Сначала главное: LoRa и LoRaWAN не одно и то же

LoRa - это радиотехнология физического уровня.

Она определяет способ передачи радиосигнала, но сама по себе не говорит:

• кто кому отправляет пакет;
• как строится маршрут;
• где хранится информация об устройствах;
• как выполняется аутентификация;
• нужен ли сервер;
• как организуются повторные передачи.

LoRaWAN, Meshtastic и MeshCore используют LoRa, но поверх радиоканала реализуют разные протоколы.

Поэтому одинаковая частота и одинаковый SX1262 не делают устройства автоматически совместимыми.

Как работает обычный LoRaWAN

Классическая архитектура LoRaWAN выглядит примерно так:

End Device может быть:

• счётчиком воды;
• датчиком температуры;
• датчиком протечки;
• датчиком парковки;
• промышленным сенсором;
• устройством мониторинга.

Gateway принимает LoRa-пакет и передаёт его дальше через IP-сеть.

Важно понимать: gateway в LoRaWAN обычно не является тем устройством, которое самостоятельно принимает решение о пользовательском маршруте как обычный mesh-router.

Он выступает радиошлюзом между эфиром и сетевой инфраструктурой.

Почему такая архитектура хорошо подходит датчикам

Стационарному датчику обычно не нужно знать топологию всей сети.

Его задача:

Поэтому LoRaWAN хорошо подходит для устройств, которые должны работать от батареи годами и передавать небольшое количество данных.

Что такое LoRaWAN Relay

Проблема возникает, когда end device находится там, где gateway не обеспечивает стабильное покрытие.

Например:

• в глубоком подвале;
• за железобетонными конструкциями;
• в техническом колодце;
• в удалённой части территории;
• внутри сложного промышленного объекта.

Тогда используется промежуточный Relay:

LoRaWAN Relay передаёт LoRaWAN-кадры в обе стороны между конечным устройством и сетью.

Он закрывает локальный провал покрытия, но не меняет фундаментальную архитектуру LoRaWAN.

Когда Relay действительно полезен

Хороший сценарий:

• почти весь объект уже покрыт LoRaWAN;
• есть одна проблемная зона;
• установка второго полноценного gateway слишком сложна;
• нет удобного Ethernet, Wi-Fi или LTE для нового gateway;
• совместимое Relay-оборудование может закрыть радиотень.

Когда Relay не нужен

Не нужно автоматически использовать Relay, если проблему можно решить:

• правильным местом gateway;
• нормальной антенной;
• изменением высоты;
• выносом антенны из металлического шкафа;
• добавлением второго gateway там, где это действительно оправдано.

Relay не должен становиться способом компенсировать плохой радиомонтаж.

Чем Relay отличается от Gateway

Проще всего представить так:

Это две разные роли.

Может ли LoRaWAN работать через цепочку из десятка Relay

Так воспринимать архитектуру не стоит.

LoRaWAN Relay создан для расширения покрытия в конкретных сложных местах, а не как универсальная пользовательская mesh, где произвольный пакет прыгает через длинную цепочку обычных участников.

Для многоузловой автономной пользовательской сети существуют другие архитектуры.

Как работает Meshtastic

Meshtastic изначально создавался как автономная децентрализованная mesh-сеть.

Типовая схема:

Для основной работы не нужны:

• сотовая сеть;
• интернет;
• LoRaWAN Gateway;
• LoRaWAN Network Server.

Смартфон обычно связывается со своим LoRa-устройством по Bluetooth или другому локальному интерфейсу.

Дальше сообщения передаются через mesh.

Что такое ROUTER и REPEATER в Meshtastic

Meshtastic имеет разные Device Roles.

Инфраструктурные ROUTER и REPEATER получают повышенный приоритет при ретрансляции пакетов.

Но это не означает, что их нужно ставить везде.

Наоборот, чрезмерное количество таких узлов способно ухудшить работу плотной сети за счёт дополнительных передач и коллизий.

Обычный CLIENT тоже участвует в mesh

Это одно из важных отличий от архитектуры MeshCore.

В Meshtastic обычные клиентские узлы могут участвовать в managed flooding в зависимости от алгоритма и роли.

Сеть старается избежать ситуации, когда один пакет без необходимости одновременно повторяют все устройства.

Как устроен MeshCore

MeshCore также создаёт автономную LoRa mesh-сеть, но роли разделены заметно жёстче.

Основные типы:

• Companion;
• Repeater;
• Room Server;
• Sensor.

Обычный Companion используется пользователем для связи.

Инфраструктурную ретрансляцию выполняют отдельные Repeater.

Такой подход позволяет более явно отделить пользовательские устройства от инфраструктурных узлов.

Почему это важно

Представим 100 пользовательских устройств.

В архитектуре с выделенными Repeater не требуется превращать каждое из этих устройств в полноценную транзитную точку.

Можно построить сеть вокруг нескольких хорошо расположенных инфраструктурных узлов.

Например:

Это делает топологию более управляемой.

Но MeshCore всё равно использует flooding

Нельзя говорить, что MeshCore полностью отказался от flooding.

Он используется, например:

• при поиске неизвестного маршрута;
• для группового трафика;
• когда готовый direct path отсутствует.

После обнаружения маршрута direct messages могут использовать известный путь через конкретные Repeater.

LoRaWAN Relay, Meshtastic и MeshCore: сравнение

Главное различие одной фразой

Что выбрать для датчиков и телеметрии

Если задача:

• снять показания сотен счётчиков;
• собирать температуру;
• следить за парковочными местами;
• мониторить инженерное оборудование;
• передавать небольшие пакеты данных на сервер;

чаще логичнее начинать анализ с LoRaWAN.

Причина в том, что архитектура уже рассчитана на большое количество маломощных end devices и централизованную серверную обработку.

Когда Meshtastic для датчиков тоже имеет смысл

Meshtastic может быть интересен, если:

• датчиков немного;
• нет готовой LoRaWAN-инфраструктуры;
• нужны одновременно сообщения людей и телеметрия;
• сеть должна продолжать работать полностью без интернета;
• важнее простота собственной небольшой mesh, чем промышленная IoT-архитектура.

Но не стоит превращать Meshtastic в замену LoRaWAN для тысячи счётчиков только потому, что обе технологии используют LoRa.

Когда MeshCore интересен для датчиков

MeshCore имеет отдельный тип Sensor и может использовать инфраструктуру Repeater.

Это интересно для частных автономных систем, где:

• есть собственная территория;
• можно контролировать инфраструктуру;
• уже используются MeshCore Repeater;
• датчики являются частью более широкой автономной сети.

Но это всё равно не делает MeshCore эквивалентом LoRaWAN Network Server.

Что выбрать для автономной связи людей

Если основная задача звучит так:

LoRaWAN Relay обычно вообще не является первым кандидатом.

Для такой задачи намного естественнее:

• Meshtastic;
• MeshCore.

Обе системы ориентированы на пользовательскую автономную mesh-коммуникацию.

Meshtastic или MeshCore для людей

Meshtastic проще рекомендовать для быстрого старта, большого сообщества, готовых приложений и MQTT-интеграций.

MeshCore особенно интересен, если сеть строится вокруг выделенной инфраструктуры Repeater.

Выбор зависит от того, какая сеть уже есть рядом и какую топологию требуется построить.

Пример №1: датчик воды в подвале

Исходные данные:

• в здании уже есть LoRaWAN;
• почти все датчики работают;
• один счётчик глубоко в подвале не достигает gateway;
• интернет в подвал вести неудобно.

Логичный порядок решений:

1. проверить антенну;
2. проверить размещение gateway;
3. оценить возможность дополнительного gateway;
4. рассмотреть LoRaWAN Relay, если оборудование его поддерживает.

Переходить ради одного датчика на Meshtastic обычно смысла нет, если объект уже построен вокруг LoRaWAN.

Пример №2: гараж без интернета

Нужно получить:

• температуру;
• состояние ворот;
• несколько сообщений;
• связь при отсутствии интернета.

Здесь уже стоит сравнивать:

• обычный LoRa point-to-point;
• Meshtastic;
• MeshCore;
• LoRaWAN, если рядом существует соответствующая инфраструктура.

Relay сам по себе инфраструктуру LoRaWAN из воздуха не создаёт.

Пример №3: автономная сеть на посёлок

Задача:

• несколько десятков пользователей;
• сообщения без мобильной сети;
• пара высоких точек;
• несколько автономных солнечных ретрансляторов.

Здесь LoRaWAN Relay уже не соответствует главному интенту.

Нужна именно пользовательская mesh.

Вариант Meshtastic

Плюсы:

• развитая экосистема;
• много готового оборудования;
• большое сообщество;
• MQTT;
• телеметрия;
• разные Device Roles.

Вариант MeshCore

Плюс заключается в более явном разделении пользователей и инфраструктуры.

Для сети с несколькими заранее выбранными хорошими высотными точками такая архитектура выглядит логично.

Пример №4: 500 счётчиков воды в жилом комплексе

Здесь требования совсем другие:

• сотни устройств;
• централизованный сбор;
• минимальное энергопотребление;
• автоматизированное управление;
• долгая работа от батареи;
• серверная обработка.

Это уже типичный LoRaWAN-интент.

Если несколько помещений не покрываются, можно оптимизировать gateway-инфраструктуру или рассматривать Relay.

Строить из каждого счётчика пользовательский Meshtastic-router здесь обычно бессмысленно.

Почему LoRaWAN Gateway обычно слышит много датчиков сразу

Gateway предназначен для одновременной работы с большим количеством end devices и обычно использует многоканальную LoRaWAN-архитектуру.

Типичная пользовательская LoRa-плата Meshtastic или MeshCore устроена иначе и не является полноценной заменой промышленному LoRaWAN gateway.

Поэтому сравнение:

технически неверно.

Почему одинаковый SX1262 ничего не доказывает

SX1262 - это радиотрансивер.

Поверх него может работать:

• Meshtastic;
• MeshCore;
• LoRaWAN end device;
• собственный LoRa-протокол.

Совместимость определяется не только радиочипом, а всем протоколом.

Можно ли установить Meshtastic рядом с LoRaWAN

Технически разные LoRa-системы могут работать в одной радиочастотной области при соблюдении нормативных требований.

Но они используют общий эфир.

Поэтому большое количество независимых LoRa-сетей может влиять друг на друга через:

• занятость канала;
• коллизии;
• общую радиообстановку.

Наличие разных протоколов не создаёт отдельный физический эфир для каждого из них.

7 частых ошибок при выборе архитектуры

1. «LoRaWAN Relay = Meshtastic Router».
   Нет. Они работают внутри разных сетевых архитектур.
2. «Relay заменяет Gateway».
   Нет. LoRaWAN-инфраструктура всё равно должна получить пакет через gateway.
3. «Любой LoRa-модуль может быть Gateway».
   Обычный single-channel пользовательский радиомодуль не эквивалентен полноценному LoRaWAN gateway.
4. «Чем больше Mesh Repeater, тем лучше».
   В плотной сети лишние ретрансляции способны ухудшить результат.
5. «Meshtastic лучше LoRaWAN, потому что работает без сервера».
   Для пользовательской связи это преимущество, для массового IoT централизованная серверная архитектура может быть наоборот нужной.
6. «LoRaWAN лучше Meshtastic, потому что промышленный».
   Для автономного чата без интернета LoRaWAN просто решает другую задачу.
7. «Все системы на 868 МГц совместимы».
   Совпадение частоты не означает совместимость протоколов.

Как выбирать правильно

Начинать нужно не с оборудования и не с названия протокола.

Ответьте на вопросы:

1. Кто передаёт данные: люди или датчики?
2. Сколько устройств будет в сети?
3. Нужен ли централизованный сервер?
4. Должна ли система работать без интернета?
5. Нужны ли сообщения между конечными устройствами?
6. Есть ли готовая LoRaWAN-инфраструктура?
7. Можно ли установить хорошие стационарные ретрансляторы?
8. Насколько критично энергопотребление?
9. Нужен ли MQTT или Home Assistant?

Быстрый выбор

Что с интернетом

Здесь различие особенно наглядно.

LoRaWAN

Gateway должен передать пакеты в серверную инфраструктуру. Обычно для этого используется IP-сеть.

Meshtastic

Основная mesh-связь полностью работает без интернета. MQTT является дополнительной возможностью.

MeshCore

Основная LoRa mesh также не требует интернета.

Поэтому требование «система должна продолжать работать при полном отключении внешней связи» резко меняет выбор архитектуры.

Частоты и законодательство

LoRaWAN, Meshtastic и MeshCore не получают отдельного исключения из радиочастотных требований только из-за названия протокола.

При выборе оборудования и настроек нужно учитывать:

• используемую полосу частот;
• эффективную излучаемую мощность;
• ширину полосы;
• режим передачи;
• региональные ограничения.

Нельзя выбирать зарубежный профиль или увеличивать мощность только ради компенсации плохого покрытия.

Итог

LoRaWAN Relay, Meshtastic и MeshCore используют родственную радиотехнологию, но находятся на разных архитектурных уровнях.

LoRaWAN Relay помогает конкретному LoRaWAN end device добраться до существующей серверной сети.

Meshtastic создаёт автономную mesh, где пользовательские узлы сами являются участниками сети и могут участвовать в ретрансляции по правилам протокола.

MeshCore также создаёт автономную mesh, но сильнее отделяет пользовательские Companion от инфраструктурных Repeater.

Поэтому лучший вопрос звучит не «какой ретранслятор дальше работает», а:

После ответа на этот вопрос выбор между LoRaWAN, Meshtastic и MeshCore становится намного проще.