قم ببناء تطبيقات إنترنت الأشياء طويلة المدى بسرعة باستخدام Meshtastic

يا أنا يا شبك! يمتلك العديد من الصحفيين العاملين في هذا المجال تقنية واحدة على الأقل للحيوانات الأليفة لم يتم إطلاقها أبدًا بالطريقة التي يعتقدون أنها ينبغي أن تكون عليها. طائرات الركاب التي تفوق سرعتها سرعة الصوت، ومحطات الطاقة الحرارية في أعماق البحار، ولوحات المفاتيح الموسيقية – كلها لها أتباعها، الذين يتوقون إلى اغتنام فرصة التغطية على افتتانهم. بالنسبة لي، هو راديو شبكي الأنظمة التي أسرتني لأول مرة عندما كنت كذلك التجول في وسط مدينة لاس فيغاس في عام 2004. في تلك الحقبة التي سبقت ظهور الهواتف الذكية، وقبل عصر الجيل الثالث تقريبًا، كنت أختبر شبكة متداخلة نشرتها شركة محلية ناشئة، حيث قمت بتنزيل الملفات بمعدل مذهل يبلغ آنذاك 1.5 ميجابت في الثانية في سيارة متحركة. من الواضح أن الشبكة وبنيتها الرقمية اللامركزية المخصصة كانت مستقبل الاتصالات اللاسلكية!

وللأسف، خلال العقدين التاليين، كانت الشبكات المعشقة بطيئة في الحلول محل أنظمة الراديو التقليدية. لقد برزت على نطاق صغير في أشياء مثلزيجبي بروتوكول لاسلكي لإنترنت الأشياء، وفي السنوات الأخيرة أصبح من الشائع رؤية شبكات Wi-Fi ممتدة باستخدام المنتجات المبنية على الشبكات مثل إيرو. لكنها لا تزال تقنية أعتقد أنها لم تحقق إمكاناتها بعد. لذلك كنت متحمسًا لرؤية ظهور المصادر المفتوحة البروتوكول المتشابكوانتشار الأجهزة الصديقة للبيئة من حوله. كان علي أن أحاول ذلك بنفسي.

تم بناء Meshtastic على الجزء العلوي من شعبية متزايدة لورا تقنية (بعيدة المدى)، والتي تعتمد على أساليب انتشار الطيف لإرسال إشارات ذات طاقة منخفضة ونطاق ترددي منخفض لمسافات تصل إلى حوالي 16 كيلومترًا (في ظروف مثالية) باستخدام نطاقات راديو غير مرخصة. تختلف الترددات الدقيقة حسب المنطقة، ولكنها تقع في نطاق 863 إلى 928 ميجا هرتز. لن تستخدم شبكة Meshtastic للتنزيلات بسرعة 1.5 ميجابايت/ثانية، أو حتى الاتصالات الصوتية. ولكن يمكنك استخدامه لتبادل الرسائل النصية وبيانات الموقع وما شابه ذلك في حالة عدم وجود أي بنية تحتية أخرى للاتصالات.

المتصل المستقل [bottom of illustration] يمكن طلب تجميعها، أو يمكنك إنشاء تصميم خاص بك من ملفات تصميم مفتوحة المصدر. تعتمد لوحة تطوير RAKwireless Meshtastic على وحدات التوصيل، بما في ذلك لوحة الناقل، ومستشعر البيئة، ولوحة توسيع الإدخال / الإخراج، ووحدة الراديو، وشاشة OLED، ووحدات LoRa وBluetooth.جيمس بروفوست

لاختبار الرسائل النصية، اشتريت ثلاثة أجهزة الاتصالات المحمولة HelTXT مقابل 85 دولارًا أمريكيًا لكل منها على Tindie. هذه في الأساس مجرد بطارية ولوحة مفاتيح وشاشة صغيرة ووحدة تحكم دقيقة تعتمد على ESP32 وراديو LoRa في حاوية مطبوعة ثلاثية الأبعاد. كانت خطتي الأصلية هي إكراه اثنين من زملائي IEEEنطاق انتشر المحررون في جميع أنحاء مانهاتن للتعرف على نطاق الأجهزة المحمولة في بيئة حضرية كثيفة. ومن خلال تشغيل وإيقاف جهاز وسيط، سنوضح كيفية نقل الإشارات بين الأجهزة المحمولة التي قد تكون خارج نطاق بعضها البعض.

أصبحت هذه الخطة موضع نقاش في غضون دقائق قليلة من تشغيل الأجهزة المحمولة. تم الترحيب بإرسال اختبار “مرحبًا” بكلمة “مرحبًا” غير متوقعة. الإعداد الافتراضي للأجهزة المحمولة هو العمل على قناة عامة، وقد تم استلام رسالتي الاختبارية من قبل شخص لديه إعداد Meshtastic على بعد حوالي 4 كيلومترات، عبر النهر الشرقي. ثم لاحظت أن جهازي المحمول قد اكتشف مجموعة من العقد المتشابكة الأخرى، بما في ذلك واحدة على بعد 5 كيلومترات في الطرف الجنوبي لمانهاتن. ومن الواضح أن النطاق لن يمثل مشكلة، حتى مع وجود غابة من ناطحات السحاب تسد الأفق. في الواقع، نظرًا للشعبية الواضحة لـ Meshtastic، سيكون من المستحيل اختبار المتصلين بمعزل عن غيرهم! (اثنين نطاق يعيش المحررون في ولاية مينيسوتا، لذا آمل أن أقنعهم بتجربة اختبارات النطاق مع عدد أقل من مستخدمي Meshtastic لكل كيلومتر مربع.)

انتقلت إلى فكرة الاختبار التالية، وهي تبادل البيانات والأوامر في الوقت الفعلي عبر الشبكة. اشتريت 25 دولارًا مجموعة بداية WisBlock Meshtastic من RAKwireless، الذي يجمع بين راديو/وحدة تحكم دقيقة LoRA ولوحة توسيع. يمكن لهذه اللوحة أن تستوعب مجموعة مختارة من التصميمات الذكية والمصممة بذكاء وحدات المكونات في الأجهزة غير مكلفةبما في ذلك أجهزة الاستشعار والشاشات. يحتوي الراديو على هوائيات LoRa وBluetooth، ويوجد تطبيق الهاتف الذكي لطيف يستخدم اتصال Bluetooth لإرسال الرسائل النصية عبر الراديو وتكوين العديد من الإعدادات. يمكنك أيضًا تكوين أجهزة الراديو عبر كابل USB و برنامج واجهة سطر الأوامر بايثون.

بالإضافة إلى الأشياء الأساسية مثل إنشاء قنوات مشفرة خاصة، يمكنك تمكين عدد من وحدات البرامج في البرامج الثابتة. تم تصميم هذه الوحدات لإنجاز المهام الشائعة، مثل قراءة البيانات وإرسالها بشكل دوري من مكون إضافي متصل بمستشعر بيئي. من المحتمل أن تكون الوحدة البرمجية الأكثر فائدة هي الوحدة التسلسلية، والتي تتيح لأجهزة Meshtastic العمل كبوابة بين شبكة الراديو ووحدة التحكم الدقيقة الثانية التي تقوم بتشغيل تطبيق IoT المخصص الخاص بك، والتواصل عبر اتصال ثنائي أو ثلاثة أسلاك.

شهد بروتوكول Meshtastic تطورًا كبيرًا. في النظام الأولي، أي عقدة سمعت البث ستعيد بثه، مما يؤدي إلى الازدحام المحلي [top row]. ولكن الآن، يتم استخدام قوة الإشارة كبديل للمسافة، مع بث العقد الأكثر بعدًا أولاً. لن تقوم العقد التي تسمع البث مرتين بإعادة بثه، مما يقلل الازدحام [bottom row].جيمس بروفوست

بالنسبة للعرض التوضيحي الخاص بي، قمت بتوصيل زر ومصباح LED إلى أدفروت جراند سنترال لوحة تشغيل CircuitPython. (اخترت هذه اللوحة لأن مستويات 3.3 فولت الخاصة بها متوافقة مع أجهزة RAKwireless.) لقد قمت ببرمجة Grand Central لإرسال رسالة أسكي– رسالة مشفرة إلى راديو RAKwireless عبر اتصال تسلسلي عندما ضغطت على الزر، ولإضاءة مؤشر LED إذا تلقى سلسلة ASCII تحتوي على كلمة “btn”.

على جانب الراديو، استخدمت موسع الإدخال/الإخراج الإضافي لتوصيل أسلاك الإرسال والاستقبال التسلسلي. كان الجزء الصعب هو تعيين أسماء الدبوس كما هو موضح على المحول مع دبابيس وحدة التحكم الدقيقة المقابلة. أنت بحاجة إلى معرفة منافذ المتحكم الدقيق عند إعداد منافذ الاستقبال والإرسال باستخدام الوحدة التسلسلية، حيث أنها لا تعرف كيفية إعداد المحول. ولكن بعد بعض الترحيل من خلال الوثائق، في نهاية المطاف وجدت الخريطة.

قمت بالضغط على الزر المتصل بوحدة التحكم الدقيقة Grand Central الخاصة بي، وظهر على الفور زر “أسفل” على أجهزة الاتصال المحمولة الخاصة بي. ثم أرسلت “btn”، وأضاء مؤشر LED. نجاح! مع إثبات المفهوم هذا، يصبح أي شيء آخر تقريبًا ممكنًا أيضًا.

هل سيؤدي بناء التطبيقات على قمة Meshtastic إلى نهضة الشبكات التي كنت أنتظرها؟ مع وجود المزيد من الأيدي العاملة، آمل أن أرى ظهور بعض الاستخدامات المدهشة التي من شأنها أن تجعل قضية الشبكة أفضل من أي حجة مليئة بالنجوم مني.