Mit einem Mesh-Netzwerk können Sie ohne Mobilfunkverbindung kommunizieren

Während bestimmter Proteste in Hongkong schaltete die Regierung das lokale Mobilfunknetz aus, damit sich Demonstranten schwerer organisieren konnten. Über eine einfache App, die über ein ‚Mesh-Netzwerk‘ funktioniert, konnten sie jedoch trotzdem kommunizieren, obwohl sie keine Netzwerkverbindung hatten. Ein solches Netzwerk bildet also eine praktische Alternative, um auf kurze Distanz miteinander zu kommunizieren, wenn keine zentrale Infrastruktur verfügbar ist.

Wie funktioniert es?

Ein Mesh-Netzwerk besteht aus mehreren Knotenpunkten (Nodes), die untereinander Verbindung aufnehmen und Nachrichten an ihr Endziel weiterleiten. Während traditionelle Netzwerke von zentralen Sendemasten abhängig sind, kann jedes Gerät in einem Mesh-Netzwerk als Relaisstation fungieren.

Verschiedene Formen der Mesh-Kommunikation

Es gibt verschiedene Formen der Kommunikation, die über ein Mesh-Netzwerk funktionieren. Im Folgenden listen wir einige bekannte Produkte auf.

Meshtastic: Open-Source-Mesh-Kommunikation

Meshtastic ist ein Projekt, das es ermöglicht, günstige LoRa-Funkgeräte als Off-Grid-Kommunikationsplattform in Gebieten ohne bestehende oder zuverlässige Kommunikationsinfrastruktur zu nutzen.

💡 Wussten Sie übrigens, dass einige Smartphones im Notfall und ohne Netzwerkverbindung über Satelliten kommunizieren können?

Dieses Projekt ist zu 100 Prozent community-getrieben und Open Source. Das System nutzt das 868-MHz-Frequenzband in Europa, ein lizenzfreies Band, das von jedem genutzt werden darf.

Technische Spezifikationen:

• Energieverbrauch: Extrem niedrig durch Verwendung von LoRa-Technologie
• Frequenz: 868 MHz (Europa), andere Bänder für andere Regionen
• Reichweite: Bis zu 4,8 km in städtischen Gebieten und bis zu 16 km oder mehr in ländlichen Gebieten (bei freier Sicht)
• Datenrate: 0,3 bis 27 kbit/s abhängig vom Spreading-Faktor

Hardware und Kosten:

Ein häufig verwendetes LoRa-Set, das mit Meshtastic kompatibel ist, ist das von Heltec – erhältlich für etwa 25 Euro. Das Set ist nahezu vollständig – für dieses Geld erhalten Sie ein ESP32-Board mit LoRa-Unterstützung, ein Gehäuse und eine Antenne. Für Leute, die selbst bauen möchten, gibt es umfangreichere Möglichkeiten mit verschiedenen Antennen, Gehäusen und Stromversorgungsoptionen.

Beliebte Optionen:

• LoRa 32 V3: Komplettes Starterpaket
• RAK WisBlock Module: Modulares System für angepasste Anwendungen
• T-Beam-Module: Integriertes GPS für Standortfreigabe

Professionelle Mesh-Systeme

Kommerzielle Anbieter wie Ubiquiti und Cambium Networks bieten robuste Mesh-Lösungen für den professionellen Einsatz. Diese Systeme haben eine höhere Reichweite und bessere Leistung, kosten aber erheblich mehr als Hobby-Lösungen.

Smartphone-basierte Mesh-Apps: FireChat als Beispiel

FireChat war eine mobile App, die zwischen 2014 und 2018 viel Aufmerksamkeit als smartphone-basierte Mesh-Lösung erhielt. Die App nutzte WiFi- und Bluetooth-Funkgeräte in Smartphones, um Nachrichten von Telefon zu Telefon weiterzugeben, ohne Internetverbindung oder Mobilfunknetze.

Technische Funktionsweise von FireChat:

• Verwendete WiFi Direct, Bluetooth und Apples Multipeer Connectivity
• Reichweite von etwa 70 Metern zwischen einzelnen Telefonen
• Nachrichten wurden über eine Kette von Geräten weitergeleitet
• Funktionierte plattformübergreifend zwischen Android und iOS

FireChat wurde weltweit während der Proteste in Hongkong im Jahr 2014 bekannt, als Demonstranten die App innerhalb von 24 Stunden 100.000 Mal herunterluden. Auch während Protesten in Taiwan, Irak, Syrien und Ecuador erkannten Aktivisten den Wert unabhängiger Kommunikation. Im September 2015 wurde FireChat während der Pro-Unabhängigkeitsdemonstrationen in Katalonien 131.000 Mal verwendet.

Praktische Anwendungen

Wo Mesh-Netzwerke glänzen

Meshtastic kann in verschiedenen Situationen nützlich sein, wie bei Outdoor-Sportaktivitäten wie Trekking, Camping, Wandern, Radfahren… Auch während Notfällen wie Naturkatastrophen, Stromausfällen oder anderen Krisensituationen hat die Technologie bereits ihren Nutzen bewiesen. In den Vereinigten Staaten gibt es lokale Behörden, wie Jefferson County in Colorado, die es zur Unterstützung von ‚First Respondern‘ verwenden.

Bewährte Anwendungen:

• Outdoor-Veranstaltungen und Festivals, bei denen Mobilfunknetze überlastet sind
• Such- und Rettungsaktionen in abgelegenen Gebieten
• Community-Netzwerke in Gebieten ohne traditionelle Infrastruktur
• Demonstrationen, bei denen die Regierung das Mobilfunknetz abschaltete
• Backup-Kommunikation für Rettungsdienste

Realistische Erwartungen

Das System erfordert Sichtverbindung zwischen Geräten, was bedeutet, dass Hindernisse wie Gebäude, Bäume, Hügel oder Berge erfolgreiche Mesh-Netzwerkverbindungen verhindern können. Die Netzwerkzuverlässigkeit hängt davon ab, mehrere Meshtastic-Nodes im Einsatzgebiet zu haben. Das System ist auf Textnachrichten beschränkt und kann nicht als Internetersatz dienen.

Vor- und Nachteile von Mesh-Netzwerken

Mesh-Netzwerke bieten keinen Ersatz für reguläre Telekommunikation, da sie eine Reihe von Einschränkungen haben. Sie bilden jedoch eine wertvolle Backup-Lösung, zumal sie eigentlich jeder bereits in der Tasche hat.

Vorteile

• Unabhängig: funktioniert ohne Internet, Strom oder Mobilfunknetze
• Niedrige Kosten: Starterpakete gibt es ab 25 Euro, ohne monatliche Abonnementkosten
• Einfache Installation: Plug-and-Play-Lösungen, automatische Netzwerkkonfiguration…
• Lange Akkulaufzeit: Viele Geräte laufen monatelang problemlos mit Batterien
• Open-Source: Dies gibt Ihnen die volle Kontrolle über Software und Konfiguration
• Skalierbarkeit: Das Netzwerk wird stärker, je mehr Knoten hinzugefügt werden
• Datenschutz: Lokale Kommunikation ohne Weiterleitung an externe Server
• Robustheit: Der Ausfall eines Knotens hat nur geringe Auswirkungen auf das gesamte Netzwerk

Nachteile

• Eingeschränkte Funktionalität: Nur Textnachrichten, keine Sprache oder Bilder
• Niedrige Datenrate: Maximal 27 kbit/s, was alten Modems vergleichbar ist
• Reichweite: Erfordert freie Sicht zwischen Knoten für optimale Leistung
• Netzwerkkomplexität: Mehr Knoten können zu Instabilität führen
• Wetterabhängigkeit: Starker Regen oder Schnee kann das Signal stören
• Nutzerbasis: Netzwerk ist nur nützlich, wenn genügend Personen teilnehmen
• Technisches Wissen: Optimale Konfiguration erfordert Verständnis von Funkfrequenzen

Rechtliche Aspekte und Frequenznutzung

Innerhalb Europas wird für LoRa das lizenzfreie 868-MHz-Band verwendet. Dieses Band ist in fünf Unterbänder unterteilt, die zwischen 863 und 870 MHz variieren. Da dieses lizenzfreie Band von jedem genutzt werden darf, wurden von staatlicher Seite Beschränkungen für die Nutzung dieses Bandes auferlegt.

Wichtige Vorschriften

Europäische Vorschriften:

• Maximale Sendeleistung: 25 mW ERP (Effective Radiated Power)
• Duty-Cycle-Grenze von 10 Prozent pro Stunde, berechnet jede Minute auf rollierender Basis
• Keine Lizenz erforderlich für die Nutzung innerhalb dieser Parameter
• Geräte müssen für den kommerziellen Gebrauch CE-gekennzeichnet sein

In den Niederlanden und Belgien gelten die gleichen europäischen Standards. Es ist wichtig, innerhalb dieser Grenzen zu bleiben, um Interferenzen mit anderen Nutzern zu vermeiden und legal zu operieren.