Meshtastic で長距離 IoT アプリケーションを迅速に構築

ああ、メッシュ！この業界のジャーナリストの多くは、期待通りに普及しなかったお気に入りの技術を少なくとも1つは持っている。極超音速旅客機、深海熱エネルギー発電所、コードキーボードなど、どれも熱狂的な支持者がいて、その熱狂を報道するチャンスに飛びつく。私にとってそれは メッシュラジオ 私が最初に魅了されたのは、 2004年にラスベガスのダウンタウンを走り回っていたときスマートフォンが登場する前、実質的に 3G が登場する前の時代、私は地元のスタートアップが展開したメッシュ ネットワークをテストし、走行中の車内で当時としては驚異的な 1.5 メガビット/秒の速度でファイルをダウンロードしていました。明らかに、メッシュとそのアドホック分散型デジタル アーキテクチャは無線通信の未来でした。

残念ながら、それから20年経っても、メッシュネットワークは従来の無線システムに取って代わるには時間がかかっています。ジグビー モノのインターネットのための無線プロトコルであり、近年ではメッシュベースの製品を使用してWi-Fiネットワークを拡張することが一般的になっています。 エーロしかし、この技術はまだその潜在能力を発揮していないと私は考えています。だから、オープンソースの出現を嬉しく思っています。 メッシュタスティックプロトコル、そしてそれを取り巻くメーカーフレンドリーなハードウェアの急増。自分で試してみる必要がありました。

Meshtasticは、 ますます人気のLoRa (長距離) 技術は、スペクトル拡散方式を利用して、無認可の無線帯域を使用して、低電力、低帯域幅の信号を最大約 16 キロメートル (完全な条件の場合) の距離まで送信します。正確な周波数は地域によって異なりますが、863 から 928 メガヘルツの範囲です。Meshtastic ネットワークを 1.5 Mbps のダウンロードや音声通信に使用することはありません。ただし、他の通信インフラストラクチャがない場合でも、テキスト メッセージ、位置データなどを交換するために使用できます。

スタンドアロンコミュニケーター [bottom of illustration] 組み立て済みのものを注文することも、オープンソースの設計ファイルから独自に構築することもできます。RAKwireless Meshtastic 開発ボードは、キャリア ボード、環境センサー、I/O 拡張ボード、無線モジュール、OLED 画面、LoRa および Bluetooth モジュールなどのプラグイン モジュールに基づいています。ジェームズ・プロヴォスト

テキストメッセージングをテストするために、3つ購入しました HelTXT ハンドヘルド通信機 Tindieでそれぞれ85ドルで販売されています。これらは基本的に、バッテリー、キーボード、小さな画面、ESP32ベースのマイクロコントローラ、および3Dプリントされた筐体に収められたLoRa無線機です。当初の計画では、 IEEEスペクトラム 編集者はマンハッタンのあちこちに散らばって、密集した都市環境でのハンドヘルドの通信範囲を把握しました。中間デバイスのオン/オフを切り替えることで、通常は通信範囲外にあるハンドヘルド間で信号が中継される様子を実演しました。

この計画は、ハンドヘルドの電源を入れて数分もしないうちに意味をなさなくなった。テストの「hello」送信に、予期せぬ「hey」が返ってきたのだ。ハンドヘルドのデフォルト設定はパブリック チャネルで動作するように設定されており、私のテスト メッセージはイースト川の向こう約 4 km 離れた Meshtastic セットアップを持つ誰かに受信された。その後、ハンドヘルドが他の Meshtastic ノードを多数検出していることに気付いた。その中には、マンハッタンの南端 5 km 離れた場所にあるものも含まれていた。明らかに、地平線を遮る高層ビルの森があっても、範囲は問題にならないだろう。実際、Meshtastic の明らかな人気を考えると、通信機を単独でテストすることは不可能だろう! (2 スペクトラム 編集者はミネソタ州に住んでいるので、1平方キロメートルあたりの Meshtastic ユーザー数が少ない状態で範囲テストを試すよう説得したいと思っています。

私は次のテストのアイデアに目を向けた。ネットワーク経由でリアルタイムのデータとコマンドを交換することだ。私は25ドルの WisBlock メッシュタスティック スターターキット RAKwirelessのLoRA無線/マイクロコントローラと拡張ボードを組み合わせた製品です。このボードは巧みに設計されたさまざまな機能を搭載できます。 安価なプラグインハードウェアモジュールセンサーやディスプレイなど、さまざまな機能が搭載されています。この無線機にはLoRaとBluetoothのアンテナが搭載されており、 素晴らしいスマートフォンアプリ Bluetooth接続を使用してテキストメッセージを無線で中継し、多くの設定を構成する。また、USBケーブルと Python コマンドラインインターフェースプログラム。

プライベート暗号化チャネルの確立などの基本的な機能に加えて、ファームウェアでいくつかのソフトウェア モジュールを有効にできます。これらのモジュールは、接続された環境センサー プラグインから定期的にデータを読み取り、送信するなどの一般的なタスクを実行するように設計されています。おそらく最も便利なソフトウェア モジュールはシリアル モジュールです。これにより、Meshtastic ハードウェアは、無線ネットワークと、2 線または 3 線接続を介して通信する独自のカスタム IoT アプリケーションを実行する 2 番目のマイクロコントローラー間のゲートウェイとして機能します。

Meshtasticプロトコルは大きな進化を遂げました。初期のシステムでは、ブロードキャストを聞いたノードはそれを再ブロードキャストし、ローカルな輻輳を引き起こしました。 [top row]しかし、現在では信号強度が距離の代理として使用され、より遠いノードが最初にブロードキャストします。ブロードキャストを2回聞いたノードは再ブロードキャストしないため、混雑が軽減されます。 [bottom row]。ジェームズ・プロヴォスト

私のデモでは、ボタンとLEDを アダフルーツ グランドセントラル CircuitPythonを実行するボードです。（このボードを選んだのは、3.3ボルトレベルがRAKwirelessハードウェアと互換性があるからです。）Grand Centralに アスキーボタンを押すと、シリアル接続を介して RAKwireless 無線にエンコードされたメッセージを送信し、「btn」という単語を含む ASCII 文字列を受信すると LED を点灯させます。

無線側では、プラグインI/Oエクスパンダを使用してシリアル送信および受信線を接続しました。難しいのは、アダプタにラベル付けされたピン名を対応するマイクロコントローラのピンにマッピングすることでした。シリアルモジュールで受信ピンと送信ピンを設定するときは、アダプタの設定方法がわからないため、マイクロコントローラのピンを知っておく必要があります。しかし、ドキュメントを何ページか読んで、最終的に マッピングを発見。

Grand Central マイクロコントローラーに接続されたボタンを押すと、ハンドヘルド コミュニケーターに「button down」が即座に表示されました。次に「btn」を送信すると、LED が点灯しました。成功です! この概念実証が完了したので、他のほとんどすべてのことも実行可能です。

Meshtastic をベースにアプリケーションを構築するメーカーは、私が待ち望んでいたメッシュの復活をもたらすのでしょうか? より多くの人材が参加することで、私の空想的な議論よりもメッシュのメリットを裏付ける、意外な用途が生まれることを期待しています。