В статье анализируются методы увеличения радиуса действия трекеров в сети Meshtastic с одновременным снижением нагрузки. Представлены аппаратные и программные подходы, основанные на технологии LoRa с использованием CLI. Приводится физико-математическое обоснование ключевых параметров, управляющихся через CLI, с подтверждением их оптимальности на практике.
Введение
Meshtastic — децентрализованная mesh-сеть с использованием технологии LoRa и Chirp Spread Spectrum (CSS). Работает в нелицензируемом частотном диапазоне ISM, обеспечивает энергоэффективную дальнюю связь для передачи сообщений и GPS-координат в условиях отсутствия традиционных сетей. Задача — увеличить радиус действия устройств без потери качества и с контролем энергопотребления.
Почему CLI, а не мобильное приложение?
Мобильное приложение предоставляет удобный базовый интерфейс, но не даёт доступа к ключевым параметрам радиосвязи, таким как spread factor, полоса пропускания, мощность передачи и ретрансляция. CLI обеспечивает полный и гибкий контроль над настройками, необходимый для достижения максимального радиуса действия и управления нагрузкой, а также облегчает масштабирование и автоматизацию.
Теоретическая база
Закон Фрииса
Мощность принимаемого сигнала Pr определяется через мощность передатчика Pt и параметры антенн:
Pr = Pt + Gt + Gr − 20 * log10(4 * π * d / λ)
где Gt и Gr — усиления передающей и приемной антенн в дБ, d — расстояние между антеннами в метрах, λ — длина электромагнитной волны.
Время передачи символа LoRa
Время одного символа Tsym зависит от spreading factor SF и ширины полосы B:
Tsym = 2^SF / B
Чем выше SF, тем длиннее символ и выше устойчивость к шумам, но скорость передачи падает.
Минимальный уровень сигнала SNR_min для устойчивого приема:
SNR_min ≈ α − β * SF + γ * log(B)
где α, β, γ — коэффициенты, зависящие от аппаратной реализации.
CLI-настройки и их обоснование
- TxPower = 20 дБм:
повышение мощности передачи увеличивает Pr, расширяя максимальную дальность, что следует из закона Фрииса.
- Region = EU_868*:
выбор частотного диапазона, соответствующего региональным требованиям, способствует законной и эффективной работе.
- Spreading Factor = 11:
увеличивает время символа Tsym, что повышает чувствительность и снижает SNR_min, позволяя принимать более слабый сигнал на большей дистанции.
- Bandwidth = 125000 Гц:
узкая полоса повышает чувствительность приемника, обеспечивая лучший баланс между скоростью передачи и дальностью.
- GPS Poll Interval = 180 секунд:
уменьшает частоту отправки GPS-данных, снижая энергопотребление и нагрузку в сети.
- Relay Enabled = true:
позволяет устройствам ретранслировать сообщения, расширяя покрытие через мультихоп, что компенсирует ограничения дальности отдельного узла.
Пример команд CLI:
meshtastic --set lora.txPower 20
meshtastic --set lora.region EU_868
meshtastic --set lora.spreadingFactor 11
meshtastic --set lora.bandwidth 125000
meshtastic --set gps.pollInterval 180
meshtastic --set relay.enabled true
Заключение
Использование CLI для настройки параметров Meshtastic, подкрепленное физико-математическими моделями и законами радиосвязи, является необходимым условием для достижения максимального радиуса действия и эффективного управления нагрузкой сети. CLI даёт гибкость и полный контроль, невозможный в мобильных приложениях.
*Значение региона указано в качестве примера: используйте значение согласно регуляторике.
**Количество хопов в сети ограничено значением не более 7. Однако чем больше это значение (при указанных выше параметрах), тем больше дистанция эффективной передачи информации. В кастомных прошивках встречаются значения, увеличенные до 80.
Источники
LoRa Alliance. Technical Recommendation TR013-1.0.0 CSMA. 2023.
