LoRa Meshtastic - was ist das?

Fangen wir eine Stufe weiter oben an und fragen uns:

LoRa, was ist das?

Nein, LoRa ist nicht der Name meines Papageis, der aufdringlich nach einem Keks verlangt, sondern LoRa steht für Long Range. Das ist ein spezielles Funk-Übertragungsverfahren, das auf Störunanfälligkeit und niedrigen Stromverbrauch getrimmt wurde. Dazu nutzt es eine Chirp-Spread-Spectrum-Modulationstechnik der Semtech Corporation. Das breite Spektrum und die Wellenform bietet eine geringe Störanfälligkeit und damit eine große Reichweite. Gleichzeitig ist es energiesparend und verbraucht nicht viel Strom.

LoRa ist also gut für:

• hohe Reichweite
• niedrigen Stromverbrauch

Es bietet aber nur geringe Übertragungsraten (typisch < 50 kbit/s). Da es auf den freien "Jedermannfunk"-Frequenzen 433MHz (z. B. Schweiz), 868 MHz (Deutschland, Europa) und 915 MHz (USA) funkt, auf denen eh schon viel los ist, dürfen auch nur kurz andauernde Bursts - und damit kleine Datenpakete - gesendet werden. Sonst würde die Frequenz für andere Anwendungen unbrauchbar.

Und was ist Meshtastic?

Meshtastic ist eine Open-Source-Firmware, die LoRa nutzt, um ein eigenes Kommunikationsprotokoll aufzubauen. In Deutschland auf 868 MHz, um auf längere Distanzen - wo z. B. WLAN und DECT schon lange aufgegeben haben - kurze Nachrichten untereinander auszutauschen. Es ist im Prinzip ein Messenger wie WhatsApp, nur halt ohne Internet.

Meshtastic ist nämlich dank seines eigenen Funkstandards unabhängig von Internet, Mobilfunkmasten und anderen Vermittlungseinrichtungen. Es wird direkt von einem Endgerät zum anderen gesendet. Das ging in meinen ersten Tests so ungefähr 3 km Luftlinie weit - wenn nicht viel dazwischen ist. Häuser, Wälder, Hügel, Autos verschlechtern natürlich das Funksignal und es geht dann nicht mehr so weit.

Es ist darum ideal als Backup-Kommunikationsmittel, falls einmal das Mobilfunknetzwerk ausfällt. Und die Nutzung ist komplett kostenfrei. Auch braucht man keine Amateurfunklizenz dafür, da es auf den "freien" Jedermannfunk-Frequenzen (eben 868 MHz) funkt. Jedes Meshtastic-Endgerät ist gleichzeitig Sender und Empfänger. Da LoRa auch dafür bekannt ist, wenig Energie zu brauchen, halten die Meshtastic-Endgeräte lange mit einer Akkuladung durch.

Doch Meshtastic hat noch einen weiteren Trick drauf, hier kommt das "Mesh" aus Meshtastic zum Einsatz: Es kann Nachrichten nicht nur direkt zu einem Empfänger verschicken, sondern es bildet ein Netz aus allen in Reichweite verfügbarer Endgeräte und leitet eine Nachricht über diese weiter. Man spricht hier von "Hops". Üblicherweise sind 3 Hops eingestellt.

Wenn der Kommunikationspartner also z. B. 6 km entfernt ist, dann kann er immer noch erreichbar sein, wenn sich zwischen mir und meinem Partner andere Meshtastic-Geräte befinden, die meine Nachricht weiterleiten. Das tun sie normalerweise ganz automatisch.

Meshtastic Software und Konfiguration

Doch Vorsicht: man sollte die Hops derzeit nicht höher als 3 stellen, vielleicht später bei noch mehr Teilnehmern auch niedriger. Denn ein Endgerät weiß ja nicht, ob das Kunststück gelingen kann, den Partner zu erreichen. Es sieht ja nur die Geräte in eigener Funkreichweite. Also schickt es die Nachricht an "Alle" mit dem Zählerstand 3. Und all diese Geräte schicken die Nachricht wieder an alle Geräte, die in deren Funkreichweite sind, diesmal mit Zähler 2. So geht das weiter, bis der Zählerstand 1 ist. Danach fällt er auf Null und die Nachricht wird nicht mehr weitergeleitet. Nun kann man sich vorstellen, dass solche Weiterleitungen jede Menge Datenverkehr auf dem 868 MHz-Band verursachen. Sind jeweils 10 neue Geräte im Funkradius, dann sind das schon 10 x 10 x 10, also 1000 Geräte, die beteiligt sind. Zwar werden schon einmal empfangene Pakete und weitergeleitete Pakete gleich wieder verworfen, aber trotzdem: Mit einer zu hohen Hop-Zahl könnte das Netz irgendwann zu sehr ausgelastet sein, um noch zügig zu funktionieren. Sollte das öfter vorkommen, ist es gut möglich, dass eine zukünftige Meshtastic-Firmware Zählerstände über drei sofort verwirft, um das Netz zu schützen.

Darüber, ob jemand private Nachrichten mitlesen könnte, weil die Nachrichten ja durch mehrere "Hände" geht, muss man sich übrigens keine Sorgen machen: Alle Nachrichten sind mit AES 256 bit verschlüsselt. Das gilt nach heutigem Stand der Technik als sehr sicher. Da AES-256 ein symmetrischer Verschlüsselungsalgorithmus ist, ist er mit 256 Bit (bzw. dann 128 Bit) auch sicher genug gegen Quantenkryptoanalyse.

Und dann gibt es noch Rollen, die man einem Gerät zuweisen kann. Weit funkende Meshtastic-Geräte, die vielleicht oben auf einem Funkmast installiert sind, können als Router bzw. Repeater definiert werden. Diese werden dann bei der Weiterleitung bevorzugt. Anders herum sollte man, wenn man weiß, dass das eigene Gerät wenig Reichweite hat und das sich Router in der Nähe befindet, sein Gerät als CLIENT_MUTE und nicht als normalen CLIENT definieren, damit andere nicht ihre Hops mit ihrem reichweitenschwachen Gerät "verschwenden". Genaueres findet man in der Meshtastic-Dokumentation unter Device Configuration .

Man kann aber nicht nur direkt mit bekannten Personen kommunizieren, sondern auch in einem öffentlichen Channel. Das ist dann sowas wie ein WhatsApp-Gruppenchat, bei dem jeder mitmachen kann, der das Passwort weiß.

Der Standard-Kanal heißt "Long Fast" und hat kein Passwort - oder irgendwie dann doch. Da die "Passwörter" alle binär sind, muss man sie Base64-enkodieren. So wird aus dem leeren, binären Passwort "" ein "AQ==". "AQ==" ist also das Standard-Passwort.

Und der Kanal "Long Fast" ist eigentlich auf allen Meshtastic-Geräten vorkonfiguriert. So kann man gleich sehen, welche anderen Geräte in der Umgebung sind, Meshtastic und den Umgang damit kennenlernen und mit anderen Leuten in der Umgebung chatten.

Später, wenn man genügend Erfahrung gesammelt hat, erstellt man dann mit seinen Partner einen eigenen Kanal mit einem geheimen Passwort, was man untereinander teilt. Dann können wie bei einem WhatsApp-Gruppenchat nur eingeladene Mitglieder am Chat teilnehmen. Und wenn dann die Nachrichten der "Anfänger" auf "Long Fast" stören, löscht man den "Long Fast"-Kanal einfach und sieht nur noch die wichtigen Nachrichten der Partner.

Viele Meshtastic-Geräte haben einen eingebauten GPS-Empfänger. Man kann diesen dann ein- oder ausschalten, um Strom zu sparen und außerdem kann man festlegen, ob man die eigene Position teilen will. Das kann gerade in geschlossenen Gruppen sinnvoll sein, damit man gleich sieht, wo sich jemand befindet, wenn er zum Beispiel einen Fund meldet.

Die meisten Meshtastic-Geräte werden über Bluetooth über ein Smartphone gesteuert. Darüber werden auch die Nachrichten geschrieben. Eine Ausnahme ist das LILYGO T-Deck, das über eigene Tastatur verfügt. Viele Meshtastic-Geräte haben ein eigenes Display, auf dem man die letzten Nachrichten lesen kann. Es gibt aber auch z. B. das Seeed SenseCAP T1000-E ohne Display, dafür ist es aber wasserfest (IP 65).

Und manche Meshtastic-Endgeräte haben integrierte Sensoren, die zum Beispiel Temperatur, Luftdruck oder Luftfeuchtigkeit messen können und diese Informationen auch broadcasten können. So könnte man zum Beispiel ein solches Gerät in den Keller stellen und überwachen, ob es da unten nicht zu feucht wird. Aber das ist natürlich nicht die Hauptanwendung.

Und dann gibt es da noch MQTT, mit dem man sein Gerät via Internet-Zugang an entfernte Nodes (so heißen Meshtastic-Endgeräte auch) anbinden kann. So lassen sich weite Entfernungen über das Internet überbrücken. Was natürlich im Katastrophenfall, in dem das Internet ausgefallen ist, nicht funktionieren würde. In anderen Fällen kann es aber sinnvoll sein, MQTT zu verwenden. Etwa, um ein lokales Mesh mit einem entfernten Mesh zu verbinden, zum Beispiel bei der Suchkoordination und Übertragung der über Meshtastic gesammelten GPS-Informationen an eine entfernte Kommandozentrale.

Die Smartphone-Software gibt es als App für Android und Apple. Sie wird kontinuierlich weiterentwickelt und stabilisiert. Auch wird ständig an einer noch stabileren und noch bedienerfreundlicheren Oberfläche für die Firmware der Meshtastic-Endgeräte gearbeitet. Meshtastic ist ein lebendes und lebendiges Projekt.

Außerdem ist Meshtastic Open Source (unter GPLv3 Lizenz) und unter https://github.com/meshtastic/firmware zu finden. Dort sind Firmwares für zahlreiche Mikrocontroller-Platinen zu finden. Auf diesen kann man aufbauen und zum Beispiel einen eigenen Sensor, den man mit dem Board verbunden hat, auswerten und broadcasten.

Einsatzzwecke

Zum einen ist Meshtastic natürlich eine Möglichkeit mit anderen technikgesinnten und Funkamateuren aus der näheren Umgebung zusammen zu kommen und ein wenig fachzusimpeln. Aber es gibt auch ernsthafte Anwendungen.

So kann die Technik zur Koordination von mehreren Team-Mitgliedern genutzt werden, die ein Node mit GPS bei sich tragen und so die Position fortlaufend an den Einsatzleiter melden. Diese hat dann den Überblick über die vielleicht verdeckt agierende Gruppe und kann sie über Sprechfunk oder lautlos über Meshtastic Nachrichten koordinieren und dirigieren.

Aber auch schon für zwei Wanderer oder Bergsteiger mit unterschiedlichem Tempo oder Routen kann die fortlaufende GPS-Übertragung einen Mehrwert ohne Zusatzaufwand haben. So weiß der eine Wanderer, wann er ein Päuschen einlegen muss, damit der andere ihn wieder einholt. Oder ob er sich sputen sollte, damit man gleichzeitig am Treffpunkt ist.

Oder man zeichnet bei einer Personensuche fortlaufend die GPS-Koordinaten der Suchteilnehmer auf und markiert die Routen in einem Sichtstreifen auf einer Karte. So ist klar, welche Gegenden schon abgesucht wurden und wo noch "weiße Flächen" sind, in die man nochmal einen Suchenden schicken sollte.

Da es sich bei Meshtastic um eine eigene, verschlüsselte Infrastruktur handelt, ist diese auch schwierig abzuhören. Auch wenn eventuell Meta-Informationen wie Sendezeitpunkte und ungefährer Ort (durch Peilung) herauszubekommen wären (wobei das natürlich ein generelles Phänomen bei Funkkommunikation ist und unabhängig von Meshtastic), so bleibt der stark verschlüsselte Inhalt doch verborgen. Mit Meshtastic ist also eine heimliche Kommunikation "unter dem Radar" eher möglich, ohne dass eine repressive Regierung mitlesen kann - zum Beispiel unter Journalisten, die dem Regime nicht genehm sind. Sind die Sendenden unterwegs und senden nicht ständig, dürfte es auch schwierig sein, sie zu fassen.

Quellen, Literaturverweise und weiterführende Links