Progetto Lo.Ra.   A.R.I.-R.E. Arezzo

Per chi volesse sperimentare una “nuova tecnica” radio con alcuni colleghi radioamatori di Arezzo e non solo, stiamo portando avanti un progetto di comunicazione “alternativa” attraverso il protocollo Lo.Ra. (Long Range), una tecnologia wireless a lunga portata e basso consumo energetico che trova la sua prima implementazione nell’IoT; modula i segnali usando la tecnica Chirp Spread Spectrum (CSS) per resistere a interferenze e rumori, offrendo alta sensibilità di ricezione. Per quanto LoRa possa essere utilizzato per trasmettere su qualsiasi frequenza, principalmente vengono utilizzate le bande ISM (industriale, scientifica e medica) senza necessità di licenza.

Un modulo LoRa integra al suo interno un chip radio e un microcontrollore, caratteristica che gli permette di funzionare come un’unità completa e autonoma per la comunicazione.

Oltre a questa capacità comunicativa di base, è possibile integrare nel modulo diversi tipi di sensori che consentono di rilevare e trasmettere una vasta gamma di informazioni ambientali e contestuali, quali ad esempio la temperatura, l’umidità, la qualità dell’aria, la pressione atmosferica, la posizione geografica tramite GPS, il livello di luminosità.

Il modulo quando è attivo ed entra a far parte di una rete LoRa viene definito nodo. Un nodo si divide fondamentalmente in due tipologie: fisso ovvero con posizione fissa, solitamente utilizzato per ripetere ed inoltrare le informazioni ed opzionalmente può essere connesso ad internet per implementare alcuni servizi (in questo caso prende il nome di Gateway), l’altra tipologia sono quelli mobili che permettono di fare tracking della propria posizione.

Per quanto riguarda l’ambito radioamatoriale, la tecnologia LoRa permette di trasmettere messaggi testuali, beacon periodici, posizioni GPS, dati meteorologici e telemetrie varie senza necessitare né di una connessione Internet né di rete cellulare, quindi ideale per comunicazioni off-grid, robuste e a bassissimo consumo sfruttando esclusivamente la radiofrequenza creando quindi una rete mesh, nella quale ogni nodo può fungere da trasmettitore, inoltrando le informazioni agli altri nodi e ampliando così dinamicamente copertura e resilienza del sistema. È evidente la possibilità di impiegare questa soluzione in una situazione di emergenza, dove ogni comunicazione telefonica e cellulare è preclusa e ogni scambio di dati è possibile esclusivamente via radio.

Attualmente per la città di Arezzo sono installati due nodi fissi in sperimentazione: uno per la banda libera 868 MHz ed uno per la banda radioamatoriale 433 MHz, autonomi ed in altura grazie alla disponibilità delle postazioni radio ripetitrici A.R.I. a servizio della rete radio CCS Prefettura, che fungono da ripetitori per la ritrasmissione delle informazioni all’interno della rete mesh. La loro autonomia energetica è garantita dal bassissimo consumo (10-100mW) dell’hardware che compone ciascun nodo. Grazie a un piccolo pannello fotovoltaico e ad una batteria, è possibile alimentarli in modo completamente indipendente dalla rete elettrica domestica, rendendoli così installabili anche in posizioni remote prive di alimentazione tradizionale.

Tutto ciò è reso possibile grazie a diversi progetti Open Source che si sono sviluppati e perfezionati nel corso degli anni, creando un ecosistema collaborativo in continua evoluzione. Come gruppo di appassionati di tecnologia LoRa della Sezione ARI di Arezzo, abbiamo aderito a due progetti che sono attualmente i più diffusi e che stanno mettendo in comunicazione ormai quasi tutta Italia.

Il primo è Meshtastic che opera sulla banda di frequenza 868 MHz ad uso libero, il che significa che chiunque può utilizzarlo senza necessità di licenza ciò è dovuto dal fatto che rientra tra le frequenze ISM. L’altro progetto è MeshCom, destinato esclusivamente all’uso radioamatoriale ed opera sulla banda di frequenza 433 MHz, richiedendo quindi il possesso di licenza per poter essere utilizzato.

Meshtastic si sta diffondendo anche grazie al lavoro della community LoRa Italia, che ne ha promosso attivamente l’adozione. Si tratta di un applicativo completo, costituito da firmware, applicazioni e dallo stesso protocollo di comunicazione, in grado di gestire non solo lo scambio di messaggi, posizioni GPS e dati di telemetria, ma anche canali tematici pubblici o privati, integrando inoltre la crittografia end-to-end basata su AES. Meshtastic include meccanismi di gestione dei nodi e degli identificativi, routing-mesh con controllo Time To Live e prevenzione dei loop, funzioni di sincronizzazione e discovery dei nodi, una gestione efficiente dei tempi di trasmissione e l’integrazione con applicazioni per Android, iOS e desktop. In sostanza, Meshtastic si occupa della gestione e dell’instradamento dei pacchetti informativi all’interno della rete mesh.

MeshCom è un progetto nato in ambito radioamatoriale, sviluppato originariamente dall’Institute of Citizen Science for Space & Wireless Communication, con l’obiettivo di creare un sistema di comunicazione digitale realmente radioamatoriale, indipendente da infrastrutture esterne e basato su collegamenti diretti via radio. Il progetto affonda le sue radici nell’esperienza del packet radio e di APRS, dai quali riprende alcuni concetti fondamentali di instradamento e gestione dei pacchetti, rielaborandoli in una forma più moderna e orientata alle reti mesh. Nel tempo MeshCom si è evoluto grazie al contributo della community OM, diffondendosi inizialmente nei paesi di area DACH e successivamente anche in altri contesti radioamatoriali. Si tratta di un protocollo completo che comprende firmware, App, protocollo e Web server.

MeshCom consente lo scambio di messaggi testuali, informazioni di instradamento e dati di stato, organizzando i nodi in una rete mesh. Il sistema implementa meccanismi di identificazione dei nodi, instradamento automatico dei pacchetti, prevenzione dei loop e gestione dinamica dei percorsi, permettendo alla rete di adattarsi in modo automatico alla topologia radio. In sostanza, MeshCom fornisce ai radioamatori uno strato di rete che si occupa dell’instradamento dei pacchetti dati via radio.

Attualmente è in fase di sperimentazione grazie al supporto del Gruppo Radioamatori Firenze, che ne favorisce lo sviluppo software e la diffusione del progetto nel contesto radioamatoriale italiano.

 

Quando si parla di reti mesh, uno degli elementi chiave da comprendere è il concetto di hop, ovvero il “salto” che un pacchetto di dati compie passando da un nodo all’altro: se due nodi comunicano direttamente si parla di un solo hop; se invece il messaggio deve attraversare uno o più nodi intermedi, il numero di hop aumenta. Il modo in cui un sistema gestisce questi hop influisce in maniera decisiva sull’efficienza, sull’affidabilità e sul comportamento complessivo della rete.

Meshtastic e MeshCom affrontano questo aspetto con filosofie differenti.
Il primo utilizza un approccio molto flessibile e distribuito: i nodi non mantengono una conoscenza dettagliata della topologia della rete, ma si limitano a ritrasmettere i messaggi secondo alcune regole di base. Ogni pacchetto ha un limite massimo di hop, definito dal cosiddetto TTL (Time To Live), che evita che i messaggi circolino indefinitamente. Sono inoltre presenti meccanismi per ridurre le ritrasmissioni inutili, ma il percorso seguito dal pacchetto non è rigidamente definito. Questo rende la rete semplice da espandere e molto tollerante ai cambiamenti, soprattutto in presenza di nodi mobili o accesi e spenti frequentemente, anche se può comportare un numero maggiore di ritrasmissioni.

MeshCom, al contrario, adotta una gestione degli hop più consapevole e strutturata. I nodi hanno una visione più chiara della rete e utilizzano informazioni di instradamento per decidere in modo più preciso come inoltrare i pacchetti. Il numero di hop viene gestito in maniera più controllata e il percorso dei messaggi risulta generalmente più prevedibile. Questo approccio riduce le trasmissioni ridondanti e rende il comportamento della rete più stabile, soprattutto quando la topologia è relativamente fissa o pianificata. Un ulteriore elemento distintivo di MeshCom è l’integrazione di APRS (Automatic Packet Reporting System), utilizzato per il tracciamento dei nodi e la condivisione delle informazioni di posizione e stato. Questo permette di visualizzare la rete, comprendere come sono distribuiti i nodi e analizzare in modo più immediato il comportamento degli hop all’interno della mesh. Meshtastic, pur gestendo posizioni e telemetrie, utilizza un sistema proprio e non si appoggia ad APRS, concentrandosi maggiormente sulla comunicazione diretta tra gli utenti.

 

In sintesi, la differenza fondamentale tra i due sistemi sta proprio nella gestione degli hop e del routing: Meshtastic privilegia la semplicità e la capacità di adattarsi dinamicamente, mentre MeshCom punta a un maggiore controllo del percorso dei pacchetti e a una visione più strutturata della rete, anche grazie all’uso di APRS per il monitoraggio dei nodi.

Il LoRa e le sue applicazioni con Meshtastic e MeshCom sono ideali per emergenze e attività di protezione civile, escursionismo ed attività outdoor. Per questo abbiamo deciso di implementarla: l’innovazione nelle comunicazioni alternative passa attraverso la sperimentazione e la collaborazione. Tali tecnologie offrono oggi gli strumenti per costruire le reti di comunicazione del futuro, resilienti, decentralizzate e accessibili. Sta a noi radioamatori e appassionati di tecnologie radio guidare questa evoluzione verso un futuro più connesso e sicuro.

Per iniziare con LoRa sia in 433 che in 868, il consiglio è di acquistare su Ali express, Amazon o altri store online un modulo LoRa (esp32); i modelli testati in pratica e consigliati sono i seguenti:

  • Per i nodi fissi Heltech V3 sia in 868 che in 433 oppure Heltec T114, per 868.
  • Per i nodi mobili (che hanno anche il modulo GPS integrato) LILYGO T-Beam oppure Heltec Wireless Tracker, entrambe sia in 868 che in 433.

Oltre ciò vi consigliamo di cambiare subito l’antenna (“gommino”) che viene fornito con il dispositivo con una tarata per la banda interessata e più performante, oltre ad inserire tra il modulo LoRa e l’antenna un filtro passa banda che migliora di gran lunga la ricezione e la trasmissione, anche questo facilmente reperibile sui vari store.

 

Quello che rimane è ora installare il firmware ai link sotto riportati:

Dunque, scaricare la App dallo store del proprio smartphone.

 

Per la configurazione delle impostazioni vi rimandiamo ai seguenti link:

 

Installato firmware, App e configurato il nodo sarete così operativi!

 

 

Infine, si riportano alcuni link utili per approfondimenti.

 

Per info: IU5SGO Alessio – IU5VKR Filippo                                                                ’73!