Рубрика: Телекомуникации
Disaster.radio – радио во случај на катастрофи
Автор: Димац Митковски
Објавено на 10.08.2021 - 11:45

Во САД, во последниве години се случија многу временски непогоди кои предизвикаа сериозни катастрофи, како на пример пожари, поплави, циклони и слично. Кога во тие катастрофи ќе исчезне постоечката инфраструктура, која толку многу од нас ја земаат здраво за готово, се поставува прашањето како да се организираме себеси и нашите заедници за соодветен одговор. Во јавноста провејува мислење дека неодамнешните еколошки катастрофи докажаа нешто, а тоа е несоодветност на постојните модели и алатки за да се обезбеди ефикасно распределување на ресурсите, пристап до итни комуникации и ефективна координација на човечките напори. Значи треба да се бараат решенија што се надвор од официјалната мрежа, лесно достапни, сигурни, широко распоредени и отворено дизајнирани. Едно од можните решенија е комуникациска мрежа којашто е приспособлива на катастрофи и напојувана од сончева енергија.

Таков проект наречен disaster.radio е заеднички проект на Sudo Mesh и Secure Scuttlebutt, со дополнителна поддршка на Internet Society и Institute for the Future. Во моментов, проектот е во фаза на прототип. Дизајниран е да биде отворен и децентрализиран, преку мрежа со широк дострел, изградена на бесплатен софтвер и достапен отворен хардвер.

Во проектот се користат следниве технологии:

  • Arduino датотеки (Arduino libraries) напишани во C или C++ кои овозможуваат дополнителна функционалност на вашите скици или шеми (на пример можност за контрола на ЛЕД (Light Emitting Diode)-матрица или читање енкодер).
  • Сериски периферен интерфејс (Serial Periphral Interface-SPI) преку кој чипот LoRa(SX1276) комуницира со микроуправувачот ESP32. Овој протокол бара само четири пинови I/O (GPIO) со општа намена, оставајќи го остатокот слободен за додавање други сензори или уреди.           
  • Асинхрони веб-приклучоци (Asynchronous Web Sockets). Микроуправувачот ESP32 делува како целосен веб-сервер што служи на HTML-страници со вградени CSS и Java Script. Функционира и како сервер за веб-приклучоци кој асинхроно ги пренесува податоците помеѓу микроуправувачот и веб-страницата на клиентот.
  • Bluetooth со мала енергија (Bluetooth Low Energy - BLE); ESP32 може да работи во режим на мала енергија со исклучување на WiFi антената и користење на режимот BLE. Потоа до disaster.radio може да се пристапи преку отворената Андроид апликација DisasterRadio BLE.

Хардверот за disaster.radio е колку што е можно поотворен. Срцето на уредот се микроуправувачот ESP32 (за WiFi и BLE) и примопредавателот LoRa(SX1276).

LoRa модул со малечка 'шпиунска' антена

Чипот LoRa(SX1276) е радиопримопредавател со долг досег, мал опсег и неговата модулациска шема овозможува врска од јазол до јазол за мрежата на disaster.radio.

ESP32 е серија микроуправувачи за чипови со интегриран WiFi и Bluetooth со двоен режим. Ова овозможува WiFi пристап во непосредна близина на јазолот, овозможувајќи на поголемиот број модерни уреди да се поврзат со мрежата. Користат микропроцесор Tensilica Xtensa LX6 со двете варијации, двојадрен и еднојадрен, и вклучува вградени прекинувачи на антени, RF коло за конвертирање сигнали, засилувач за напојување, нискошумен приемен засилувач , филтри и модули за управување со моќност.

ESP-WROOM-32 модул со ESP32‑D0WDQ6 чип

Напојувањето е преку соларен панел и батерија, а што се однесува до плочата, таа е во фаза на дизајнирање.

Софтверот за disaster.radio служи како интерфејс меѓу крајниот корисник и радиото LoRa. Во моментов, во развој постојат три апликации за крајните корисници:

  • Разговор (Chat) – Апликацијата за разговор служи за испраќање и примање пораки со соседните јазли преку WiFi.
  • Мапи (Maps) – Апликација за мапирање опслужена од disaster.radio преку WiFi, за поставување знаци и споделување локации на мапа на локална област.
  • BLE (Bluetooth со мала енергија) андроидна апликација (BLE Android App) – апликација Андроид која се поврзува со радиото преку Bluetooth Low Energy (BLE) и обезбедува слични функции со апликациите за Разговор и Мапи.

Рутирањето е такво што секој јазол од мрежата може да се поврзе со кој било друг соседен јазол. Овие соседни јазли се поврзуваат со соседните и така натаму. За да се овозможи ова, мрежата користи протокол за рутирање со отворен извор наречен LoRaLayer2. Тој е дизајниран така што да биде „мрежен први“ („mesh-first“) и p2p („peer-to-peer“), со тоа што не постои концепт на клиент-сервер или хиерархија наметната на мрежата. Групата јазли што комуницираат со овој протокол создаваат ЛоРа мрежа (LoRa Mesh).

Постојат голем број проекти слични на disaster.radio, кои ги развиваат луѓе низ целиот свет. Подолу се прикажани проектите кои решаваат слични проблеми:

  • www.meshtastic.org Meshtastic™ е проект кој Ви овозможува да користите евтини GPS радија (30 американски долари) со долг век на траење на батеријата, безбеден, мрежен комуникациски GPS. Овие радија се одлични за пешачење, скијање, параглајдерство – во суштина, секое хоби каде што немате сигурен пристап до интернет. Секој член на вашата приватна мрежа секогаш може да ја види локацијата и растојанието на сите други членови и сите текстуални пораки испратени до вашиот разговор во групата. Уредите автоматски создаваат мрежа за да ги испраќаат пакетите по потреба, така што секој во групата може да прима пораки дури и од најоддалечениот член. Радиото по избор ќе работи со вашиот телефон, но не е потребен телефон.
  • locha.io Не се потребни претплати. Испратете текст, аудио и bitcoin без услуга за мобилни телефони или интернет, сè додека трае батеријата на вашиот уред на Locha Mesh.
  • www.project-owl.com Комуникациските мрежи се скапи и кревки. Тие се бавни за распоредување и тешко се одржуваат. Премногу често оваа инфраструктура е исфрлена од употреба поради застој, преоптоварување или природни непогоди. Проектот OWL носи заедно хардвер и софтвер. Едноставни безжични уреди воспоставуваат мрежи на теренот со софтвер кој ни овозможува да го користиме.
  • github.com/sparrow-platform/duck-sparrow-link Оваа платформа помага да се воспостави поврзаност од паметните телефони во IBM Watson позадината преку мрежата на интерфејси LoRa / BLE / WiFi. Хардверот првенствено се состои од 2 вида уреди, Мама и Папа уреди. Уредите Мама се поврзуваат со паметните телефони преку BLE и WiFi и добиваат податоци што се проследуваат до Папа уредите преку LoRa. Уредите Папа при прибирањето на овие податоци ги анализираат и ги објавуваат на соодветна mqtt тема, така што ќе стигнат до позадината на IBM Watson. Одговорот е асинхроно добиен на различна тема mqtt која повторно се испраќа назад во Мама преку LoRa и потоа е примен од паметниот телефон.
  • github.com/nootropicdesign/lora-mesh Овој проект ги имплементира компонентите на системот што демонстрира мрежно поврзување помеѓу LoRa јазлите и начин за визуелизација на мрежата на веб-страница.
  • www.lantern.works Кога се случуваат поплави и земјотреси, мобилните мрежи имаат тенденција да страдаат. Градиме нов уред со долг дострел што можете да го користите за испраќање мапи, статус и пораки, директно низ градот. Lantern (Фенер) нуди отворена Wi-Fi мрежа. Едноставно поврзете се за да добиете апликации што работат офлајн во вашиот прелистувач. Корисниците се спојуваат заедно, за да создадат градска мрежа што ќе се распореди во секунди.
Клучни зборови:
LoRa модул со малечка 'шпиунска' антена

LoRa модул со малечка 'шпиунска' антена

ESP-WROOM-32 модул со ESP32‑D0WDQ6 чип

ESP-WROOM-32 модул со ESP32‑D0WDQ6 чип