抽象的
Meshtastic 和 MeshCore 是基于 LoRa 的开源通信系统，专为短信和轻量级数据交换而设计，无需蜂窝服务、Wi-Fi 或互联网基础设施。这两个项目都使用廉价的低功耗无线电硬件，但它们做出了不同的架构选择。
Meshtastic 强调广泛的社区采用、简单的设备设置、分散的点对点转播、移动应用程序、GPS 和遥测功能以及通过 MQTT 的可选互联网桥接。 MeshCore 强调结构化角色、伴随节点、中继器、房间服务器、混合路由和更加深思熟虑的路由学习，以减少重复的网络范围泛洪。
本文解释了这两个系统的工作原理、它们的用处，以及中心所有者、应急计划人员、爱好者和技术操作员在依赖它们之前应了解哪些限制。
1. 背景：为什么离网网状通信很重要
现代通信在很大程度上依赖于集中式基础设施：蜂窝塔、互联网服务提供商、光纤回程、电网、云服务和商业消息平台。当这些系统出现故障或不可用时，普通电话可能无法用于本地协调。
离网网状系统通过允许小型无线电设备直接在用户之间或通过中间中继节点传递短消息来解决这一差距。 Meshtastic 将自己描述为一个开源、离网、去中心化的网状网络，适用于经济实惠、低功耗的设备，无需手机信号塔或互联网连接即可工作。 MeshCore 与用于 LoRa 和其他分组无线电的离网加密消息传递系统和轻量级 C++ 路由库实现了相同的目标。
2. 技术基础：LoRa，非蜂窝
LoRa 是一种基于线性调频扩频的长距离、低功耗无线电调制技术。它对于长距离、低比特率的小数据包非常有用，并且通常部署在区域免许可 ISM 频段，例如 915 MHz、868 MHz 和 433 MHz。
Meshtastic 和 MeshCore 不是宽带系统。它们不适用于语音通话、视频、图像、大文件或高速互联网。它们针对文本消息、位置报告、遥测、节点信息和简单的控制数据进行了优化。
Meshtastic 也不是 LoRaWAN、Helium 或物联网。它直接使用 LoRa 无线电。 LoRaWAN 是一个带有网关和网络服务器的独立 LPWAN 协议，而这些项目构建本地点对点或多跳数据包网络。
3. Meshtastic 的工作原理
Meshtastic 创建一个网状网络，用户通过 LoRa 无线电节点进行通信。手机或计算机通过蓝牙、Wi-Fi 或 USB 连接到附近的节点，然后消息通过无线电网络而不是通过互联网传输。
- 用户在客户端应用程序中写入消息。
- 手机或计算机将消息发送到附近的 Meshtastic 无线电。
- 无线电通过 LoRa 传输数据包。
- 听到该数据包的其他节点可能会重新广播该数据包。
- 消息在网格中传播，直到到达接收者。
Meshtastic 无线电重新广播它们收到的消息，形成一个网格，以便较远的成员仍然可以接收消息。新版本区分了广播和直接消息的处理，这有助于该协议为移动用户、固定节点和混合网络提供服务。
4. Meshtastic 硬件型号
Meshtastic 可在来自 RAK、LILYGO、Heltec、Seeed Studio、Elecrow 等生态系统的许多 LoRa 板和专用设备上运行。硬件选择会影响电池寿命、范围、功能和部署方式。
| 成分 | 目的 |
|---|---|
| LoRa 无线电芯片 | 远距离数据包传输。 |
| MCU，例如 ESP32 或 nRF52 | 运行固件和设备逻辑。 |
| 蓝牙 | 电话到节点的连接。 |
| 无线上网 | 某些板上的可选配置、MQTT 或 Web 访问。 |
| 全球定位系统/全球导航卫星系统 | 可选位置共享。 |
| 电池或太阳能 | 便携式或固定式离网部署。 |
| 天线 | 主要因素是范围和可靠性。 |
基于 nRF52 的设备通常更节能，对手持式或太阳能节点更有吸引力。当 Wi-Fi、更多内存或 Web 界面很重要时，ESP32 设备通常更便宜且有用。
5. Meshtastic 安全模型
Meshtastic 使用加密，但操作员需要了解其局限性。 LoRa 数据包有效负载可以使用 AES 加密，每个通道使用不同的密钥，而标头保持未加密状态，因此节点可以中继它们无法解密的数据包。
通道安全取决于预共享密钥。根据密钥长度，专用通道可以使用 AES-128 或 AES-256，并且设备必须共享相同的密钥才能进行通信。较新的固件还添加了用于直接消息的公钥加密和用于管理消息的会话 ID，而群聊通道继续依赖 PSK。
信任模型是去中心化的。节点身份使用“首次使用时信任”而不是中央证书颁发机构。通过蓝牙、USB、Wi-Fi 或以太网的本地访问也是信任边界的一部分，因为本地客户端可以读取解密的流量并可能更改配置。
6. Meshtastic 高级功能
Meshtastic 支持的不仅仅是基本文本。常见功能包括 GPS/位置共享、遥测、MQTT 桥接、存储转发、范围测试、远程管理以及与 Home Assistant 或 Node-RED 等工具的集成。
MQTT 桥接可以通过互联网移动 Meshtastic 流量。公共 MQTT 服务通常会限制源自互联网的流量，因此直接连接的节点可以接收流量而不会淹没本地网格。
存储转发模块可以让客户端在超出 LoRa 范围后向特殊服务器节点请求丢失的消息。它很有用，但历史请求可能会给网格带来负担，因为许多消息可能是通过稀缺的无线电通话时间发送的。远程管理可以从另一个位置更改节点设置，但粗心的更改可能会断开远程节点与网格的连接。
7. __P16__ 的工作原理
MeshCore 也是一个基于 LoRa 的离网通信系统，但它在路由理念和角色分离方面有所不同。它专为安全文本通信、嵌入式路由、紧急响应、户外活动、战术或安全环境以及传感器网络而设计。
MeshCore 的库是轻量级的、可移植的，并且专注于多跳数据包路由。设备可以在多个节点上转发消息，跳数是可配置的，并且固定角色很重要：同伴节点不会重复消息。
- 用户连接到同伴节点。
- 同伴节点发送和接收用户的消息。
- 专用中继器可扩展范围。
- 房间服务器可以支持持久的组式通信。
- 路线可以在最初发现之后获悉。
这种角色分离是 MeshCore 的决定性差异之一。 Meshtastic 客户端可以更广泛地参与转播行为，而 MeshCore 试图通过依赖专门放置的转发器来避免基于客户端的低效重复。
8. MeshCore 路由模型
MeshCore 结合了泛洪和学习路径路由。第一条消息可以通过泛洪路由到达目的地。然后，目的地发送包含所使用的中继器的传送报告，并且将来的消息可以嵌入该路由，因此只有匹配的中继器才会重传数据包。
这很重要，因为 LoRa 播放时间很稀缺。每次不必要的重传都会增加冲突风险并降低容量。一旦路径已知，路由学习就可以减少直接消息的重复泛洪。
由于没有单一的目标路径，组通道流量仍然泛滥。中继器可以拒绝超过配置的跳数限制的泛洪流量，并且数据包模型区分泛洪路由、直接路由和传输变体。
9. MeshCore 安全和通道模型
MeshCore 强调加密消息传递并支持私有加密群组通道。它区分公共频道、主题标签频道和私人频道。
公共通道使用公开密钥，应被视为公共通道。标签频道从频道名称中派生出一个秘密。私有通道使用随机生成的秘密，并且仅在知道该秘密的用户中才应被视为私有。
MeshCore 还使用签名广告。广告可以广播节点的名称、位置和公共加密密钥，签名有助于防止欺骗。
10. Meshtastic 与 MeshCore
| 类别 | Meshtastic | MeshCore |
|---|---|---|
| 主要设计风格 | 具有灵活节点角色的广泛社区网格。 | 具有伴随节点、中继器和房间服务器的结构化网格。 |
| 路由重点 | 重播和网状广播行为。 | 最初的洪水发现，然后学习直接路径。 |
| 客户行为 | 客户端可以根据角色和配置参与网格行为。 | 同伴客户端不会重复消息。 |
| 最适合 | 业余爱好者使用、徒步旅行、当地社区网格、遥测和实验。 | 计划的中继器网络、直接消息传递和结构化部署。 |
| 网桥 | 提供 MQTT 支持。 | 主要是离网，具有应用程序、闪光器和地图生态系统。 |
| 硬件 | 广泛支持的设备生态系统。 | 具有 MeshCore 固件和配套、中继器或独立角色的 LoRa 设备。 |
| 安全模型 | 较新固件中的 PSK 通道和公钥直接消息。 | 公共/私人频道、签名广告和私人频道秘密。 |
选择不仅仅是哪个项目更好。由于其庞大的社区和广泛的硬件生态系统，Meshtastic 通常更容易遇到。当运营商想要一个具有专用中继器和更少客户端转播的精心设计的路由架构时，MeshCore 很有吸引力。
11. 用例
紧急和灾难通信
当蜂窝或互联网服务不可用时，这两个系统都可以帮助本地团体进行通信。它们不能替代紧急服务、许可的公共安全系统或卫星信标，但它们可以添加有弹性的本地文本层。
户外休闲
徒步旅行者、越野俱乐部、猎人、露营者、骑自行车的人和远程活动组织者可以在手机覆盖范围较弱或没有信号的地方保持本地联系。
社区复原力网络
邻里团体可以在屋顶或高处放置固定太阳能节点，以创建本地文本网络以应对停电和演习。
物联网和遥测
来自传感器、跟踪器和远程监控节点的小型有效负载可以通过网格移动，但通话时间和本地规则限制了应发送的数据量。
活动和临时地点
节日、现场作业、志愿者团队和远程工作地点可以使用商业覆盖薄弱、不可用或过载的临时节点。
12. 限制和风险
- 低带宽： LoRa 是为小数据而设计的。高消息量、频繁的位置更新和大型群聊可能会导致网格快速拥塞。
- 碰撞和空中压力： 重复重播会降低传送可靠性。不必要的路由器或中继器角色可能会增加冲突并消耗跳数。
- 范围取决于环境： 视线、天线质量、安装高度、地形、建筑物、防风雨和干扰比营销范围声明更重要。
- 元数据暴露： 加密可以保护内容，但观察者仍然可以推断设备传输的内容、传输时间以及有时传输的路由或身份元数据。
- 密钥管理： 共享密钥的私密性取决于持有它们的人和设备。公共或默认频道不应包含敏感内容。
- 监管合规性： 在美国，许多未经许可的设备均根据 FCC 第 15 部分运行，在接受干扰的同时不得造成有害干扰。其他地区有自己的功率、占空比、频率和天线规则。
13. 部署建议
对于小型 Meshtastic 部署，从两个或三个已知兼容的设备开始，选择正确的区域预设，测试本地范围，并避免将设备更改为路由器或转发器角色，除非节点放置得很好并且当地社区同意。大多数网络应该主要使用客户端节点，只有少数位置良好的路由器。
对于 MeshCore 部署，请围绕角色进行规划。为用户使用同伴节点，将中继器放置在高架固定位置，并且仅在实际需要持久组通信时才使用房间服务器。 MeshCore 的路由优势取决于稳定的中继器和合理的规划。
- 使用私钥或私人通道进行非公开通信。
- 不要将密码、私钥或精确的家庭位置放在默认或公共渠道上。
- 在增加功率之前提高天线质量和高度。
- 保持固件更新。
- 清楚地标记节点。
- 记录频率设置、位置、所有者和维护计划。
- 在停电期间依赖系统之前，请先在正常条件下进行测试。
14. 结论
Meshtastic 和 MeshCore 代表了向社区所有、低成本、去中心化通信的实际转变。两者都使用 LoRa 创建弹性本地消息传递网络，但它们的路由原理不同。
Meshtastic 有利于广泛的可访问性、灵活的节点行为和成熟的社区生态系统。 MeshCore 倾向于具有伴随节点、中继器、房间服务器和学习直接路径的结构化架构。
最强大的部署并不是通过购买最高功率的无线电来构建的。它们是通过了解地形、天线放置、路由行为、加密限制、当地法规和社区协调而构建的。如果使用得当，这些系统可以为户外团体、社区、志愿者团队和技术社区提供有价值的备用通信层。