Ein gelungener Start in die Welt von Meshcore

Ich starte eine neue Serie zu Meshcore. Dabei stelle ich Meshcore mit seinen wichtigsten Funktionen vor. Die jeweiligen Inhalte werde ich sukzessive in den nächsten Tagen/Wochen veröffentlichen. Dabei möchte ich auf folgende Themen eingehen:

• Teil 1: Grundlagen – Was ist LoRa und woher kommt Meshcore?
• Teil 2: Wie wird eine Nachricht zwischen Companion und Repeater Nodes technisch versendet
• Teil 3: Frequenzen und Ausbreitung – Physik ist bei LoRa alles
• Teil 4: Presets – Wann welches nutzen?
• Teil 5: Verbindung und Einstellungen via Bluetooth (BT) App
• Teil 6: Datenschutz und #Kanäle beitreten/einrichten
• Teil 7: Hardware und die richtigen Einstellungen für den Start
• Teil 8: Erste eigene Analysen
• Teil 9: Stromverbrauch

Ob es noch weitere Teile geben wird, hängt von der Entwicklung ab. Von daher bleibt es spannend.

Was ist ein Thema, ohne die eigentlichen Grundlagen zu kennen? Mir hat es geholfen, um ein besseres Verständnis für Lora bzw. Meshcore zu entwicklen. Die Geschichte von Meshcore ist eng mit dem Meshtastic-Projekt und der Open-Source-Bewegung verknüpft, die etwa um 2019 Fahrt aufnahm.

Ursprung: Das Projekt entstand aus dem Wunsch der Community (allen voran Entwickler wie Kevin Hester), eine völlig unabhängige, lizenzfreie Kommunikation für Outdoor-Aktivitäten wie Wandern, Gleitschirmfliegen oder Skifahren zu schaffen.

Die Vision: Ziel war es, die damals neue LoRa-Technologie nicht nur für Sensoren (wie im industriellen LoRaWAN), sondern für die direkte Textkommunikation zwischen Menschen nutzbar zu machen – ohne auf zentrale Infrastrukturen oder Mobilfunkmasten angewiesen zu sein.

Entwicklung: Was als kleines Bastelprojekt für Funkamateure und Technik-Begeisterte begann, entwickelte sich schnell zu einer globalen Plattform für Krisenvorsorge (Prepping) und zivilgesellschaftliche Kommunikation, da die Hardware immer günstiger und die Software (der „Core“) immer leistungsfähiger wurde.

Bevor man Mesh versteht, muss man das Fundament kennen.

• LoRa (Long Range): Ein proprietäres Funkprotokoll für die Low-Power-Kommunikation.
• Chirp Spread Spectrum (CSS): Informationen werden auf „Chirps“ (frequenzmodulierte Impulse) moduliert.
  Dies macht das Signal extrem widerstandsfähig gegen Rauschen und Störungen.
• Eigenschaften:
  • Sehr hohe Reichweite (bis zu 20+ km bei Sichtverbindung).
  • Extrem geringer Energieverbrauch (Batteriebetrieb über Wochen/Monate).
  • Geringe Datenrate (ideal für Text, nicht für Bilder/Video).

In der Netzwerktechnik unterscheidet man meist zwischen der Stern-Topologie (zentral) und der Mesh-Topologie (dezentral).

Das zentrale Netzwerk (Stern-Topologie):

• Stell dir ein WLAN zu Hause oder das Mobilfunknetz vor. Alle Geräte (Handys, Laptops) sprechen mit einem zentralen Punkt: dem Router oder dem Funkmast.
• Abhängigkeit: Wenn der Router ausfällt oder der Funkmast keinen Strom hat, bricht die gesamte Kommunikation für alle Teilnehmer zusammen.
• Hierarchie: Es gibt eine klare Trennung zwischen „Server“ (Verteiler) und „Client“ (Nutzer).

Das dezentrale Mesh-Netzwerk:

• Bei Meshcore/Meshtastic gibt es diesen „Chef“ nicht.
• Gleichberechtigung: Jeder Node (Knoten) ist gleichzeitig Sender, Empfänger und Vermittler.
• Struktur: Die Intelligenz des Netzwerks ist auf alle Teilnehmer verteilt.

Die Vorteile eines dezentralen Mesh-Netzwerks:

Vertiefung: Wie funktioniert Chirp Spread Spectrum (CSS) genau?

Das Herzstück von LoRa ist nicht einfach nur Funk, sondern eine mathematisch elegante Art, Daten in Frequenzänderungen zu verstecken.  Ein „Chirp“ ist ein Signal, dessen Frequenz sich über die Zeit kontinuierlich ändert. In der LoRa-Welt nutzen wir zwei Hauptformen:

Up-Chirp: Die Frequenz steigt über die Zeit linear an (von der unteren zur oberen Grenze der Bandbreite).

Down-Chirp: Die Frequenz sinkt linear ab.

Daten-Modulation: Die Information wird nicht durch die Frequenz selbst übertragen, sondern durch den Zeitpunkt, an dem ein Chirp innerhalb seines Frequenzsprungs „neu ansetzt“ (Zyklische Verschiebung).

Warum ist CSS so extrem robust?

Die Magie von CSS liegt in der sogenannten Störfestigkeit und dem Verarbeitungsgewinn
(Process Gain): Signale unter dem Rauschen: CSS ermöglicht es, Signale noch zu dekodieren, wenn sie bis zu 20 dB unter dem thermischen Rauschen liegen. Für herkömmliche Funkverfahren (wie FSK oder AM) wäre dieses Signal unlesbar.

Doppler-Resistenz: Da CSS auf der Änderung der Frequenz über die Zeit basiert und nicht auf einer exakten festen Frequenz, ist es sehr unempfindlich gegenüber Frequenzverschiebungen, die durch Bewegung (Doppler-Effekt) entstehen.
Multipath-Resistenz: In Städten werden Funksignale an Häuserwänden reflektiert und kommen zeitversetzt an (Echo). CSS kann diese Echos sehr gut ignorieren, da die zeitliche Verschiebung des Chirps mathematisch klar vom Original unterscheidbar ist.

Der Spreading Factor (SF) – Das „Tuning-Rad von Chirp“
Der Spreading Factor (SF7 bis SF12) bestimmt, wie „breit“ und „langsam“ ein Chirp ist.

Höherer SF (z.B. SF12):
Ein einzelnes Daten-Bit wird über einen sehr langen Zeitraum und viele Chirps verteilt.
Vorteil: Enorme Reichweite und Empfindlichkeit.
Nachteil: Die Nachricht braucht sehr lange zum Senden („Airtime“), was den Akku belastet und die Datenrate minimiert.

Niedrigerer SF (z.B. SF7):
Die Chirps sind kurz und schnell.
Vorteil: Hohe Datenrate, geringer Stromverbrauch.
Nachteil: Geringere Reichweite.

Im zweiten Teil der Serie geht es um den Nachrichtenversand und welche wichtigen Rollen gibt es in der Meshcorewelt.

Bei Fragen stehe ich euch gerne zur Verfügung. Entweder per Funk (DB0FT, DMR TG 26269) oder auch gerne per E-Mail (mario.jeschke@gmail.com)

73, dm1mj, Mario