Funk

Meshtastic & MeshCore – Netzunabhängige LoRa-Kommunikation

Meshtastic und MeshCore sind zwei quelloffene Kommunikationssysteme, die LoRa (Long Range) zur Übertragung von Textnachrichten und weiteren kleinen Datenmengen verwenden. Beide funktionieren grundsätzlich unabhängig von Mobilfunknetzen, Internetzugang oder einem zentralen Netzbetreiber und eignen sich deshalb unter anderem für Outdoor-Aktivitäten, abgelegene Gebiete oder als zusätzliche Kommunikationsmöglichkeit bei einem Ausfall der üblichen Telekommunikationsinfrastruktur.

Obwohl beide Systeme ähnliche Funkhardware und denselben grundlegenden LoRa-Funkstandard verwenden können, sind Meshtastic und MeshCore zwei voneinander unabhängige und untereinander nicht kompatible Funkprotokolle. Ein Gerät nimmt deshalb grundsätzlich entweder an einem Meshtastic- oder an einem MeshCore-Netz teil. Bei verschiedener unterstützter Hardware kann durch einen Firmwarewechsel zwischen den Systemen gewechselt werden.

Beide Systeme sind keine behördlichen Notfunknetze und bieten keine Garantie, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Verbindung zu einem anderen Teilnehmer oder zu einer Notrufstelle besteht.

Das Mesh-Netzwerk

Der wesentliche Unterschied zu einer einfachen Funkverbindung besteht im sogenannten Mesh-Prinzip. Zwei Teilnehmer müssen sich nicht zwingend direkt erreichen können. Geeignete Meshtastic-Geräte können empfangene Datenpakete weiterleiten und damit als Zwischenstation dienen.

Eine Verbindung kann beispielsweise folgendermassen aufgebaut werden:

Teilnehmer A → Node B → Node C → Teilnehmer D

Je mehr sinnvoll platzierte Geräte vorhanden sind, desto grössere Gebiete können dadurch abgedeckt werden. Entscheidend ist allerdings, dass zwischen den einzelnen Stationen tatsächlich Funkverbindungen möglich sind. Ein Mesh-Netz kann deshalb keine fehlende Funkabdeckung «herbeizaubern».

Für normale Teilnehmer ist grundsätzlich die Standardrolle CLIENT vorgesehen. Spezielle Rollen wie ROUTER oder REPEATER sind für gezielt positionierte Infrastrukturknoten gedacht und sollten nicht einfach auf jedem Gerät aktiviert werden. Zu viele unnötige Router können die Leistungsfähigkeit eines Meshtastic-Netzes sogar verschlechtern.

WisMesh TAP mit Touch Screen

WisMesh TAP mit Touch Screen

Frequenzbereich in der Schweiz

Beide Systeme verwenden in der Schweiz Funkfrequenzen im europäischen 868-MHz-Bereich, ihre Funkparameter sind jedoch unterschiedlich und nicht miteinander kompatibel.

Bei Meshtastic wird die Region «European Union 868 MHz / EU_868» verwendet. Zusätzlich müssen die beteiligten Geräte dasselbe Modem-Preset verwenden. Die Schweizer Meshtastic-Community empfiehlt derzeit MediumFast («Medium Range – Fast»). Daneben bestehen regional weiterhin Nodes und Teilnetze mit anderen Presets wie LongFast. Welches Profil am eigenen Standort die beste Anbindung bietet, hängt deshalb auch vom vorhandenen lokalen Netz ab.

Für MeshCore empfiehlt die Schweizer Community derzeit eine Funkkonfiguration mit 869.618 MHz, 62.5 kHz Bandbreite, Spreading Factor 8 und Coding Rate 8. Auch hier müssen die beteiligten Geräte dieselben Funkparameter verwenden, damit sie miteinander kommunizieren können.

Unabhängig vom verwendeten System sind die jeweils geltenden schweizerischen Vorschriften für Frequenznutzung, Sendeleistung und maximale Sendedauer einzuhalten.

Reichweite

Eine feste Reichweite lässt sich bei Meshtastic nicht angeben. Wie bei praktisch allen Funkanwendungen hängt sie stark von Standort, Gelände, Bebauung, Antenne und Höhe über Grund ab.

Unter ungünstigen Bedingungen innerhalb dichter Bebauung kann die Reichweite relativ gering sein. Zwischen erhöhten Standorten mit weitgehend freier Sicht sind dagegen Verbindungen über viele Kilometer möglich. Meshtastic selbst spricht von Reichweiten über mehrere Kilometer.

Besonders wichtig ist deshalb nicht nur die reine Sendeleistung, sondern die Position der Antenne. Ein gut platzierter Node auf einem erhöhten Standort kann für ein lokales Mesh wesentlich wertvoller sein als ein stärkeres Gerät an einem schlechten Standort.

Durch das Mesh-Prinzip kann sich die effektive Reichweite zusätzlich vergrössern, wenn weitere Teilnehmer zwischen Sender und Empfänger vorhanden sind und die Nachricht weiterleiten.

Teilnehmer, Namen und Konten

Für die Teilnahme an Meshtastic ist kein Benutzerkonto erforderlich. Es gibt weder eine zentrale Registrierung noch Telefonnummern, E-Mail-Adressen oder einen kostenpflichtigen Anbieter.

Jedes Funkgerät bildet einen eigenen sogenannten Node und verfügt über eine eindeutige technische Node-ID. Zusätzlich können ein frei wählbarer langer und ein kurzer Benutzername vergeben werden. Diese Informationen werden von anderen erreichbaren Meshtastic-Geräten empfangen und in deren Node-Liste angezeigt.

Ein Benutzer kann dadurch beispielsweise als «amweg.ch» erscheinen, während die eigentliche technische Identifikation im Hintergrund über die eindeutige Node-ID erfolgt. In der Node-Datenbank werden unter anderem Name, technische Identität und – sofern freigegeben – Positionsinformationen eines empfangenen Teilnehmers gespeichert.

Sobald zwei Nodes voneinander Kenntnis haben, können sie auch direkt adressierte Nachrichten austauschen.

Nachrichten und Kanäle

Meshtastic kennt im Wesentlichen zwei Arten der Kommunikation:

  • Kanäle funktionieren ähnlich einem Gruppenchat. Alle Teilnehmer, welche über die entsprechende Kanalkonfiguration und den passenden Schlüssel verfügen, können die Nachrichten dieses Kanals empfangen und senden.
  • Daneben sind Direktnachrichten an einen bestimmten Node möglich.

Neue Geräte verwenden standardmässig das öffentliche Meshtastic-Netz mit der üblichen LongFast-Konfiguration. Der Standardschlüssel dieses öffentlichen Kanals ist allgemein bekannt. Nachrichten auf diesem Standardkanal sind deshalb ausdrücklich nicht vertraulich und können von anderen entsprechend konfigurierten Meshtastic-Teilnehmern gelesen werden. Für private Kommunikation können eigene Kanäle mit einem individuellen Schlüssel eingerichtet werden.

Private Kanäle können beispielsweise mittels QR-Code oder Konfigurationslink an weitere Teilnehmer weitergegeben werden.

Aktuelle Meshtastic-Versionen verwenden für Direktnachrichten zwischen bekannten Nodes zusätzlich Public-Key-Kryptografie. Die dazu notwendigen Schlüssel werden auf den Funkgeräten verwaltet; ein Benutzerkonto bei Meshtastic ist auch dafür nicht erforderlich.

MeshCore – ein anderes Mesh-Konzept

MeshCore verfolgt trotz derselben LoRa-Grundtechnik ein anderes Netzkonzept als Meshtastic. Ein normaler Benutzer verwendet einen sogenannten Companion Node, der beispielsweise über Bluetooth mit der MeshCore-App auf einem Smartphone verbunden wird. Daneben kennt MeshCore gezielt eingerichtete Repeater, welche Nachrichten über grössere Distanzen weiterleiten.

Während bei Meshtastic grundsätzlich auch normale Teilnehmergeräte Nachrichten anderer Nodes weiterleiten können, übernehmen diese Aufgabe bei MeshCore gezielt dafür konfigurierte Repeater. Dadurch lässt sich insbesondere ein grösseres, infrastrukturbasiertes Mesh kontrollierter aufbauen und der Funkverkehr gezielter führen. Die Reichweite hängt damit stark davon ab, welche Repeater in einer Region erreichbar sind.

Eine direkte Verbindung zwischen zwei MeshCore-Teilnehmern ist auch ohne Repeater möglich, sofern sich deren Geräte unmittelbar per Funk erreichen. Für grössere Distanzen bilden hingegen gut positionierte Repeater das eigentliche Rückgrat des Netzes.

Companion Nodes, Repeater und Room Server

MeshCore unterscheidet mehrere Gerätefunktionen:

  • Companion Node: persönliches Funkgerät eines Benutzers. Es stellt über Bluetooth oder USB die Verbindung zwischen der MeshCore-App und dem LoRa-Netz her.
  • Repeater: speziell platzierter Infrastrukturknoten, der Nachrichten weiterleitet und dadurch die Reichweite des Netzes vergrössert.
  • Room Server: eine Art kleines netzunabhängiges elektronisches Postfach beziehungsweise BBS. Dort können Nachrichten gespeichert werden, sodass ein Benutzer sie auch später abrufen kann, wenn er zum Zeitpunkt der Übertragung nicht erreichbar war.

MeshCore unterstützt daneben auch vollständig eigenständige Geräte mit Display und Tastatur, beispielsweise verschiedene LilyGo-T-Deck-Modelle. Diese benötigen für das Schreiben und Lesen von Nachrichten kein Smartphone.

Meshtastic oder MeshCore?

Welches der beiden Systeme zweckmässiger ist, hängt stark vom vorhandenen Netz ab.

Meshtastic ist besonders interessant, wenn sich Teilnehmer direkt oder über weitere normale Meshtastic-Nodes erreichen können. Das Mesh entsteht damit vergleichsweise dezentral und benötigt nicht zwingend eine speziell aufgebaute Repeater-Infrastruktur.

MeshCore setzt stärker auf bewusst aufgebaute Infrastruktur mit exponierten Repeater-Standorten. In Regionen mit einem gut ausgebauten MeshCore-Netz kann dadurch ein weitreichendes und effizient strukturiertes Nachrichtennetz entstehen.

In der Schweiz existiert inzwischen eine aktive MeshCore-Community, die sich unter anderem mit Repeater-Standorten, regionalen Netzen und einem schweizweiten Backbone beschäftigt.

Beide Systeme können deshalb nebeneinander sinnvoll sein. Entscheidend ist letztlich weniger die theoretische maximale Reichweite als die Frage, welche anderen Nodes beziehungsweise Repeater am eigenen Standort tatsächlich erreichbar sind.

Sicherheit und Datenschutz

Sowohl bei Meshtastic als auch bei MeshCore sollte zwischen öffentlichen und privaten Kommunikationsformen unterschieden werden.

MeshCore unterstützt sowohl öffentliche als auch private Kanäle und beschreibt seine Direktkommunikation als Ende-zu-Ende-verschlüsselt. Private Kanäle können ebenfalls verschlüsselt betrieben werden.

Bei beiden Systemen sollte dennoch davon ausgegangen werden, dass öffentlich konfigurierte Kanäle tatsächlich öffentlich sind. Vertrauliche oder besonders schützenswerte Informationen gehören nur in entsprechend geschützte Kommunikationswege.

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