Meshtastic

Meshtastic

Рік створення	2020
Вперше опубліковано	2020
Остання версія	2.7.16.a597230 (28 листопада 2025)
Базові стандарти	LoRa, Bluetooth, WiFi
Сфера застосування	Інтернет речей
Офіційний сайт	meshtastic.org

Meshtastic — це відкрите програмне та апаратне забезпечення для бездротової мережі, котра побудована на основі mesh алгоритмів. Ця мережа дозволяє спілкуватися між пристроями без використання Інтернету або іншої комунікаційної інфраструктури. Основна технологія — LoRa, радіо протокол великої дальності, доступний для більшості регіонів без додаткового ліцензування та сертифікації. Вузли на Lora синхронізуються для обміну короткими текстовими повідомленнями між віддаленими кореспондентами, між котрими неможливий прямий радіозв'язок. Meshtastic — це проєкт, заснований на технології LoRa, який дозволяє використовувати недорогі передавачі для зв'язку на великих відстанях у місцях, де немає або є ненадійний доступ до традиційної комунікаційної інфраструктури. Ці пристрої ідеально підходять для активного відпочинку, як-от піші прогулянки, лижі, велоспорт, або будь-якої іншої діяльності, де відсутній стабільний Інтернет. Кожен учасник мережі може бачити місцезнаходження інших учасників, дізнаватися відстань до них і надсилати текстові повідомлення в груповому чаті або особисто.

Радіостанції в мережі Meshtastic автоматично передають отримані повідомлення іншим станціям, створюючи таким чином розподілену мережу. Це дозволяє кожному учаснику отримувати повідомлення, навіть якщо він знаходиться далеко від інших. Залежно від налаштувань, мережа може підтримувати до 100 пристроїв, але в теорії може бути підключено й більше.

Основна мета проєкту Meshtastic — це забезпечення енергоефективного та далекобійного зв'язку в радіодіапазонах, для використання яких не потрібно ліцензії. Проєкт розроблений для обміну текстовими повідомленнями та даними в умовах, коли немає традиційної мережевої інфраструктури. Завдяки цьому, Meshtastic підходить для IoT-проєктів, де необхідна децентралізована система зв'язку без залежності від мобільних операторів чи інтернет-з'єднання.

Особливості та сценарії використання

• Велика дистанція зв'язку (рекорд земля — земля 331 км).
• Для зв'язку телефон не обов'язковий
• Децентралізований зв'язок — єдиний маршрутизатор не потрібен
• Зашифроване спілкування
• Відмінний час автономної роботи (залежить від пристрою, але програмно закладена енергоефективність)
• Додаткові функції визначення місцезнаходження на основі GPS (можна вимкнути, або надсилати фейкову локацію)

Апаратне Забезпечення

Підтримуване обладнання

Модулі приймача

Meshtastic використовує LoRa-модулі для забезпечення довготривалого та енергоефективного зв'язку. Більшість модулів побудовано на чіпах SX1268, SX1278, компанії Semtech.

Серед підтримуваних приймачів:

• LoRa-01 та LoRa-02 — надійні модулі для роботи з мережами Meshtastic. Недоліком цих модулів є невелика потужність (близько 0,25Вт), а отже покриття та якість сигналу будуть невелика. Подібні модулі можна використовувати в пристроях в яких критична компактність та максимально низьке енергоспоживання. Це гарний, недорогий варіант для використання в щільному покритті мережі, або для новачків яки хочуть відносно недорого спробувати самостійно побудувати мережу Meshtastic.
• E22-400M33S та E22-400M30S — більш потужні та габаритні версії модуля E22400M22S, що забезпечують вищу дальність зв'язку. Цифри 22,30,33 визначають потужність радіомодуля. Відповідно 22 — 0,15Вт, 30 — 1Вт, 33 — 2Вт. Існують також інші варіанти цих модулів від компанії Ebyte, але використання їх саме для створення DIY вузлів неможливе, або потребує додаткових змін в прошивці. Так, наприклад, модулі E22-400T33S мають UART інтерфейс (замість потрібного SPI) — тому вони працювати не будуть. Також існують застарілі версії модулів які починаються на E32 (замість E22) та побудовані на чіпі SX1278 — в них відсутній пін BUSY, тому використання його потребує написання кастомної прошивки. Найбільш збалансованим є використання модуля E22-400M30S — він відносно недорогий та забезпечує потужність 1Вт, що достатньо для якості покриття та стабільності сигналу. Треба розуміти що більш потужні модулі на 2Вт коштують дорожче і для них треба відповідне якісне живлення (в режимі передачі споживання модулю підстрибує в порівнянні з режимом прийому в 6 разів) — просадка напруги зменшує потужність передачі.
• GniceRF LoRa1268F30 — модуль з хорошими характеристиками, який також використовується в Meshtastic-мережах. Потужність цього модуля 2Вт при 6В живлення. Також при такій потужності він має такі самі габарити в порівнянні з 1Вт модуля E22-400M30S. Ідеальне рішення для стаціонарних вузлів. Існує також версія цього модуля LoRa1268F30-Mini — потужністью 1Вт.

  

  LoRa модуль

Антени

Для покращення дальності та стабільності зв'язку використовуються різні типи антен:

• Yagi (Хвильовий канал) — спрямована антена з високим коефіцієнтом підсилення. Інші назви цієї антени які можна зустріти — антена Уда-Яґі або антена Яґі. Конструктивно не складна антена з гарним підсиленням. До мінусів цієї антени можна віднести необхідність узгодження з фідерною лінією. Також якщо мова йде про стаціонарний вузол, вибір цієї антени має сенс, коли треба спрямувати сигнал в певному напрямку, що не зовсім підходить для розширення покриття мережі.
• Moxon (Антена Моксона) — компактна напрямлена прямокутна антена. Має краще підсилення ніж в диполя та Ground Plane. Конструктивно це різновид триелементної Ягі-Уда антени, без директора та з загнутими під кутом 90 градусів рефлектором та випромінювачем. Але ця антена також спрямована, на відміну від диполя та Ground Plane які є всеспрямованими, що обмежує її використання для збільшення площі покриття мережі.
• Диполь — класичний варіант антени. Проста за конструкцією, але має порівняно низьке підсилення. Діаграма направленості диполя — тор, тобто антена випромінює сигнал перпендикулярно до своїй вісі. Підходить для стаціонарних нод для розширення покриття.
• Ground Plane («Павук») — всенаправлена ефективна антена. Вона використовує один вертикальний елемент і кілька горизонтальних або похилих «радіалів» для імітації заземлення, що трохи підвищує її посилення порівняно зі звичайним диполем. Серед перелічених антен найкращій варіант для розширення покриття мережі та використання з стаціонарними нодами. Проста за конструкцією, не потребує симетрування та узгодження (можна підключати до ноди напряму через 50Ом антенний кабель). Зазвичай конструкція складається з 5 елементів: 1 чвертьхвильовий штир, 4 радіали довжиною на 10-12 % більше ніж штир. Радіали імітують штучну «землю» — вони мають бути розміщені симетрично під кутом близьким до 42 градусів до горизонталі, щоб забезпечити рівномірну діаграму спрямованості а також імпеданс антени 50Ом. Чим більше радіалів — тим краще, але навіть з чотирма антена працює стабільно. Розміщені по колу, зігнуті радіали нагадують ноги павука, що дало неофіційну назву цієї антени. Також ця антена досить компактна — довжина вертикалу на 433МГц (частота Meshtastic в Україні) — приблизно 168 мм. Наприклад для диполя, сумарна довжина (для частоти 433МГц) буде приблизно 663 мм.

Правильний вибір антени впливає на стабільність та ефективність мережі, тому користувачі обирають відповідні моделі залежно від потреби.

Клавіатура

Деякі моделі вузлів (наприклад LILYGO® T-Deck ESP32-S3 (SX1262)) оснащені клавіатурою що робить Meshtastic повністю автономним пристроєм який може не тільки приймати, але й відправляти повідомлення. Але для більшості DIY вузлів проблема клавіатури вирішується сумісним використанням вузла з смартфоном. Зручних та доступних клавіатур для DIY та вузлів без клавіатури не так багато. Наприклад, недорогим варіантом є клавіатура M5Stack CardKB з i2c інтерфейсом. Також окремі ентузіасти спільноти підключають звичайні комп'ютерні клавіатури (які підтримують формат PS/2) до Meshtastic вузлів, використовуючи різні способи адаптації цих клавіатур.

Найбільш популярні моделі клавіатур для Meshtastic:

• M5Stack CardKB
• T-Deck клавіатура від телефонів Blackberry
• Chatter

Рекомендації з вибору обладнання

Для роботи з Meshtastic в Україні слід обирати пристрої, що підтримують діапазон 433 MHz (70 см). Найкращими варіантами є моделі з потужними передавачами та можливістю підключення якісних антен. Серед найпопулярніших моделей виділяється LILYGO® T-Beam (SX1268), який оснащений вбудованим GPS-модулем та забезпечує надійний зв'язок завдяки потужному передавачу. Він має слот під акумулятор 18650, що робить його зручним для автономної роботи, хоча для нього потрібно друкувати корпус.

LILYGO TTGO T-Beam

Іншим варіантом є LILYGO® TTGO LoRa32 V2.1_1.6 T-Lora (SX1278), компактний пристрій з процесором ESP32, модулем LoRa та вбудованим екраном для відображення інформації. Його компактність і доступна ціна роблять його привабливим варіантом для новачків, хоча відсутність GPS-модуля та порівняно низька потужність можуть бути обмеженням.

Для тих, хто шукає розширені функції, підійде LILYGO® TTGO Meshtastic T-Echo (SX1268), який має енергоефективний дисплей, вбудований датчик температури та вологості, а також підтримує покращену потужність передачі. Він оснащений вбудованою батареєю, але не має WiFi.

Якщо потрібна максимальна потужність, варто звернути увагу на пристрої з чіпами LoRa від Ebyte чи G-NiceRF, які забезпечують до 2 Вт (30-33 dBm). Одним із таких пристроїв є Meshtastic MeshAdventurer, який завдяки своїй високій потужності дозволяє покривати великі території, хоча при цьому споживає більше енергії. Альтернативним варіантом може бути збирання власного пристрою на основі ESP32 або Meshtastic-DIY.

LILYGO® T-Deck ESP32-S3 (SX1262) є ще одним цікавим варіантом, що відрізняється наявністю клавіатури та великого дисплея, що робить його схожим на мобільний телефон. Проте він має високе енергоспоживання і потребує додаткової батареї.

Пристрої на базі SX1278 мають найнижчу потужність у 0,025 Вт (14 dBm), що дозволяє працювати лише в межах одного будинку або на відкритій місцевості без завад. Найдоступнішим варіантом є LILYGO® TTGO LoRa32 V2.1_1.6 T-Lora, який підійде для ознайомлення з мережею, хоча його потужність є обмеженням для розширеного використання.

Загалом вибір пристрою залежить від умов експлуатації, проте для стабільної роботи в межах української мережі варто орієнтуватися на моделі з вищою потужністю та можливістю підключення якісних антен.

Пресети LoRa в Meshtastic

Пристрої Meshtastic використовують радіо LoRa (Long Range) для зв'язку, збалансовуючі три ключові фактори: дальність, швидкість та надійність. Ці фактори контролюються за допомогою таких налаштувань, як пропускна здатність, коефіцієнт поширення та швидкість передачі, які зручно об'єднані в «пресети».

Пресет за замовчуванням LongFast використовує смугу пропускання 250 кГц з коефіцієнтом розширення 11. Ця конфігурація забезпечує чудове покриття, але це пов'язано з відносно повільною передачею даних (близько 1 кбіт/с).

Таблиця порівнянь пресетів LoRa в Meshtastic

Пресет	Смуга пропускання, кГц	Коефіцієнт поширення, SF	Швидкість передачі данних, кб/сек	Рівень сигналу, дБ	Застосування
LongFast	250	11	1,07	153	За замовчуванням
MediumSlow	250	10	1,95	150,5	Краща швидкість
MediumFast	250	9	3,52	148	Швидкість з гарним покриттям
ShortSlow	250	8	6,25	145,5	Швидкість з помірним покриттям
ShortFast	250	7	10,94	143	Дуже швидко з невеликим покриттям
ShortTurbo	500	7	21,88	140	Максимальна швидкість з мінімальним покриттям

Шифрування повідомлень Meshtastic

Для багатьох шифрування в Meshtastic є ключовою частиною привабливості цієї мережі. Протягом багатьох років викликом для розробників було знайти баланс: впровадження надійного шифрування без виключення малопотужних платформ Інтернету речей або перевантаження обмеженої пропускної здатності LoRa. До версії 2.5 шифрування спиралося на PSK ключ (static pre-shared key — це метод симетричного шифрування, що використовує один і той самий секретний ключ для обох сторін зв'язку: для шифрування та дешифрування даних. Ключ є статичним, тобто він не змінюється з часом) для кожного каналу, що було досить надійним. Однак воно мало одне помітне обмеження: прямі повідомлення (DM).

Повідомлення надсилалися з використанням одного спільного ключа каналу, а це означало, що хоча теоретично вони були приватними, вони були доступні будь-кому на тому ж каналі. У 2022 році користувач на ім'я edinnen запропонував рішення за допомогою пул-реквесту, яке запроваджувало схему відкритого/приватного ключів для прямих повідомлень.

В основі нової системи шифрування Meshtastic лежить обмін ключами Діффі-Хеллмана на основі еліптичної кривої X25519. Цей процес розгортається у два ключові кроки:

1. Генерація ключів: Під час першого завантаження кожен пристрій генерує випадковий закритий ключ та отримує відповідний відкритий ключ за допомогою алгоритму X25519. Цей відкритий ключ потім транслюється в мережу як частина регулярних повідомлень вузла.
2. Безпечний зв'язок: Коли вузол ініціює пряме повідомлення (DM), він завершує обмін ключами X25519, поєднуючи свій закритий ключ із відкритим ключем одержувача. Цей процес генерує унікальний спільний секрет, який потім використовується для шифрування DM. Вузол-одержувач може незалежно отримати той самий спільний секрет, використовуючи свій закритий ключ та відкритий ключ відправника, що забезпечує безпечне розшифрування.

Рівень 3 Багатострибковий (Multi-Hop Messaging)

З огляду на різні варіанти використання та сценарії, які підтримує Meshtastic, більшість протоколу побудовано на перевантаженні (flooding), тобто кожен вузол повторно розсилає отриманий пакет до певної межі переходів. Однак важлива відмінність Meshtastic полягає в тому, що перед повторною трансляцією вузол деякий час прослуховує, щоб перевірити, чи інший вузол вже повторно розіслав пакет. Якщо так, він не буде повторно надсилати пакет. Тому кращий термін — «кероване перевантаження».

Принцип «керованого перевантаження» полягає в наступному. Якщо будь-який вузол мережі бачить пакет з HopLimit, відмінним від нуля, він зменшує цей HopLimit і намагається здійснити повторну трансляцію від імені початкового вузла-відправника. Щоб дозволити вузлам, що знаходяться далі, перевантажувати повідомлення таким чином, щоб повідомлення зрештою передалося далі, вікно конкуренції (див. Рівень 1) для повідомлення про перевантаження залежить від співвідношення сигнал/шум (SNR) отриманого пакета. Розмір CW малий для низького SNR, тому вузли, що знаходяться далі, з більшою ймовірністю перевантажать пакет першими, а ближчі вузли, які чують це, утримуватимуться від перевантаження. Винятком із цього правила є ролі ROUTER та REPEATER, які мають вищий пріоритет повторної трансляції та робитимуть це, навіть якщо вони чують повторну трансляцію від іншого вузла.

Meshtastic в Україні

Стартовий екран української прошивки Meshtastic на DIY пристрої

В Україні спільнота користувачів Meshtastic почала формуватися в умовах зростаючого інтересу до незалежних засобів зв'язку, особливо після початку повномасштабної війни у 2022 році. Завдяки відкритому вихідному коду та доступності пристроїв.

Meshtastic став популярним серед волонтерів, туристів, військових та радіоаматорів. Українська мережа Meshtastic розвивається на частоті 433 МГц.

В українському сегменті мережі активні ентузіасти розробляють локальні конфігурації, адаптують пристрої до особливостей рельєфу та проводять тестування для забезпечення стабільного зв'язку. Деякі групи інтегрують Meshtastic з іншими системами, такими як APRS та LoRaWAN, розширюючи можливості використання.

Для підтримки розвитку Meshtastic в Україні створено сайт WikiMesh, який містить детальну документацію, рекомендації щодо налаштування пристроїв та корисну інформацію для новачків і досвідчених користувачів. На сайті публікуються практичні кейси використання Meshtastic, дані про частотний діапазон в Україні (433 МГц) та поради щодо підключення до загальної мережі.

Мапа покриття Meshtastic в Україні

Також українська спільнота підтримує карту мережі: mesh.in.ua. Вона відображає активні Meshtastic-вузли в Україні в режимі реального часу (відображені лише вузли з підтвердженими пакетами до APRS). Користувачі можуть бачити покриття мережі, знаходити найближчі вузли та аналізувати якість зв'язку. Карта оновлюється автоматично, що дозволяє відстежувати розвиток мережі.

Окрім цього, для користувачів APRS в Україні є карта: APRS Map. Ця карта відображає всі активні APRS-станції та транспортні засоби, що передають координати в реальному часі. Завдяки інтеграції APRS з Meshtastic, можна отримати додаткові можливості для відстеження об'єктів і покращення зв'язку в мережах бездротового зв'язку.