Projekt - Meshcom - Meshtastic

Inhalt

Meshcom

Was ist MeshCom?

MeshCom ist ein offenes Kommunikationssystem, das auf der Mesh-Technologie und LoRa-Funkmodulen basiert, um eine dezentrale, stromsparende und kostengünstige Off-Grid-Kommunikation zu ermöglichen. Es richtet sich insbesondere an Funkamateure, Citizen Science-Projekte und Anwender, die in Notfallsituationen oder abgelegenen Gebieten unabhängig von bestehender Infrastruktur Nachrichten austauschen möchten.

Kernmerkmale von MeshCom

  • Austausch von Textnachrichten, Positionsdaten, Telemetriedaten, Wetterdaten und Fernsteuerungsbefehlen über große Distanzen mit geringer Sendeleistung.
  • Nutzung von LoRa-Funkmodulen, die sich selbstständig zu einem Mesh-Netzwerk verbinden können. Dadurch wird eine robuste, selbstheilende Netzwerkstruktur geschaffen, die keine zentrale Infrastruktur benötigt und sich flexibel an Ausfälle anpasst.
  • Die MeshCom-Module können sowohl direkt miteinander kommunizieren als auch über Gateways, die beispielsweise via HAMNET oder Internet angebunden sind. So können auch geografisch getrennte Funknetzwerke miteinander verbunden werden.
  • Das Protokoll orientiert sich am AX.25-Standard, der auch beim Amateurfunk-Packet-Radio und APRS verwendet wird. Dies ermöglicht die Integration mit bestehenden Funkdiensten wie APRS, DAPNET oder Telegram-Bots.
  • Die Hardware besteht meist aus günstigen, frei verfügbaren Modulen wie dem ESP32 mit LoRa-Transceiver (z. B. Semtech SX1262 oder TTGO T-Beam).
  • Die Konfiguration und Bedienung erfolgt entweder über eine USB-Schnittstelle oder über Smartphone-Apps für iOS und Android.

Typische Anwendungsfälle:

  • Notfallkommunikation bei Ausfall klassischer Infrastruktur.
  • Outdoor-Aktivitäten, bei denen keine Mobilfunkabdeckung vorhanden ist.
  • Experimentelle Funkanwendungen und Citizen Science-Projekte.
  • Übertragung von Sensordaten, Positionsmeldungen oder Wetterinformationen.

Zusammenfassung

MeshCom ist ein innovatives, offenes Funknetzwerk, das durch die Kombination von LoRa-Technologie und Mesh-Topologie eine flexible, energieeffiziente und unabhängige Kommunikationslösung für Text- und Sensordaten bietet – insbesondere für Funkamateure und Anwendungen abseits klassischer Kommunikationsnetze.

MeshCom ist ein Projekt um Textnachrichten über LORA-Funkmodule auszutauschen. In erster Linie geht es darum ein vernetztes Off-Grid-Messaging mit wenig Energie und kostengünstiger Hardware zu realisieren.

Der technische Ansatz basiert auf der Verwendung von LORA-Funkmodulen welche Nachrichten, Positionen, Messwerte, Fernwirken u.v.m. mit geringer Sendeleistung über große Entfernungen übertragen. MeshCom-Module können zu einem Mesh-Netzwerk zusammen finden, aber auch über MeshCom-Gateways, welche idealerweise via HAMNET verbunden werden, zu einem Nachrichten-Netzwerk verbunden werden. Damit wird ermöglicht dass MeshCom-Funk-Netzwerke, welche einander nicht über Funk verbunden sind, zueinander kommunizieren können.

Quelle: MeshCom 4.0 – Institute of Citizen Science

Für Meshcom können die gleichen Module (z.B. T-Beam) Verwendung finden wie für Meshtastic. Eine erste Sondierung der Nutzung ergab, dass doch recht viele Funkamateure Meshcom nutzen, sogar unmittelbar in meiner Umgebung. Hier kann man die Verteilung und Nutzung auf dem Meshcom-Server gut sehen.

Links

Videoeinführung

Projektbeschreibung

Kernstück des Versuchsaufbaus ist ein Lilygo T-Beam 433 MHz in der Version 1.2., der selbst im Batteriehalter einen 18650 (3500 mAh, Flat Top) Akku beherbergt. Am SMA Antennenausgang findet sich eine bidirektionale PA mit ca. 31,5dBm (1,4w) bei 3,7 Volt und daran eine Bingfu Lora Antenne für 868 MHz mit 2 dBi, RP-SMA Stecker und Wandhalterung für den Outdoor Einsatz, die auch auf 433 MHz ein VSWR von 1,8:1 erreicht und deshalb vorerst Verwendung findet.

Die am Lilygo verbaute GPS Antenne wurde zur Empfangsverbesserung in Räumen durch ein Modell von Cirosomm ersetzt. Über den I²C Bus ist ein BME680 Sensor, ein Hailege 2,42" SSD1309 128x64 OLED Display Modul, ein APKLVSR Real Time Clock RTC Modul sowie ein SEENGREAT MCP23017 I/O Expansion Board mit I²C Interface angeschlossen.

Die Spannungsversorgung erfolgt über ein 5V-24V Solar Power Management Module mit MPPT Regelung, Type-C Power Adapter, 5V/3.1A geregeltem Ausgang an USB C, für Solarladung mit 3 x 18650 (3500 mAh, Flat Top) Zellen im Batteriepack. Gespeist und zusätzlich gepuffert wird der MPPT Laderegler von einer FEELLE Solar Powerbank 25000 mAh, Solar Ladegerät mit Dual 3A USB-Ausgang & 4 faltbaren Solarpanelen.

Quellen

Noch sind nicht sehr viele Stationen hier im und um den nördlichen Schwalm-Eder-Kreis zu sehen, es werden aber bald mehr, die T-Beams sind schon ausgeliefert und das Mesh wächst dann um mindestens 4-5 Stationen im nördlichen Schwalm-Eder-Kreis bzw. im Landkreis Kassel.

Verstärker

Demnächst werden wir kleine und bidirektionale Verstärkermodule mit ~ 2,5 W einsetzen, um die Reichweiten der Nodes deutlich zu verbessern. Mit 100 mW ist das so eine Sache.

Der Verstärker der AB-IOT-Serie XQ-433.

Die Frequenzbänder von „AB-IOT-433“ und „AB-IOT-433-SMA“ sind: 420–480 MHz. Das Produkt arbeitet im bidirektionalen TDD-Betrieb (d. h. Sendeleistung und Empfangsempfindlichkeit werden gleichmäßig verstärkt). Die Betriebsspannung beträgt 3,6–6 V.

Empfangsverstärkung: 11dB ± 2dB
Empfangsrauschzahl: weniger als 2,0 dB
Übertragungsverstärkung: 5dB - 11dB (±2dB) einstellbar
Erkennungsschwelle für Empfangs- und Sendeumschaltung: -2dBm
Eingangsleistungsbereich: 1dBm-25dBm

Maximale Sendeleistung:

31,5 dBm (1,4 W) bei 3,7 V Versorgungsspannung
33,5 dBm(2,3 W) bei 5,0 V Versorgungsspannung
34,5 dBm (2,8 W) bei 6,0 V Versorgungsspannung

GPS Antenne

Die direkt am Gerät befestigte kleine GPS Antenne (Nr. 13) verrichtet unter normalen Umständen klaglos ihren Dienst, sofern man sich im Freien befindet. Inhouse sieht das schon ganz anders aus, da reicht die Empfangsleistung, auch direkt am Fenster, meistens nicht mehr aus.

Nach dem Austausch, der sich als wirklich sehr einfach darstellt (... kleinen Stecker senkrecht abziehen, neuen Stecker senkrecht aufstecken ...), gelang auch ein guter GPS inhouse Empfang in der Nähe des Fensters.

 Zur Anwendung kommt eine Cirocomm GPS-Antenne, die mit 25 x 25 mm zwar deutlich größer als die Originalantenne ist, aber auch eine deutlich bessere Empfangsleistung hat.

Lilygo T-Beam ohne eingelötetes Display

Die verwendeten Boards haben zwar ein Display dabei, das ist aber noch nicht eingelötet und das aus gutem Grund.

Mit eingelötetem Display verbaut man sich den gesamten I²C Bus, den man später vielleicht noch für andere Anwendungen oder Sensoren braucht. Also, besser das Display nicht wie im nachfolgenden Video zu sehen einlöten sondern stattdessen, die mitgelieferten Stiftleisten einlöten, die später sowohl für das Display als auch für weitere Sensoren verwendet werden können.

Eingelötete Stiftleisten für flexiblere Nutzung des I²C Bus. Hier kann auch später das mitgelieferte oder ein größeres Display angeschlossen werden.

Deshalb, Display nicht direkt auf das Board löten!

Größeres Display

Das kleine 0,96" Display ist für die direkte Montage auf dem Board gedacht, wenn dieser z.B. outdoor zum Einsatz kommen soll. Um etwas zu lesen braucht es schon eine Lupe. Ich habe mich für ein 2,4" Display entschieden, welches über den I²C Bus abgesetzt betrieben wird.

Autarke Stromversorgung

Die autarke Stromversorgung soll über ein kleines Solarpanel (20V, 1A) sichergestellt werden. Dazu verwende ich ein Seengreat Solar Power Management Modul (5V-24V Solar Power Management Module with MPPT, Type-C Power Adapter, 5V, 3.1A Regulated Output, USB C).

Am Modul kann ein Akkupack angeschlossen (7) werden, der insgesamt 3 x 18650 Akkus beherbergen kann.

Über den USB Anschluss (4) wird der T-Beam mit Spannung versorgt.

Beschreibung der Anschlüsse

  1. DC-044 Solar Charging Jack: Connects solar panels via power jack.
  2. 3.5mm Solar Charging Terminal: Connects solar panels via terminal.
  3. USB A Output: Provides up to 5V/3.1A power output.
  4. USB C Charging/Discharging Connector: Enables battery charging/discharging via Type-C cable; supports multiple fast-charge protocols.
  5. 3.5mm Terminal Output: Outputs up to 5V/3.1A power.
  6. 3.5mm Battery Input Terminal: Connects to 3.7V rechargeable lithium battery.
  7. PH2.0-4P Battery Input Terminal: Connects to 3.7V rechargeable lithium battery.
  8. Output Activation Button: Activates output after low-voltage lock state.
  9. Battery Charge/Discharge Status and Voltage Pins (header not soldered).
  10. Battery voltage indicator.
  11. LED Indicators: Fast charge (FLED), IP5356M chip status (STATE), Battery reverse polarity (BAT Alarm).
  12. MPPT Voltage Setting Switch: Adjusts MPPT voltage based on solar panel input to optimize charging efficiency.The MPPT setting voltage should be less than or equal to the input voltage
  13. Solar Charging Indicators: Reverse polarity (Solar Alarm), charging (CHRG), and full charge (DONE)

Konfiguration

Die fertige Konfiguration sieht dann so aus.

Signale

Im 433 MHz Band ist richtig was los, auf 433,175 MHz finden wir die Signale von Meshcom, auf 433,775 die Signale von LoRa APRS und um 433,920 sind all die ISM Geräte (Fernbedienungen, Reifendrucksensoren, Funkthermometer, usw) deutlich zu sehen.

Meshcom GRC Gruppen (ohne Gewähr)

Die Meshcom GRC Gruppen orientieren sich an den DMR Talk-Groups (TG). Der besseren Übersicht wegen, habe ich hier nur wenige Verweise auf TG in Hessen veröffentlicht. Die gesamte Liste kann hier bei Brandmeister direkt abgerufen werden.

9 LOC Aussendung nur über HF

10 WW Deutsch
20 DACH Deutschland, Österreich, Schweiz

262 DL Deutschland
263 DL MultiMode

2620 - 2629 Bundesländer Deutschland

2620 Sachsen-Anhalt / Mecklenburg-Vorpommern
2621 Berlin/Brandenburg
2622 Hamburg / Schleswig-Holstein
2623 Niedersachsen / Bremen
2624 Nordrhein-Westfalen
2625 Rheinland-Pfalz / Saarland
2626 Hessen
2627 Baden-Württemberg
2628 Bayern
2629 Sachsen / Thüringen

26200-26299 regionale Gruppen

26260 Mittelhessen
26261 Nordhessen
26262 Rhein-Main-Neckar
26263 Bergstrasse
26264 Odenwald
26265 Taunus
26266 TAC 4
26267 TETRA Nordhessen
26268
26269 Multimode Hessen

Meshtastic

Überall wird darüber gesprochen und berichtet, Meshtastic.

Was ist das überhaupt und was kann man damit machen. Zunächst ein paar wirklich gute Videos zum Thema von Arthur Konze (www.funkwelle.com)

Grundlagen

Software und Tools

Firmware flashen

Meshtastic Kanäle

Hardware

ACHTUNG!

  • Modul ausschließlich mit installierter Antenne einschalten!

  • Antenne im eingeschalteten Zustand nicht wechseln, dazu das Modul immer erst ausschalten!

  • Unbedingt auf die richtige Polarität beim Einsetzen des Akkus (18650) achten!

Unterschiede zwischen V 1.1 und V 1.2

Evaluation Board

Ich setze den Lilygo T-Beam V1.2 ein, der wie folgt ausgestattet ist. Wer in Deutschland kaufen möchte, ist bei Elektor gut bedient. Preis dort ist ok!

Legende

1 = ESP32 Chip
2 = AXP192 (Single Cell Li-Battery and Power System Management IC)
3 = LORA Chip (TRX)
4 = NEO-6M-GPS
5 = WiFi Antenne
6 = SMA Antennenanschluss (SMA female)
7 = Backup Batterie
8 = linker Taster
9 = mittlerer Taster
10 = rechter Taster
11 = USB Anschluss (USB 2 Micro B)
12 = Anschluss GPS Antenne
13 = GPS Antenne
14 = Akkuhalter (für Typ 18650)
15 = aufgelötetes Display

SMA Anschluss

USB Standards

Funktionalität der Taster

Power-Taste (linker Taster)

  • Langes Drücken (> 5 Sekunden) : Schaltet das Gerät aus, kurzes Drücken (< 1 Sekunde) schaltet das Gerät ein..

Reset-Taste (rechter Taster)

  • Einmaliges Drücken : Gerät resetten

Benutzer-/Programm-Button (mittlerer Taster):

  • Langes Drücken : Signalisiert dem Gerät, dass es nach 5 Sekunden herunterfahren soll
  • Einmaliges Drücken : Ändert die Informationsseite, die auf dem Bildschirm des Geräts angezeigt wird
  • Doppeltes Drücken : Sendet einen Adhoc-Ping der Position des Geräts an das Netzwerk
  • Dreifaches Drücken : Deaktiviert das GPS des Geräts. Vorgang wiederholen, um GPS wieder zu aktivieren

Das LILYGO T-Beam V1.2 ESP32 LoRa-Entwicklungsboard hat ein vorinstalliertem Meshtastic und ein bereits aufgelötetes 0,96"-Display. Das Board verfügt über einen eingebauten Semtech SX1262 LoRa-Transceiver und ist mit einem NEO-6M GPS-Empfänger ausgestattet.

GPS Chip

  • NEO-6M GPS-Modul : Unterstützt das GPS-Protokoll

RTC

  • Onboard-RTC-Modul : Unterstützt Interrupt/Wakeup

LoRa Chip

  • Low-Power-LoRa-Transceiver mit großer Reichweite
  • Hohe Empfindlichkeit : -i48 dBm
  • Transceive-Rate : 300 kbps
  • Version : SX1276 (868 MHz) oder SX1278 (433 MHz)
  • Firmware : Meshtastic

Display

  • OLED: 0,96"
  • Treiber : SSD1306

Einsatzszenario

Bei mir kommt ein LilyGo T-Beam V 1.2 mit installierter Meshtastic-Firmware (2.6.4) auf 433 MHz und 868 MHz zum Einsatz. Das Board hat einen ESP32 Chip, der mit unterschiedlichen LoRa-Transceivern ausgestattet sein kann. Angeboten werden Boards mit Semtech SX1278 (433 MHz, Amateurfunkband) und SX1276 (868 MHz).

Der Bereich von 433,05 bis 434,79 MHz wird als ISM-Band (sekundäre Nutzung), z. B. für Funkthermometer, Funkschalter (Autoschlüssel mit Keyless Go, Funksteckdosen, LPD u. Ä.), verwendet. Diese SRD haben eine maximale Leistung von 10 mW und 69 Kanälen und sind gebührenfrei. Dieser Frequenzbereich wird auch vom Amateurfunkdienst genutzt.

Rechtliche Regelungen für das ISM Band

ISM-Anwendungen mit den Nutzfrequenzen nach FreqBZPV, Teil B: NB D138, dürfen keine Störungen bei Frequenznutzungen verursachen, die in Übereinstimmung mit dem Frequenznutzungsplan auf diesen Frequenzen wahrgenommen werden und müssen Einschränkungen durch diese hinnehmen. (Quelle: BNetzA ISM ).

Geräte mit geringer Reichweite dürfen keine schädlichen Störungen bei einem Funkdienst verursachen und haben keinen Anspruch auf Schutz gegen funktechnische Störungen dieser Geräte durch Funkdienste („nichtstörend und ungeschützt“). (Quelle: BNetzA 2018_05_SRD_pdf.pdf )

Versionen


Stromversorgung

Außerdem hat das Board einen Halter für einen LiPo-Akku (18650 Flat Top) und einer LiPo-Ladeschaltung auf Basis eines AXP192 Chips sowie ein GPS-Modul. Der Batteriehalter ist für einen kurzen LiPo-Akku 18650 vorgesehen und sollte auch nur mit diesem Typ bestückt werden. Der Akku sitzt nach dem Einsetzen bombenfest und lässt sich nur sehr schwer wieder entfernen.

Nicht nur deshalb unbedingt auf die richtige Polarität achten!



Die Ladeschaltung mit AXP192 Chip bietet bereits Schutzmechanismen, wie;

  • Überspannungsschutz (OVP),
  • Unterspannungsschutz (UVP),
  • Überstromschutz (OCP) und
  • Übertemperaturschutz (OTP).

LED

Auf dem Board befinden sich drei LED, zwei davon in der Nähe des Displays (rot = IO4, blau = CHG), und blinken im Sekundenrythmus (Heartbeat, 1 Sek. an, 1 Sek. aus). In diesem Mode wird das Board mit Spannung von außen (USB) versorgt. Blitzen die beiden LED im Sekundenrythmus nur noch kurz auf, erfolgt die Spannungsversorgung durch den Akku.

Die dritte Led (rot) in der Nähe des GPS Chips, zeigt GPS Aktivität an.

I²C Bus

Der I²C-Bus wird über Headerleisten herausgeführt. Ist das OLED-Display bereits eingelötet, dann sind die Anschlüsse leider nicht mehr direkt zugänglich. Grundsätzlich steht der I²C-Bus für Erweiterungen aber zur Verfügung.

Einrichtung und Konfiguration

Frequenzinformationen für Europa

Default Primary Frequency Slots by Region

  • EU_433 = 4
  • EU_868 = 1
Region Code Description Frequency Range (MHz) Duty Cycle (%)  Power Limit (dBm)
EU_433 European Union 433MHz 433.0 - 434.0 10 12 bzw. 22
EU_868 European Union 868MHz 869.4 - 869.65 10 27

MQTT Server Parameter

Address mqtt.meshtastic.org
Port 1883
Username meshdev
Password large4cats
TLS enabled Nein
Precise location Nein

Erfahrungen im Einsatz

Hier in Nordhessen, auf dem flachen Land, ist von Meshtastic nicht viel zu sehen oder zu hören. Die 868 MHz Frequenzen sind wenig benutzt (wenige Nodes in Baunatal und Kassel), die 433 MHz Frequenz (interessant für Funkamateure) ist so gut wie tot. Der Aufbau eines Meshnetzwerks wäre sehr aufwendig und teuer, da keine anderen Teilnehmer vorhanden sind.

Meshtastic (868 und 433 MHz) wird eingestellt.