LoRa, Meshtastic e Meshcore: cosa sono?

Perché una rete mesh?

Comunicare Off-Grid

Applicazioni reali ad oggi

Cos’è LoRa?

LoRa è una tecnologia di comunicazione a bassa potenza e lunga portata progettata per trasmettere dati, mediante piccoli apparati rx/tx detti ‘nodi’, su distanze molto più lunghe rispetto ad altre tecnologie come Wi-Fi o Bluetooth.

E’ una tecnologia di comunicazione wireless sviluppata per reti IoT (Internet of Things). Si basa sulla modulazione Chirp Spread Spectrum, che consente di coprire distanze anche superiori a 10 km in campo aperto, con un consumo energetico estremamente ridotto, garantendo una lunga durata delle batterie e rendendola ideale per applicazioni che richiedono connessioni a lunga distanza ma con basse velocità di trasmissione.

I nodi, autosufficienti a livello energetico, con pannello solare ed accumulatore permettono poi una totale indipendenza dello stesso e quindi un funzionamento senza soluzione di continuità.

Caratteristiche principali

• Bassa velocità di trasmissione dati (tipicamente da 300 bps a 50 kbps)
• Estesa copertura radio (da 2 a 15 km, a seconda del terreno e dell’antenna)
• Ottimo per reti di sensori distribuiti
• Non richiede infrastrutture cellulari
• Opera tipicamente nelle bande ISM: 868 MHz in Europa, 915 MHz in USA, 433 MHz in alcune regioni.

LoRa viene utilizzato come strato fisico in diverse architetture di rete. Quando abbinato a un protocollo come LoRaWAN, forma una rete stella-to-gateway; quando usato con mesh routing (come in Meshtastic o Meshcore), può creare reti decentralizzate.

Cos’è Meshtastic?

Meshtastic è una piattaforma open-source che sfrutta LoRa per creare una rete mesh, cioè una rete in cui ogni dispositivo agisce da nodo, passando i segnali ad altri dispositivi della rete. In questo modo, anche se due dispositivi non possono comunicare direttamente tra loro, il segnale può essere inviato attraverso altri nodi, estendendo notevolmente la portata della comunicazione.

È nato per offrire comunicazioni offline in ambienti remoti o durante emergenze, ma sta trovando applicazioni crescenti anche in progetti IoT leggeri. Il sistema è facilmente accessibile, con dispositivi economici che possono essere programmati per trasmettere informazioni via LoRa.

Caratteristiche principali

• Open-source: Meshtastic è gratuito e basato su codice aperto, il che lo rende ideale per chi ha un budget limitato o per chi vuole personalizzare facilmente la propria rete.
• Basso Costo: funziona con moduli ESP32 + chip radio LoRa (es. RAK, TTGO, Heltec).
• Facile da usare: È progettato per essere semplice da configurare e utilizzare, anche per chi non ha esperienza con la tecnologia delle reti mesh. Ha un interfaccia web/mobile semplice e immediata.
• Adatto per piccole reti: Meshtastic è ottimo per reti di piccole dimensioni, come quelle utilizzate da gruppi di escursionisti, club radioamatoriali o piccole aziende agricole.
• Ottimo per piccoli progetti IoT: tracking, messaggistica, monitoraggio base.
• App Android/iOS per messaggi via Bluetooth
• Connettività peer-to-peer: Non necessita di una rete centrale o di infrastrutture costose, quindi è facile da distribuire in modo rapido ed efficiente. supporto per MQTT.

Limitazioni

• Protocolli e payload semplificati (non pensato per grandi volumi di dati).
• Non adatto a reti industriali complesse o che necessitano di alta affidabilità.

Uso attuale nell’IoT

• Progetti amatoriali, outdoor, eventi.
• Tracciamento persone, animali o veicoli in zone rurali o forestali.
• Sensori ambientali a basso traffico dati (es. umidità, temperatura).
• Allarmi e comunicazioni in assenza di rete GSM.

Cos’è Meshcore?

Meshcore è una piattaforma simile a Meshtastic ma è più avanzata e professionale. Utilizza LoRa in una rete mesh decentralizzata, con routing intelligente, supporto a più sensori, gateway, e integrazione cloud/IoT.

Con Meshcore ogni dispositivo nella rete può essere configurato per svolgere ruoli specifici, come la gestione di sensori o la trasmissione di dati a lunga distanza con una maggiore efficienza e affidabilità rispetto ad altri sistemi di rete mesh.

Caratteristiche principali

• Monitoraggio Ambientale e IoT con sensori avanzati: Per il monitoraggio di parametri come la qualità dell’aria, temperatura, umidità, ecc. È adatta a operazioni che richiedono dati dettagliati e sensori ad alte prestazioni, come il monitoraggio della qualità del suolo, del clima, e delle risorse idriche in tempo reale.
• Rete sicura ed indipendente: È progettata per ambienti critici, con la possibilità di configurare nodi avanzati, sensori personalizzati e gateway specifici per le necessità aziendali. routing ottimizzato, QoS, gestione remota dei nodi.
• Reti di Sensori nelle Reti Agricole: Permette il monitoraggio in tempo reale delle coltivazioni, garantendo una gestione più precisa e puntuale delle risorse.
• Supporto multi-sensore: suolo, meteo, inquinamento, asset tracking, ecc.
• Scalabilità: Può supportare reti grandi con centinaia di nodi, molto più ampie rispetto a Meshtastic, grazie alla sua capacità di gestire una vasta gamma di dispositivi e sensori.
• Integrazione con sistemi esistenti: Meshcore può integrarsi facilmente con altre tecnologie, come piattaforme cloud per la gestione dei dati o soluzioni IoT (Internet of Things), rendendo possibile la creazione di sistemi di monitoraggio complessi.
• Integrazione IoT: supporto per MQTT, API, cloud (AWS, Azure, ecc.)

Uso attuale nell’IoT

• Agricoltura di precisione: monitoraggio costante di umidità, suolo, irrigazione
• Smart farming: reti mesh di sensori LoRa in appezzamenti remoti
• Industria ambientale: controllo di qualità dell’aria e delle acque
• Smart City: reti mesh per monitoraggio traffico, clima, parcheggi
• Protezione civile e gestione emergenze: reti autonome per sensori e comunicazioni in aree colpite

Perché Si Stanno Diffondendo

1. Basso Consumo Energetico: Reti mesh progettate per operare a bassa potenza, il che le rende particolarmente vantaggiose in scenari dove l’accesso a fonti di alimentazione è limitato.
2. Lunga Portata: La capacità di comunicare a lunghe distanze è uno dei principali punti di forza di LoRa. Grazie alla natura delle reti mesh, i dispositivi possono fare “rimbalzare” i messaggi da un nodo all’altro.
3. Flessibilità e Personalizzazione: Si possono configurare le reti secondo le esigenze, creando soluzioni su misura per vari progetti e scenari, dal semplice monitoraggio remoto alla creazione di reti di sensori avanzati.
4. Bassi Costi e Facilità di Accesso: Rispetto ad altre soluzioni professionali sono soluzioni relativamente economiche. La comunità open-source contribuisce a rendere questi strumenti facilmente accessibili anche a chi è alle prime armi con il mondo delle comunicazioni avanzate.

Limiti in generale

Nonostante i punti di forza, ci sono anche alcuni limiti da considerare:

* Duty Cycle: è la frazione di tempo in cui un dispositivo radio è attivo o “in trasmissione”
In Europa, i dispositivi LoRa che operano nella banda 863-870 MHz devono rispettare rigide normative sul duty cycle che variano a seconda della sottobanda, come definito dallo standard ETSI EN 300 220. Un requisito comune è un duty cycle massimo dell’1% sulla maggior parte delle sottobande, il che significa che i dispositivi possono trasmettere solo per 36 secondi ogni ora per evitare congestioni. Tuttavia, alcune sottobande specifiche, come quella da 869,4 MHz a 869,65 MHz, consentono un duty cycle più elevato, pari al 10%

Ma ogni nodo non solo trasmette, può anche inoltrare pacchetti di altri nodi. Quindi tenere conto di questo fattore è essenziale.

* Velocità ridotta: la tecnologia LoRa permette distanze elevate, ma la quantità di dati trasmissibili è molto bassa (adatta solo a messaggi testuali e coordinate).

* Interferenze ambientali: edifici, vegetazione e ostacoli possono ridurre la portata.

* Dipendenza dal numero di nodi: più la rete è popolata, più diventa affidabile; in zone con pochi nodi attivi la copertura può risultare molto limitata.

Nota di Redazione

Un futuro promettente ma una attualità di sperimentazione

Nel voler creare una rete di messaggistica globale peer to peer ed off-grid, si chiede a queste piccole ricetrasmittenti ed ai sistemi di rete che le vorrebbero connesse di fare qualcosa che non è esattamente il loro scopo nativo. Come spesso accade ad alcune tecnologie che inizialmente vengono sviluppate per alcuni scopi poi vengono applicate (si spera con successo) ad altro.

La portata teoricamente può arrivare fino a 15 km in ambienti aperti e fino a 5 km in ambienti urbani densamente popolati ma nella pratica, con Meshtastic, a volte nodi discretamente vicini non riescono a 'vedersi' (o solo sporadicamente) mentre sono riportati casi di collegamenti tra nodi distanti centinaia di km, dovuti a particolari condizioni e variabili.

Sulle varie community però è un brulicare di utenti che testano apparati e configurazioni, andando ad installare anche nodi autosufficienti in altura in modo da coprire più territorio possibile e poter servire come 'repeater' agevolando la sperimentazione di tutti.

Firmware e software a supporto di queste piccole radio pare abbiano bisogno ancora di tempo per risolvere tutte le problematiche che si possono testare direttamente, se si inizia a sperimentare. Soprattutto sono l'affidabilità e la continuità che vanno migliorate. Il Duty Cycle, ad esempio, può essere un bell'ostacolo per scambiarsi dei messaggi per come siamo abituati a fare.

La forza, nella ricerca di soluzioni, risiede però proprio nella natura open-source e nella community globale che contribuisce attivamente allo sviluppo di tutto. 

Le prospettive di crescita parrebbero quindi incoraggianti, grazie anche al costo contenuto dei dispositivi compatibili e al sempre crescente numero di utilizzatori. Riuscire nella creazione di una reale rete di comunicazione off-grid affidabile sarebbe qualcosa di assolutamente auspicabile ma al momento è ancora pura sperimentazione.

Link esterni:
https://www.loraitalia.it/
https://meshtastic.org/
https://meshitaly.it/
https://meshcore.co.uk/

Lora Meshtastic Meshcore