Meshtastic ist ein Open-Source-Kommunikationssystem, das auf der LoRa-Funktechnologie (Long Range) basiert. Es ermöglicht den Austausch von Nachrichten, Standortinformationen und Sensordaten ohne Mobilfunknetz, WLAN oder Internet. Stattdessen bilden die Geräte ein selbstorganisierendes Mesh-Netzwerk, in dem Nachrichten von Knoten zu Knoten weitergeleitet werden.

Meshtastic wird weltweit von Outdoor-Enthusiasten, Einsatzorganisationen, Forschern, Amateurfunkern (je nach Land unter Einhaltung der jeweiligen Bestimmungen) sowie Entwicklern für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt.

Grundprinzip

Ein Meshtastic-Netz besteht aus vielen kleinen Funkknoten (Nodes).

Jeder Node besitzt typischerweise:

• einen Mikrocontroller (ESP32, nRF52, RP2040 …)
• einen LoRa-Transceiver (Semtech SX1262, SX1276, SX1280 …)
• eine Antenne
• optional GPS
• optional Sensoren
• Akku oder Netzversorgung

Jeder Node erfüllt gleichzeitig zwei Aufgaben:

• Endgerät
• Router

Dadurch entsteht ein dezentrales Netzwerk ohne zentrale Infrastruktur.

Node A  ←→ Node B ←→ Node C ←→ Node D
             ↑
         weiterer Node

Fällt ein Node aus, kann das Netz häufig über andere Routen kommunizieren.

Was ist ein Mesh-Netzwerk?

Im Gegensatz zu klassischen Sternnetzen existiert kein zentraler Access Point.

Bei WLAN:

PC
  
   Router
  /
Handy

Bei Meshtastic:

A ←→ B ←→ C ←→ D
      ↕
      E

Jeder Knoten kann Nachrichten weiterleiten.

LoRa als Übertragungstechnik

Meshtastic verwendet LoRa (Long Range).

LoRa ist keine Internetverbindung.

LoRa ist ein physikalisches Funkverfahren mit:

• sehr großer Reichweite
• geringer Datenrate
• niedrigem Energieverbrauch

Typische Frequenzen:

Europa:

• 868 MHz

USA:

• 915 MHz

Asien:

• 433 MHz
• 920 MHz (je nach Land)

Reichweite

Die Reichweite hängt stark von Gelände und Antennen ab.

Typische Werte:

Der eigentliche Vorteil entsteht jedoch durch das Mesh.

Beispiel:

A ----5 km---- B ----5 km---- C ----5 km---- D

A kann D erreichen, obwohl 15 km zwischen ihnen liegen.

Routing

Meshtastic nutzt ein vereinfachtes Flooding-Verfahren.

Wenn Node A eine Nachricht sendet:

A
↓
B
↓
C
↓
D

empfangen zunächst alle Nachbarn die Nachricht.

Jede Nachricht besitzt eine eindeutige ID.

Hat ein Node diese Nachricht bereits weitergeleitet, ignoriert er weitere Kopien.

Dadurch entstehen keine Endlosschleifen.

Zusätzlich begrenzt ein Hop Count die maximale Anzahl der Weiterleitungen.

Beispiel:

Hop Limit = 3

A → B → C → D

Danach endet die Weiterleitung.

Nachrichtenarten

Meshtastic unterstützt:

Textnachrichten

ähnlich wie Messenger

• Gruppenchat
• Direktnachrichten
• Broadcast

Positionsübertragung

Viele Geräte besitzen GPS.

Sie senden:

• Position
• Höhe
• Geschwindigkeit
• Richtung

Dadurch entsteht eine Live-Karte.

Telemetrie

Geräte können automatisch senden:

• Batteriespannung
• Temperatur
• Luftfeuchte
• Luftdruck
• Spannung
• Strom
• Sensorwerte

Sensordaten

Unterstützt werden beispielsweise:

• BME280
• BME680
• INA219
• INA260
• GPS
• Beschleunigungssensoren

Verschlüsselung

Alle Nachrichten werden verschlüsselt.

Meshtastic verwendet standardmäßig:

AES-256

Nur Geräte mit demselben Kanal-Schlüssel können Nachrichten lesen.

Fremde Geräte sehen lediglich verschlüsselte Daten.

Kanäle

Ein Gerät kann mehrere Kanäle besitzen.

Beispiel:

Kanal 1

Familie

Kanal 2

Wandergruppe

Kanal 3

Sensornetz

Jeder Kanal besitzt:

• Name
• Schlüssel
• Einstellungen

Smartphone-Anbindung

Die Kommunikation erfolgt meist über Bluetooth.

Smartphone
      │
 Bluetooth
      │
 Meshtastic Node
      │
    LoRa Mesh

Apps existieren für:

• Android
• iOS

Zusätzlich gibt es Clients für:

• Windows
• Linux
• macOS

Internet-Gateways

Ein Node kann zusätzlich Internet besitzen.

Dann können Nachrichten beispielsweise über MQTT weitergeleitet werden.

Mesh
   │
Gateway
   │
Internet
   │
anderes Gateway
   │
anderes Mesh

Dadurch lassen sich mehrere regionale Mesh-Netze verbinden.

Energieverbrauch

Ein großer Vorteil ist der geringe Stromverbrauch.

Typische Batterielaufzeiten:

Viele Stationen werden dauerhaft mit Solar betrieben.

Typische Hardware

Sehr beliebt sind:

• LilyGO T-Echo
• LilyGO T-Beam
• Heltec WiFi LoRa 32
• Heltec V3
• RAK WisBlock
• Seeed T1000-E
• Station G2

Typische Anwendungen

Outdoor

• Wandern
• Bergtouren
• Skitouren
• Mountainbike
• Offroad

Veranstaltungen

• Festivals
• Sportveranstaltungen
• Vereinskommunikation

Einsatzorganisationen

• Suchaktionen
• Katastrophenschutz
• Übungen
• Krisenvorsorge

Forschung

• Sensornetze
• Umweltmonitoring
• Waldbrandfrüherkennung
• Wetterstationen

Industrie

• Baustellen
• Landwirtschaft
• Forstwirtschaft
• Energieversorgung

Vorteile

• keine SIM-Karte erforderlich
• keine Mobilfunkkosten
• keine Infrastruktur notwendig
• große Reichweite
• sehr geringer Energieverbrauch
• Open Source
• einfache Erweiterbarkeit
• Ende-zu-Ende-Verschlüsselung
• große weltweite Community

Einschränkungen

Meshtastic ersetzt keinen Mobilfunk.

Es ist für kleine Datenmengen ausgelegt.

Nicht geeignet für:

• Sprache (VoIP)
• Video
• Bilder
• große Dateien
• Streaming

Die nutzbare Datenrate liegt – abhängig von LoRa-Parametern – typischerweise nur im Bereich weniger hundert Bit/s bis einiger kBit/s.