, даже, на другой улице - и вы всегда будете с ними на связи. Средний радиус подобной ячейки вокруг одного абонента около 1…3км и зависит от плотности застройки. Группа может выглядеть как вытянутая цепочка, если, к примеру, ваши друзья живут вдоль одной длинной улицы и даже, если, крайние абоненты находятся не в пределах прямой радиовидимости. А может выглядеть как звезда, если абоненты живут скученно в пределах района.
Рис. 3 Связь между радиомодемами внутри локальной группы
Связь локальных групп или отдельных удалённых абонентов возможна 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. Для ретранслятора не нужно иметь отдельного устройства. Ретранслятором может выступать радиомодем, предварительно настроенный под эту функцию или любой отдельный абонент сети, живущий в выгодной геопозиции. Например, вы или ваш друг живёте на самом высоком этаже на высоком месте города или микрорайона, откуда хорошо видны близлежащие окрестности.
Рис. 4 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.5 Результаты замеров покрытия радиосети Юго-Западного района Санкт-Петербурга

Ограничение подобных построений – это количество ретрансляций «прыжков», т.н. "хопов" и количество абонентов. В Meshtastic-сети количество "хопов" задаётся в прошивке и по умолчанию составляет 3 прыжка. Это количество можно поменять при самостоятельной сборке прошивки. Каждый прыжок добавляет в заголовке сообщения +1 и видится всеми участниками ретрансляции. Сделано это для исключения лавинообразного увеличения количества трафика в сети. Ограничение по количеству абонентов пока не актуально ввиду малого количества рабочих групп и живых абонентов сети.

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! >>>>>>>>>> Часть 2. Радиомодемы фирменные.

Адреса локальных Meshtaastic-сообществ:

• Неофициальный сайт проекта

• Русскоязычный сайт

• Общероссийская телеграмм-группа

Локальные Meshtastic телеграмм-чаты, проверьте - есть ли тут ваш город.

Барнаул https://t.me/meshtastic_barnaul

Белая Калитва https://t.me/meshkalitva

Белгород https://t.me/meshtastic_belgorod

Бердск https://t.me/Meshtastic_Berdsk

Брянск https://t.me/meshtastic_Bryansk