Что такое MeshCore

MeshCore - открытая система автономной связи, использующая LoRa и многоузловую передачу пакетов. Устройства могут обмениваться короткими сообщениями без мобильной сети, Wi-Fi и доступа в интернет.

По назначению MeshCore часто сравнивают с Meshtastic, но архитектура у систем отличается. В MeshCore пользовательский Companion Node не обязан ретранслировать весь проходящий трафик. Для расширения сети могут использоваться отдельные Repeater-узлы, а для дополнительных сетевых функций предусмотрен Room Server.

Такое разделение ролей особенно интересно для крупных сетей, где бесконтрольная ретрансляция каждым устройством способна увеличивать эфирную нагрузку.

Главное изменение 1.17.0: борьба с коллизиями

Разработчики отдельно выделили изменения механизма listen-before-talk, то есть проверки радиоканала перед началом передачи.

Для LoRa mesh-сети это важная задача. Узлы используют общий радиоканал, поэтому несколько устройств могут попытаться начать передачу практически одновременно. Чем больше активных узлов и сообщений, тем выше вероятность конфликтов.

В MeshCore 1.17.0 изменена логика определения того, занят ли эфир. В частности, была доработана обработка IRQ-событий радиомодулей и обнаружение преамбулы входящего LoRa-пакета.

Что изменилось в обнаружении преамбулы LoRa

Преамбула передаётся в начале LoRa-пакета и помогает приёмнику обнаружить начинающуюся передачу и синхронизироваться с ней.

В MeshCore 1.17.0 разработчики добавили корректную обработку события PREAMBLE_DETECTED для нескольких семейств радиочипов, включая SX1262, SX1268, LR1110, LLCC68 и STM32WLx.

Кроме того, переработана логика тайм-аутов при обнаружении преамбулы и заголовка пакета.

Разработчики MeshCore называют эту часть обновления потенциально одним из наиболее заметных улучшений производительности для mesh-сетей. Однако воспринимать это как обещание одинакового увеличения скорости или дальности на любом устройстве не стоит. Реальный эффект зависит от количества узлов, активности сети, радиопараметров, помех и качества связи.

Почему MeshCore не включил hardware CAD по умолчанию

LoRa-чипы могут использовать механизм Channel Activity Detection, или CAD, для определения активности в канале.

Разработчики MeshCore сообщили, что новая программная схема listen-before-talk в их тестах показывает результат, сопоставимый с аппаратным CAD. При этом у hardware CAD сохранялась проблема, способная приводить примерно к четырёхсекундным зависаниям.

Поэтому аппаратный CAD в MeshCore 1.17.0 оставлен выключенным по умолчанию.

Для большинства пользователей это означает простую вещь: после обновления специально включать CAD только потому, что такая настройка существует, не требуется.

Конфигурация теперь хранится в JSON

Ещё одно важное изменение касается хранения настроек.

Начиная с MeshCore 1.17.0 конфигурация прошивки переводится на формат JSON вместо прежнего бинарного блока.

При обновлении существующего узла настройки должны автоматически мигрировать в новый формат.

Поддержка аппаратной криптографии на nRF52

Для устройств на nRF52 в версии 1.17.0 задействованы аппаратные криптографические функции CC310.

Это позволяет часть криптографических операций выполнять специализированным аппаратным блоком микроконтроллера вместо программного вычисления на основном ядре.

Изменение особенно интересно для компактных автономных устройств на nRF52, где имеют значение энергопотребление и нагрузка на микроконтроллер.

Улучшено энергопотребление

Разработчики также внесли изменения, уменьшающие потребление энергии в режимах гибернации и полного выключения.

Для карманного Companion Node это означает потенциально более рациональное использование аккумулятора. Ещё важнее энергопотребление для стационарных автономных ретрансляторов с аккумулятором и солнечной панелью.

Но по одному номеру прошивки нельзя заранее определить время автономной работы. Оно сильно зависит от конкретной платы, радиомодуля, дисплея, GPS, аккумулятора, температуры, частоты сообщений и режима работы.

Добавлена поддержка радиочипа LR2021

MeshCore 1.17.0 получил поддержку LR2021. Вместе с ней добавлена поддержка Meshnology W12.

Это интересно ещё и как показатель развития самой платформы: проект постепенно выходит за рамки небольшого набора популярных LoRa-плат и расширяет аппаратную экосистему.

Какие новые устройства появились в MeshCore 1.17.0

В официальном changelog заявлена поддержка сразу нескольких новых устройств и аппаратных вариантов:

• SenseCAP MeshTracker X1;
• SenseCAP X1, включая работу с QSPI Flash, LED и виброоткликом;
• ThinkNode M7;
• ThinkNode M9;
• Heltec RC32;
• Heltec V4 R8;
• Heltec Tower V2;
• Nibble Zero Connect;
• RAK Ethernet modules;
• Meshnology W12 с радиочипом LR2021.

Для владельца уже работающего узла это не главный повод обновляться. Но расширение списка поддерживаемого оборудования постепенно делает MeshCore более доступной альтернативой другим LoRa mesh-проектам.

Исправления Bluetooth на ESP32

В версии 1.17.0 есть несколько исправлений, относящихся к BLE на ESP32.

Разработчики исправили повторное подключение ранее сопряжённых устройств и синхронизацию очереди принимаемых Bluetooth-данных.

Это важно для Companion Node, поскольку смартфон обычно взаимодействует с LoRa-устройством именно через Bluetooth. Проблемы BLE могут выглядеть для пользователя как неисправность самой mesh-сети, хотя радиоканал LoRa в этот момент работает нормально.

Исправления GPS

В changelog также присутствует несколько исправлений GPS:

• повторная инициализация GPS на ThinkNode M6;
• исправление зависания синхронизации времени GPS на узлах с большим uptime;
• исправление синхронизации времени GPS на Heltec T114;
• исправления GPS LED на ThinkNode M3.

Исправление проблемы большого uptime особенно актуально для стационарных ретрансляторов, которые должны работать неделями и месяцами без ручной перезагрузки.

Что нового для Room Server

Room Server получил команду room.post, позволяющую серверу самостоятельно создавать сообщения.

Также появилась поддержка повышенного коэффициента усиления приёмного тракта там, где это предусмотрено аппаратной частью устройства.

Room Server относится уже к более развитым сценариям MeshCore. Для обычной связи двух или нескольких пользователей он не является обязательным компонентом.

Что изменилось для Repeater

Для ретрансляторов добавлено выключение длительным нажатием кнопки и ряд общих изменений радиотракта, питания и конфигурации.

Это направление особенно важно для MeshCore, потому что архитектура сети позволяет вынести ретрансляцию на отдельные стационарные узлы, расположенные в подходящих точках.

Правильное расположение такого ретранслятора часто важнее простого увеличения количества узлов. Высота антенны, рельеф, здания и радиовидимость способны влиять на результат сильнее, чем замена одной прошивки на другую.

Появился параметр управления CAD

В командный интерфейс добавлена настройка set cad on/off.

Она позволяет управлять механизмом CAD вручную, но разработчики оставляют hardware CAD отключённым по умолчанию.

Без конкретной причины менять это значение только ради эксперимента не стоит. Для диагностики mesh-сети сначала правильнее проверить антенну, радиообстановку, уровень сигналов, количество активных узлов, маршруты и версии прошивок.

Нужно ли обновлять MeshCore до 1.17.0

Для экспериментальной или домашней сети обновление выглядит интересным. Версия содержит не только поддержку новых плат, но и изменения базовой логики работы радиоканала.

Особенно имеет смысл обратить внимание на 1.17.0, если:

• в сети много узлов и периодически теряются сообщения;
• используется стационарный Repeater;
• есть проблемы повторного подключения ESP32 по Bluetooth;
• узел долго работает без перезагрузки и использует GPS;
• используется оборудование, поддержку которого добавили только сейчас;
• важно энергопотребление автономного узла.

Для критичной или постоянно работающей сети разумнее сначала обновить один тестовый узел и проверить его работу в своей конфигурации. Новый релиз может исправлять старые ошибки, но совместимость конкретной платы, питания, GPS и приложения лучше проверить до массового обновления всей сети.

Как безопаснее обновляться

1. Записать текущую версию прошивки.
2. Сохранить используемые параметры сети и радионастройки.
3. Обновить сначала один узел.
4. Проверить Bluetooth или USB-соединение с приложением.
5. Проверить приём и передачу LoRa-пакетов.
6. Проверить контакты, каналы и маршрутизацию.
7. Оставить узел работать продолжительное время.
8. Только после проверки обновлять остальные устройства.

Прошивка 1.17.0 предусматривает автоматический перенос настроек в новый JSON-формат и сохраняет прежнюю бинарную конфигурацию, что разработчики предусмотрели именно на случай необходимости отката.

MeshCore и Meshtastic - это не одно и то же

Рост MeshCore интересен ещё и потому, что у популярного Meshtastic появляется всё более заметная альтернатива.

Обе системы используют LoRa и позволяют строить автономные сети для небольших пакетов данных, но сетевой подход отличается. В MeshCore Companion Node не используется как обычный ретранслятор всего проходящего трафика. Для распространения сети предусмотрены специализированные Repeater-узлы.

У такого подхода есть потенциальные преимущества в больших сетях, где необходимо контролировать маршрутизацию и количество повторных передач. Но это не означает, что MeshCore автоматически лучше Meshtastic во всех сценариях.

Выбор зависит от количества участников, имеющейся инфраструктуры, оборудования, покрытия конкретной системы в регионе и того, нужна ли пользователю готовая общественная сеть или собственная контролируемая mesh-инфраструктура.

Не забываем о радиочастотных требованиях в России

Установка MeshCore не делает автоматически допустимыми любые параметры, которые поддерживает радиомодуль.

Для устройств малого радиуса действия в России действуют требования радиочастотного законодательства и решений Государственной комиссии по радиочастотам. Роскомнадзор указывает среди выделенных для соответствующих устройств полосы 864-865 МГц, 866-868 МГц и 868,7-869,2 МГц, однако условия применения различаются в зависимости от полосы, назначения устройства и технических параметров.

Поэтому нельзя делать вывод о законности только по надписи "868 MHz" на плате. Нужно учитывать конкретную частоту, мощность, полосу, режим передачи и действующие условия применения радиоэлектронного средства.

Прошивка технически может позволять выбрать разные региональные настройки. Использовать неподходящий регион или увеличивать параметры передачи только ради большей дальности не следует.

Что в итоге

MeshCore 1.17.0 выглядит заметным этапом развития проекта. Главное изменение находится не в интерфейсе и даже не в длинном списке новых плат, а в базовой работе радиосети.

Переработанный listen-before-talk, нормальное обнаружение LoRa-преамбулы и изменения обработки радиособытий потенциально должны особенно проявляться там, где в эфире одновременно работает много узлов.

Одновременно проект улучшает энергопотребление, расширяет аппаратную поддержку и постепенно готовит универсальный Companion с несколькими интерфейсами подключения.

Следующий действительно интересный вопрос уже не о самой прошивке: что сегодня практичнее для автономной LoRa mesh-сети - MeshCore или Meshtastic. У этих систем похожая задача, но заметно различается архитектура сети.