Цифровая связь (LoRa)

[teoretik]

Добрый день.

Давно в голове зрела мысль собрать устройство (коммуникатор), которое:

• получает текущие GNSS координаты
• выдаёт эти координаты в радио эфир через LoRa
• умеет слушать цифровые сообщения в эфире и ретранслировать их дальше по цепочке (mesh-сеть)
• позволяет подключить другое цифровое устройство с дисплеем к себе через Bluetooth (например, смартфон у Лисы или ноутбук в оперативном Штабе). Далее, через эти устройства наблюдать за текущими координатами Лис, а также обмениваться короткими текстовыми сообщениями (например, чтоб запросить помощь у соседних Лис).

Предполагаю использовать частоты в районе 433МГц как наиболее дальнобойные из разрешенных для гражданского применения.
По умолчанию, мощность передатчика будет ограничена 25мВт, чтоб не создавать помехи вблизи населенных пунктов, а при работе в лесу, можно будет поднять до 1 Вт. Разработчики модулей приемо-передатчика обещают связь на расстоянии до 15 км в условиях прямой видимости. В условиях густого леса, ожидаю падение дальности вплоть до 1-2км. Поэтому при работе в сложных условиях полагаюсь на то, что в этом радиусе будет другая лиса, которая сможет автоматически передать сообщение дальше (через mesh-сеть) или дрон, который будет обеспечивать ретрансляцию сообщений в штаб.

Из требований к реализации для себя определил следующее:

• Мобильность: вес не более 300г и габариты, удобные для переноски в кармане рюкзака/разгрузки.
• Пыле и влагозащищенность
• Работа в течении 2 и более суток при температуре от 0 до 40 град Цельсия. Лучше, конечно, уметь работать и при отрицательных температурах, но это сложнее/дороже реализовать технически.
• Способность перезаряжать устройства в полевых условиях
• Удароустойчивость - падение с высоты 2х метров не должно приводить к повреждениям
• По возможности не создавать помех для голосового канала радио-связи поисковых групп

Хочется проконсультироваться с сообществом, чтобы понять, есть ли вообще запрос на такого рода устройства, и чтоб убедиться, не упустил ли я каких-то важных требований к реализации.

[Любер]

Добрый день, на мой взгляд запрос на такие устройства есть, но определяющим фактором будет цена

[TAA]

Lora хороша, но жирна. Пакеты долго ходят. GPS координаты + время ты будешь передавать 6-10 сек за сеанс. В стандарте 868, например, существует ограничение на цикл передачи 0,1%. Из того что я на практике видел, в лесном массиве (средней проряженности) - 400-500 метров на 62.5 кГц полосе в SF12. Высота 1.5м над уровнем земли. Осень. Реальность можешь определить сам, исходя из этих данных. При передаче в mesh это будет сущий ад в эфире. Хотя за счет mesh можно расширить полосу и снизить SF, однако где гарантия, что между группами найдется транзитная точка? Никакой.
Идея интересная, себестоимость устройств (если без текстовых сообщений) довольно низкая ... если постараться, то можно влезть в 1000 рублей на единицу, без учета АКБ.
По поводу температурного режима. Не выйдет даже при нулевой температуре. Снижение температуры на 7-10 градусов дает девиацию в 10кГц несущей. И это фактически придел "ошибочности частоты несущей" для полосы 62.5 кГц. И это я говорю даже не про самые дешевые модули LoRa. Расширение температурного диапазона сильно ударит по цене, так и по сложности изготовления (придется штамповать не модульную систему, а самому напаивать элементы на плату), что уже немного другой уровень изготовления, учитывая размерность компонентов. Ну, либо повышать полосу сигнала, снижая дальность работы... но и тут все в разумных пределах. Даже 125кГц уплывет при разбеге температур от 25 до до нуля, не говоря уже о минусовых температурах.
PS К ЛА не имею никакого отношения.

[dostalker]

В штатах энтузиасты делают подобный проект https://mycelium-mesh.net/category/about.html

[TAA]

В штатах энтузиасты делают подобный проект https://mycelium-mesh.net/category/about.html

Из описания не совсем понятно в чем его (проекта) преимущество. Вроде обычный Lora Mesh.
Модуль - 1300 рэ
Модуль GPS - 350 рэ
АКБ - 250 рэ
Хреновенький угловатый корпус - 100 рэ
Еще на устройство ввода - 100 рэ
Карта памяти - 200 рэ
Итого 2300 рэ исключительно себестоимость.
Но оно сделано на ESP32, что не лучший выбор для автономного питания. Высасывать батарейку будет довольно быстро.

Хотя мне представляется, что "обмен сообщениями" в условиях условного леса - избыточная функциональность. Что-то я сомневаюсь, что кто-то захочет отправлять "СМСки" ручками, скорее всего не очень удобным способом набора текста. Разве что в одностороннем порядке Штаб -> Поисковик.

[TAA]

Появилось пару часов раскинуть извилиной на эту тему. Появились и сопутствующие вопросы. Если кто из практики ПСО ответит, буду благодарен. Постараюсь вопросы написать коротко и емко.

1) ПСО проводятся по месту, пусть это будет условно лесной массив или его аналог. Разворачивается ли штаб в таких случаях и насколько часто? Или только для более менее крупных ПСО разворачивается штаб? Ну или примерное соотношение ПСО в лесном массиве со штабом.. 10%? 30%? 90?

2) В случае развертывания штаба, я так понимаю выбирается оптимальное его расположение к зоне поиска. На практике, в большинстве случаев, штаб находится на каком расстоянии от крайней удаленной точки зоны (зон) поиска? Я так понимаю +- в зоне досягаемости связи, но могу ошибаться. Т.к. при ПСО очевидно всегда есть карты, при наличии штаба, то думаю есть более точные цифры этого удаления. Тут речь скорее о "чаще всего".

3) Группы работают квадратами, как я понимаю. 500x500 метров. Т.е. среднее расстояние в идеальных условиях не превышает 1 км?

4) В случае развертывания штаба, насколько часто связь (антенна) в штабе ставится (назовем условно) на мачту 2м и выше? Антенну на крыше авто не учитываем. Т.е. речь о подъеме антенны на дерево, мачту, столб ... В принципе достаточно будет: крайне редко/часто/почти всегда.

5) Прошерстил немного форум на тему GPS. Правильно ли я понимаю, что треки групп попадают в штаб совсем не сразу, а по факту окончания работы группы, а то и на следующий день? Выходит, что приоритет вовсе не в точности прохождения маршрута по квадрату поиска, а сам факт его закрытия?

6) Очевидно глупый вопрос, но все же. В случае наличия штаба и отсутствия связи (интернета) в поле, в штабе он чаще все же бывает? Понятно, что штаб - это не всегда оборудованное понятие, просто для понимания насколько часто в штабе разворачивается связь с внешним миром, например при помощи мобильного роутера и выносной антенны.

Заранее благодарен за ответы.

[Вой]

1) Очень по-разному в разных регионах, где-то штаб - это машина с портативной станцией, где-то и нормальный штаб с мачтой ставят.

2) На данный момент очень часто штаб ставится "наиболее оптимально для коорда или СНМа", рекомендации связистов часто не учитываются и штаб может стоять в самом плохом с точки зрения радиосвязи месте

3) Группы работают по-разному, кроме тех, кто конкретно "прочесом" занимается, работают по оконтуриванию, патрулированию, оклейке по населенным пунктам, так что расстояния могут быть разные

4) Тоже очень сильно разнится от региона к региону - где-то с портативкой в штабе сидят, где-то часто выезжают авто с автомобильными антеннами и автомобильной станцией, где-то часто полноценно мачты разворачивают

5) Треки попадают в штаб после возвращения поисковой группы, если развернута "цифра", то треки сразу отрисовываются в ози и видно местоположение ПГ в режиме реального времени.

6) Тоже в зависимости от региона - где-то бывает так, что штаб находится там, где нет вообще никакой связи с "большой землей" (в данный момент есть инициативная группа, которая занимается поиском и внедрением средств связи с "большой землей" типа КВ-пейджера и прочими)

[TAA]

3) Да, я имел ввиду "прочес".
5) Цифра, как я понимаю, чаще используется все же в МСК-МО. Т.е. ближе к столице.
6) Под связью я больше понимаю тут связь с интернетом.
В целом понятно, но по ряду вопросов остались вопросы) Понятно, что единообразия нет, но хотелось бы иметь общее понимание "большего".

Поясню в контексте темы. LoRa хороша, конечно, но это все же лес. В реальных условиях леса, при оптимизации эффективности компактность/энергия/полезность информации, мы получаем радиус в 1 км, при базовом подъеме антенны приемника 1м. Ну, это реальный радиус (из практики).
Есть замечательная штука Mesh.

[+] Mesh

Когда каждое устройство выступает в качестве ретранслятора сигнала из точки А на базовую станцию, через точки пролегающие на пути от точки А к базе. Но тут летит к черту энергоэффективность. Такая сеть должна почти постоянно мониторить себя и обмениваться информацией. Т.к. ПГ постоянно перемещаются (собственно в этом их и главная задача), обмен "положением" в сети должен происходить чаще обычного. Т.е. энергоэффективность летит к черту дважды. В таком виде это будет устройство размером с портативку 433, которое будет высасывать аккумулятор 18650 (2А) меньше чем за 15-20 часов. Заряд батарейки в лесу полагаю не самая тривиальная штука. Носить с собой комплект запасных 18650 тоже не особо разумно... тем более (как я понимаю) и так хватает потребителей этих батареек (фонари, например).

Как вариант возможно по ходу следования ПГ к месту раскидывать ретрансляторы, а-ля размером с пауэрбанк. В котором будет до 10А, и отработают они до 3х суток без перерыва, и зарядить их можно предварительно в "нормальных условиях". Но это опять же за ними потом возвращаться.... это тоже +трудности "сходить, найти".

Самым разумным было бы поднять антенну 2м+. Что значительно увеличит радиус. Потому и возник вопрос про "мачты". На хорошей мачте и связи можно добиться до условных 10км без ретрансляции. Хотя конечно, не запрещено перекинуть леску через высокое дерево и поднять на нем антенну. Но боюсь, что это и не нужно никому... заморочки эти.

Ну, а что касается вообще темы, то мне кажется излишним функционалом: текстовые сообщения, подключение к мобиле и прочее. Это значительно снижает энергоэффективность и увеличивает стоимость конечного устройства. Основная задача все же видится как передача текущих координат и возможность записать маршрут, с последующим его сливом на ПК в читабельном виде.
Это скорее общие размышления на тему, нежели ответ Вой Вой, спасибо за ответ.

[Зенит]

3) Да, я имел ввиду "прочес".
5) Цифра, как я понимаю, чаще используется все же в МСК-МО. Т.е. ближе к столице.
6) Под связью я больше понимаю тут связь с интернетом.
В целом понятно, но по ряду вопросов остались вопросы) Понятно, что единообразия нет, но хотелось бы иметь общее понимание "большего".

Поясню в контексте темы. LoRa хороша, конечно, но это все же лес. В реальных условиях леса, при оптимизации эффективности компактность/энергия/полезность информации, мы получаем радиус в 1 км, при базовом подъеме антенны приемника 1м. Ну, это реальный радиус (из практики).
Есть замечательная штука Mesh.

[+] Mesh

Когда каждое устройство выступает в качестве ретранслятора сигнала из точки А на базовую станцию, через точки пролегающие на пути от точки А к базе. Но тут летит к черту энергоэффективность. Такая сеть должна почти постоянно мониторить себя и обмениваться информацией. Т.к. ПГ постоянно перемещаются (собственно в этом их и главная задача), обмен "положением" в сети должен происходить чаще обычного. Т.е. энергоэффективность летит к черту дважды. В таком виде это будет устройство размером с портативку 433, которое будет высасывать аккумулятор 18650 (2А) меньше чем за 15-20 часов. Заряд батарейки в лесу полагаю не самая тривиальная штука. Носить с собой комплект запасных 18650 тоже не особо разумно... тем более (как я понимаю) и так хватает потребителей этих батареек (фонари, например).

Как вариант возможно по ходу следования ПГ к месту раскидывать ретрансляторы, а-ля размером с пауэрбанк. В котором будет до 10А, и отработают они до 3х суток без перерыва, и зарядить их можно предварительно в "нормальных условиях". Но это опять же за ними потом возвращаться.... это тоже +трудности "сходить, найти".

Самым разумным было бы поднять антенну 2м+. Что значительно увеличит радиус. Потому и возник вопрос про "мачты". На хорошей мачте и связи можно добиться до условных 10км без ретрансляции. Хотя конечно, не запрещено перекинуть леску через высокое дерево и поднять на нем антенну. Но боюсь, что это и не нужно никому... заморочки эти.

Ну, а что касается вообще темы, то мне кажется излишним функционалом: текстовые сообщения, подключение к мобиле и прочее. Это значительно снижает энергоэффективность и увеличивает стоимость конечного устройства. Основная задача все же видится как передача текущих координат и возможность записать маршрут, с последующим его сливом на ПК в читабельном виде.
Это скорее общие размышления на тему, нежели ответ Вой Вой, спасибо за ответ.

Так эта задача давно реализована навигаторами Гармин используемыми на поиске. Они ещё и карту показывают и расстояние. Запись трека уже давно есть.

[Вой]

А при чем тут навигаторы? здесь рассматривается передача координат в штаб на карту в режиме реального времени, как это реализовано цифровыми станциями DMR с передачей GPS в штаб) ну и всякие сопутствующие функции заодно уж)