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WARS Birdhouse

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V1 - Working prototype

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전쟁 로라 버드 하우스 프로젝트

트윗하는 다른 방법을 찾고 계십니까? 이 프로젝트는 저렴한/저 대역폭 LORA 라디오를 사용하여 도시 주변의 문자 메시지를 전달할 수있는 간단한 메쉬 네트워크를 구축 할 수있는 잠재력을 탐구합니다. 이 유형의 네트워크는 버드 하우스 리피터 스테이션의 완전 수성적 (탄소 중립) 특성을 활용할 수있는 비상 통신 또는 기타 응용 프로그램에 유용 할 수 있습니다. 이 프로젝트는 Wellesley Amateur Radio Society, W1TKZ 회원이 수행하고 있습니다. 이 디자인은 HAM 커뮤니티 간의 실험 및 지식 공유 정신에서 아마추어 (비상업적) 목적으로 제공됩니다. 최소한, 우리는 우리 지역의 행운의 새들을위한 집을 만들고 있습니다.

기술적 인 질문이 있으시면 Bruce Mackinnon (KC1FSZ)에 문의하십시오. 나는 홈 양조 라디오 프로젝트에 관심이 있으며, 그 중 다수는 QRZ 페이지에서 찾을 수 있습니다.

프로젝트 Wiki는 여기에 있습니다.

이 새가 날아갈까요? 알아 보자!

버드 하우스

디자인 개요

네트워크의 노드는 자율적 인 태양열 조류입니다. 이 새집은 합리적인 기상 조건을 가정하면 24x7을 실행합니다. USB 연결 데스크탑 노드는 직렬 연결을 통해 컴퓨터에서 네트워크에 액세스하는 데 사용됩니다. 인터넷 게이트웨이 노드도 개발 중입니다.

LORA 범위 실험은 널리 문서화되었습니다. 마일리지는 지형, 스테이션 hight 등에 따라 상당히 다릅니다. 테스트는 교외 지역에서 1km 링크 범위가 합리적임을 보여줍니다.

버드 하우스 포장은 주변 환경에 더 쉽게 혼합하기 위해 선택되었습니다. 우리는이 프로젝트가 환경 친화적이기를 원합니다.

저전력의 태양 광 디자인을 통해 새 하우스는 100% 자율적 일 수 있습니다. 이를 통해 태양 노출이 우수하고 다른 스테이션에 대한 가시성이 좋은 위치에 리피터 스테이션을 비교적 쉽게 설치할 수 있습니다.

데스크탑 스테이션 모델은 USB 연결로 구동되며 배터리/태양열 구성 요소가 없지만 RF/펌웨어 관점에서 Birdhouse Repeates와 동일합니다.

버드 하우스는 현재 ESP32 마이크로 컨트롤러에 의해 운영되지만이 결정은 고려 중입니다. 보다 전력 효율적인 STM32 프로토 타입이 작업 중입니다.

상품 구성 요소는 조류 집 비용을 최소로 유지하기 위해 사용되고 있습니다. 우리의 목표는 노드 비용을 $ 50 USD 미만으로 유지하는 것입니다.

이 소프트웨어는 하우스 사이의 패킷이 최종 목적지에 도달 할 수 있도록 간단한 메시지 라우팅 프로토콜을 지원합니다. 다른 제어 패킷은 엔지니어링 데이터를 추출하고 메시지 라우팅을 제어하는 데 사용됩니다.

33cm 햄 밴드 (902-928 MHz)는 실험 기술이며 현재 FCC Part 15 인증이 아니기 때문에 사용됩니다. 모든 노드는 Part 97 규칙에 따라 FCC 라이센스 Amateur/Ham 라디오 운영자가 설치/작동해야합니다.

5 개의 스테이션의 개념 증명 네트워크가 MA의 Wellesley에 건설되었습니다. 메시지는 약 1 킬로미터로 분리 된 새집 사이의 홉을 포함하여 전체 메쉬에서 성공적으로 앞뒤로 라우팅되었습니다. 안테나 높이는 항상 그렇듯이 중요합니다. 주택은 눈, 얼음, 흐린 날씨의 연장 된 기간 및 기온을 포함한 나쁜 뉴 잉글랜드 기상 조건에 처해졌습니다. 우리 나무가 다시 떠날 때 시스템이 어떻게 수행 될지에 대한 열린 질문입니다!

15 노드 베타 네트워크는 현재 계획 단계에 있습니다. 여기에는 하드웨어 및 펌웨어의 업그레이드가 포함됩니다.

상용 하드웨어를 사용하여 구축 된 고속 메쉬 네트워크에 관심이 있다면이 프로젝트는 귀하의 것이 아닐 수도 있습니다. 대신 aredn (https://www.arednmesh.org)을 살펴보십시오. AREDN 팀은 훌륭한 일을하고 있습니다.

아키텍처 개요

건축학

네트워크에 어떻게 액세스합니까?

사용자는 USB 직렬 포트가 장착 된 데스크탑 스테이션을 사용하여 네트워크에 액세스합니다. 데스크탑 스테이션은 Birdhouse 리피터와 정확히 동일한 펌웨어를 실행합니다. 직렬 명령 프로토콜은 네트워크에서 메시지를 보내고받는 데 사용됩니다. 데스크탑 스테이션에는 필요한 모든 RF 구성 요소가 있으며 네트워크에 본격적인 노드가 있습니다 (자체 주소 포함). 데스크탑 노드는 USB 포트에서 전원을 공급할 수 있으므로 태양 광/배터리 설치를 사용하지 않습니다.

현재 사용자는 PC에서 실행되는 종래의 직렬 터미널 (예 : 퍼티 또는 유사한 것)을 사용하여 네트워크와 상호 작용합니다. 특별한 소프트웨어가 필요하지 않습니다. 파이썬 데스크톱 사용자 인터페이스는 인체 공학을 향상시키기 위해 계획되어 있습니다. 일련의 명령은 이후 섹션에 설명되어 있습니다.

사용자는 네트워크에 가입하고 네트워크 범위 영역을 늘리기 위해 자산의 유리한 위치에 버드 하우스 스테이션을 설치할 것으로 예상됩니다. 즉, 데스크탑 스테이션에 필요한 라인이 훨씬 덜 중요하다는 것을 의미합니다. 네트워크에 "짧은 홉"입니다.

다른 옵션은 더 긴 피드 라인을 사용하여 데스크탑 스테이션을 고품질 안테나에 연결하고 두 스테이션이 필요하지 않도록하는 것입니다. 구성이 괜찮습니다.

데스크탑 스테이션의 포장은 아직 확정되지 않았습니다. 현재 부품은 아래 그림과 같이 나무 블록에 장착됩니다. 공진 수직 안테나 및 USB 케이블이 패키지에 포함되어 있습니다.

데스크탑 노드

조류 하우스를 어떻게 구할 수 있습니까?

하드웨어/펌웨어는 여전히 클럽 프로젝트의 일환으로 세련되고 있습니다. 모든 펌웨어, Kicad 파일 및 목공 크기는이 사이트에서 버드 하우스를 구축하려는 사람이라면 누구나 사용할 수 있습니다.

다음 하드웨어 반복 (v2)을 테스트 한 후에는 구성 요소를 키트 양식으로 사용할 수있게합니다.

당신이 높은 고도의 전략적 위치에 거주하고 완전 조립 된 테스트 스테이션을 원한다면, 우리는 무료로 무료로 제공 할 것입니다. :-)

네트워크 관리자에게 문의하여 네트워크에 노드 주소를 할당하십시오.

네트워크를 사용하려면 햄이어야합니까?

예. 우리가 사용하는 라디오 모듈은 Part 15 인증이 아니므로 Part 97 (Amateur) 규칙을 사용하여 실행해야합니다. 우리는 현재 비 제도 ISM 15 파트 15 버전의 네트워크에 대한 연구를 수행하여 비 라이센스가없는 사용자가 재미에 쉽게 참여할 수 있도록하고 있습니다. 이 분야에 대한 전문 지식이있는 사람이라면 Github 의이 주제에 대한 의견을 추가하십시오.

FCC 규칙에 따라 Part 15 및 Part 97 네트워크는 서로 대화하지 않습니다.

프로토콜 문서

네트워크는 33cm (902-928 MHz) 아마추어 대역에서 실행됩니다. 우리는 906.5 MHz에서 33cm의 ARRL 대역 계획의 디지털 부분에 있습니다. New England Spectrum Management Council (NESMC, https://www.nesmc.org/) 902 MHz 대역 계획에 따르면,이 주파수는 밴드의 "혼합 사용"섹션에 있습니다. 우리의 빈도는 NESMC 데이터베이스에 등록 되어이 대역의 다른 용도와 적절한 조정을 보장합니다.

LORA 메시지 페이로드는 FCC 규정을 준수하여 여기에 문서화되어 있습니다. 디자인의 어느 곳에서나 암호화가 없습니다. 여기에 포함 된 정보는 청취자가 메시지를 해석하는 데 필요한 모든 것입니다.

표준 LORA 물리적 패킷 형식이 사용됩니다. LORA 매개 변수에 대한 세부 사항 :

125k 대역폭 모드
CRC 활성화, 4/5 코딩 속도
명시 적 헤더 모드가 사용됩니다
로라 확산 계수 9
12 심볼 프리임 바

다음은 Semtech 문서의 물리적 레이어 패킷 형식에 대한 요약입니다.

LORA 인코딩에 대한 훨씬 자세한 설명은 여기에서 찾을 수 있습니다.

위의 페이로드에는 36 바이트 헤더와 가변 길이 패킷 형식이 포함되어 있습니다. 상세:

36 바이트 고정 크기.
버전 (PV)은 2 (현재)입니다.
패킷 유형 (PT)은 메시지의 특성/처리를 설명합니다. 아래 유형에 대한 자세한 내용.
패킷 ID (PID)는 승인 및 중복 패킷 제거에 사용됩니다. 16 비트 정수 (Little Endian).
통화 부호는 ASCII 형식으로, 필요에 따라 공간이 채워져 있습니다.
소스/대상 주소는 16 비트 정수 (Little Endian)입니다. 아래 주소에 대한 자세한 내용.

스테이션 주소 지정 계획

각 스테이션에는 16 비트 주소가 할당됩니다. 일부 주소는 특별한 의미가 있습니다.

0x0000 : 사용되지 않습니다
0x0001 ~ 0xffef : 네트워크의 일반 스테이션에 사용됩니다.
0xfff0 ~ 0xfffd : 관리/유지 보수 목적으로 사용되지 않은 스테이션.
0xfffe : 게이트웨이 스테이션에 대한 다른 메시
0xffff : 방송 주소

패킷 유형

패킷 유형은 다음과 같이 해석됩니다.

0 : 사용되지 않습니다
1 : 신뢰할 수있는 전달에 사용되는 일반 승인 패킷.
2 : 스테이션 ID/비콘 패킷.
3 : 핑 요청.
4 : 핑 응답 (Pong).
5 : 스테이션 엔지니어링 데이터 요청.
6 : 스테이션 엔지니어링 데이터 응답.
- 응답에 대한 자세한 내용은 아래를 참조하십시오.
7 : 네트워크 경로 테스트 요청.
- 스테이션은 네트워크를 통해 라우팅되므로 노드 ID 및 최후의 RSSI 데이터를이 메시지에 추가합니다.
8 : 네트워크 경로 테스트 응답.
- 스테이션은 네트워크를 통해 라우팅되므로 노드 ID 및 최후의 RSSI 데이터를이 메시지에 추가합니다.
9 : 보안 종자를 설정하십시오. 특권 요청을 검증하는 데 사용되는 종자를 설정하는 데 사용됩니다.
10 : 경로 요청을 설정하십시오. (권한있는 작업)
11 : 경로 데이터 요청을 받으십시오.
12 : 경로 데이터 응답을 얻으십시오.
13 : 경로 요청 (향후 사용)을 발견하십시오.
14 : 경로 응답 (향후 사용)을 발견하십시오.
15 : 스테이션 재설정 요청. (권한있는 작업)
16 : 스테이션 클럭 요청을 설정하십시오. (권한있는 작업)
17 : 엔지니어링 카운터 요청을 재설정합니다.
18 : 펌웨어 업데이트 요청 (향후 사용, 권한)
19-31 : (예약)
32 : 일상적인 텍스트 트래픽.
- ASCII, 프리 텍스트 페이로드. 가변 크기, 최대 크기는 128 바이트입니다.
33 : 우선 순위/비상 텍스트 트래픽.
- ASCII, 프리 텍스트 페이로드. 가변 크기, 최대 크기는 128 바이트입니다.
34 : 일상적인 이진/데이터 트래픽.
- 가변 크기, 최대 크기는 128 바이트입니다. 암호화가 허용되지 않습니다!
35 : 우선 순위/비상 바이너리/데이터 트래픽.
- 가변 크기, 최대 크기는 128 바이트입니다. 암호화가 허용되지 않습니다!
36 : 스테이션 경고. 가청 경보 등으로 들리는 데 사용됩니다.

승인/제거

대부분의 패킷 유형은 각 홉마다 인정됩니다. 패킷 타입 1 은이 목적으로 사용됩니다. 이것은 승인이 원래 발신자에 도달한다는 것을 의미하는 것이 아니라, 각 스테이션이 ACK를 가져 와서 패킷이 경로 경로의 다음 스테이션으로 전달되었음을 나타내는 것을 의미합니다.

승인 패킷 (유형 1) 및 스테이션 ID 패킷 (유형 2)은 인정되지 않습니다.

스테이션은 패킷을 수신하는 각 노드에 대한 카운터를 유지합니다. 중복 패킷은 패킷 ID 카운터를 기반으로 폐기됩니다. 카운터가 랩 될 때 혼란을 피하기 위해 창이 사용됩니다.

스테이션 엔지니어링 데이터 패킷

이 패킷은 스테이션의 상태를 모니터링하는 데 사용되는 기술 데이터를 반환합니다. 형식은 다음과 같습니다.

0-1 : 펌웨어 버전
2-3 : MV의 배터리 전압
4-5 : MV의 패널 전압
6-9 : 몇 초 만에 가동 시간
10-13 : 시간 (시대 이후 몇 초)
14-15 : 부트 수
16-17 : 수면 수
18-19 : 패킷 수를받습니다
20-21 : 라우팅 오류 수
22-23 : 온도 (옵션 설치시)
24-25 : 습도 (옵션 설치시)
26-27 : 장치 클래스
- 0 : 지정되지 않았습니다
- 1 : 전쟁 데스크탑 ESP32
- 2 : 전쟁 버드 하우스 ESP32
- 3 : 전쟁 메쉬 게이트웨이 STM32
- 4 : Wars Internet Gateway STM32
- 5 : 전쟁 데스크탑 STM32
- 6 : 전쟁 버드 하우스 STM32
28-29 : 장치 개정
30-31 : 잘못된 노드 수신 패킷 카운트

2 바이트 및 4 바이트 정수는 작은 엔디 언어 형식입니다.

하드웨어 개요 (전자 장치)

Birdhouse Repeater 프로토 타입 (외부보기) :

하우스 1

Birdhouse Repeater 프로토 타입 (내부 전자식보기) :

하우스 2

KC1FSZ의 QTH에서 타워가 장착 된 Birdhouse 리피터 프로토 타입 :

하우스 3

통합을 개선하고 SMD 솔더링 기능이없는 키트 빌더를보다 쉽게 만들기 위해 맞춤형 PCB (V2)가 개발되었습니다. 이 보드는 또한 안테나 실험을보다 쉽게 할 수있는 SMA 커넥터를 제공합니다.

하우스 4

하드웨어 노트

전압 판독 값은 태양 전지판과 배터리에서 가져옵니다.
V2 회로도는 여기에서 찾을 수 있습니다.

하드웨어 개요 (목공)

리피터 노드는 쉬운 조립을 위해 설계된 표준화 된 Birdhouse 인클로저로 포장됩니다.
6 개의 나무 조각이 필요합니다. 구성 요소는 나무 나사를 사용하여 부착됩니다. 버드 하우스는 작은 새 종에 대해 완전히 기능합니다.

지붕은 초기 네트워크가 배치 된 북쪽 위도 42도에서 태양열 생성에 대한 권장되는 최적 구성에 따라 32도 각도로 경사됩니다. 다른 위치에 대해 디자인을 조정해야 할 수도 있습니다.

버드 하우스 리피터 프로토 타입의 목재 부품 :

하우스 4

클로버 잎 온/오프 램프 내부의 나무에 설치된 트리 장착 리피터 프로토 타입 :

하우스 4

MA, Needham의 North Hill 꼭대기에 장착 된 리피터 스테이션.

하우스 4

목재 컷 목록 :

1 "x5"공칭 주식 (4.5 "실제)
- 측면 : 6 1/2 "최대 32도 마이터가있는 최대 길이
1 "x6"공칭 주식 (5.5 "실제)
- 뒤로 : 10 "길이
- 하단 : 6 "길이
- 지붕 : 7 1/4 "테이블 톱에 32도 베벨이있는 길이 (6 1/2")
- 앞면 : 3 3/4 "최대 길이 32도 베벨 톱 톱. 구멍 1 1/2"직경. (측면을 사용 하여이 피스를 측정하고 울타리를 조정하십시오).

전동 공구로 작업 할 때는주의하십시오!

소프트웨어 개요

LORA 소프트웨어는 완전히 홈 브루입니다. 상용 드라이버가 사용되지 않습니다. 이것은 훨씬 더 많은 작업과 훨씬 더 많은 학습을 의미합니다.

모든 노드는 네트워크와 상호 작용하기 위해 직렬 인터페이스를 지원하지만 데스크탑 노드에만 연결됩니다.

Serial Command 프로세서는 Phil Jensen 이이 훌륭한 프로젝트를 사용하여 구현됩니다.

현재 정적 라우팅 메커니즘이 사용되고 있습니다. 각 노드의 라우팅 테이블을 원격으로 변경할 수 있습니다. 동적 라우팅은 향후 단계에서 개발 될 것입니다.

개발자 정보

개발, IDE 설정 등에 대한 정보는 Project Wiki를 참조하십시오.

참조 자료

VE2DBE의 Radio Mobile : https://www.ve2dbe.com/english1.html는 지역-지역/LOS 전파를 이해하기위한 훌륭한 프로그램입니다.
유비쿼터스 링크 플래너는 잠재적 스테이션 사이트 간의 토지 기능을 이해하는 데 매우 도움이됩니다 : https://link.ui.com/#.2q
LORA 규칙, 규정 및 용어 : https://lora.readthedocs.io/en/latest/#rules-and-regulations
LORA 라디오 모듈 (RFM95W)에 대한 참조 : https://www.hoperf.com/modules/lora/rfm95.html
LORA 변조 정보 : https://www.frugalprototype.com/wp-content/uploads/2016/08/an1200.22.pdf
18650 배터리에 대한 참조 : https://cdn.sparkfun.com/datasheets/prototyping/icr18650%202600mah%20datasheet.pdf
LDO 전압 조절기에 대한 참조 : https://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/mcp1700-low-quiescent-current-ldo-20001826e.pdf
STM32L031 마이크로 컨트롤러에 대한 참조 : https://www.st.com/resource/en/datasheet/stm32l031k6.pdf
STM32L0 하드웨어 설계 안내서 : https://www.st.com/resource/en/application_note/an4467-getting-started-with-stm32lxx-hardware-development-stmicroelectronics.pdf
ESP32 D1 미니 : https://wiki.csgalileo.org/_media/projects/internetofthings/d1_mini_esp32_-_pinout.pdf에 대한 참조
ESP32 AD 변환기에서 비선형 성 수정에 관한 기사 : https://github.com/e-tinkers/esp32-adc-calibrate
IP 네트워크에 대한 브리지를 만드는 데 사용되는 W5500의 데이터 시트 https://cdn.sparkfun.com/datasheets/dev/arduino/shields/w5500_datasheet_v1.0.2_1.pdf
Lora 물리층의 역 엔지니어링에 대해 이야기하는 매우 흥미로운 논문 : https://www.epfl.ch/labs/tcl/wp-content/uploads/2020/02/reverse_eng_report.pdf

자세한 부품 목록

(팔로우)

연결 노트

열 1

ROW 0 -GND ROW 1- 공급 GND 행 2 -IO33 (배터리 전압 감지) 행 3 -IO34 (패널 전압 감지) 행 4- 공급 +VCC Row 5- Pannel Row 7- +3.3v

열 2

Row 0 Row 1 Row 2 -IO19 (SPI MISO) ROW 3 -IO23 (SPI MOSI) Row 4 -IO18 (SPI SCK) Row 5 -IO5 (SPI NSS) Row 6 -IO26 (Radio RST) Row 7 -IO4 (Radio DIO0)

추가 실험 영역

하드웨어 2.0 (프로세스)

표면 마운트 구성 요소를 사용하여 완전히 통합 된 PCB
초 저장 마이크로 프로세서 : STM32L031로 전환하십시오
보다 강력한 안테나 실험을위한 SMA 커넥터

하드웨어 (미래)

선형 레귤레이터를 부스트 컨버터로 교체하여 배터리 사용을 개선하십시오.
조류 거주지와의 비바람에 부응하고 완전한 호환성을 보장하기 위해 Birdhouse의 포장을 완료하십시오.
저렴한 안테나.
장거리 링크에 대한 안테나를 얻습니다.
두 안테나 사이의 동적 스위칭을 허용하는 RF 스위치. 이는 A/B 테스트 또는 트렁킹을위한 방향/게인 안테나가있는 스테이션과 로컬 액세스를위한 전능 방향 안테나가있는 스테이션을 용이하게 할 수 있습니다.
잠재적 스테이션 위치 스카우트를위한 LCD RSSI 디스플레이가 장착 된 핸드 헬드 스테이션.

소프트웨어

보다 공격적인 수면을 사용한 전력 효율성 향상. SX1276 수신 인터럽트 또는 채널 활동 감지 (CAD) 인터럽트를 활용하여 비 활동 기간 동안 시스템이 잠들 수 있습니다.
동적 경로 발견. 현재 경로는 정적이지만 공적으로 수정할 수 있습니다.
노드가 오프라인 상태 인 경우 시간 동안 저장 및 전진하십시오.
중복 전달을 피하기위한 메시지 시퀀스.
네트워크 시간 동기화.
Python으로 작성된보다 사용자 친화적 인 데스크탑 응용 프로그램. 이렇게하면 작업의 캐주얼 사용자에게는 쉽습니다. 최종 사용자는 네트워크와 상호 작용합니다.
네트워크 보안.
오버 공기 (OTA) 소프트웨어 업그레이드.

널리 알려짐

이 프로젝트에 관한 기사 (Dan Brown W1Dan과 공동 저술)는 ARRL QST Magazine의 2023 년 7 월호 클럽 스테이션 칼럼에 나타납니다. 이것을 출판하는 것은 리그가 좋았습니다.
멋진 Hackaday 기사는 여기에서 찾을 수 있습니다. 인터넷이 다운되었을 때 네트워크가 백업으로 사용될 수 있다는 의미를 감안할 때이 기사가 재미 있음을 알았습니다. 나는 Lora를 통해 Netflix를 스트리밍하지는 않았지만 비디오 품질이 좋지 않을 것이라고 생각합니다. :-)
Zero Restries 뉴스 레터는 2023 년 6 월 프로젝트를 다루었습니다. Steve Stroh N8Gnj는이 널리 읽힌 뉴스 레터와 함께 훌륭한 일을하고 있으며 그의 기사에서 "비참하게 잘못된 정보"와 "근시"라고 불렀습니다. Lindsay Lohan이 한 번 말했듯이, 나쁜 홍보와 같은 것은 없습니다!