the things network что это
The things network что это
Раздел находится в разработке. Предложения принимаются на адрес 4refr0nt@gmail.com
Ресурсы
Участники сообщества The Things Network
and 36 others are part of The Things Network Russia
Cобытия
24.12.2016 г. Екатеринбург
Семинар «Интернет вещей для начинающих» Регистрация
Компания ACS приглашает на семинар всех, кто активно интересуется темой IoT.
Цель мероприятия: послушать выступления докладчиков и в конце провести круглый стол на котором обсудить с присутствующими текущее состояние дел и собрать пожелания для следующих мероприятий на эту тему.
Темы выступлений:
1. “Интернет вещей. Текущее состояние дел”, Вахонин Сергей, директор компании ACS
2. “Микроконтроллер ESP 8266 и его использование”, Виктор Бруцкий, IoT евангелист aka 4refr0nt
3. “Hello world! на ESP 8266 или Первая программа на WiFi-аналоге Arduino”, Алексей Будалин, Руководитель квеста в реальности Хронос в Екатеринбурге
4. Тема выступления согласуется с производителем электроники для IoT
We are a global collaborative Internet of Things ecosystem that creates networks, devices and solutions using LoRaWAN®.
The workbench to get you started with IoT.
The Things Network provides a set of open tools and a global, open network to build your next IoT application at low cost, featuring maximum security and ready to scale.
Powered by The Things Stack.
The Things Stack is a LoRaWAN Network Server which is the critical component for any LoRaWAN solution. Used by thousands of companies and developers around the world, it securely manages applications, end devices and gateways and is built by The Things Industries.
Value driven IoT projects
Developers from all over the world are leveraging The Things Network’s resources and ecosystem to build exciting and value driving IoT use cases.
Find the right devices for your project.
The Things Network offers you comprehensive resources and valuable contacts to find the right hardware for your IoT project.
What is LoRaWAN?
The Things Network uses the LoRaWAN network protocol, which is built upon LoRa® modulation technique, providing long range, low power and secure characteristics that are ideal for telemetry use cases.
We provide you with the proper resources to easily and quickly acquire essential knowledge necessary for your IoT projects.
Get certified
The Things Certified Fundamentals
You know your LoRaWAN basics!
The Things Certified Advanced
You are the expert
The Things Certified Security
Security is key (management)
The Things Certified Network Management
Networking to the core
The Things Stack Certified
Next generation LoRaWAN® Network Server
The Things Academy
Proven to have sound understanding of LoRa and LoRaWAN
Learn about the technology
The Things Stack Quickstart
Get training and certify your LoRaWAN skillset
Explore how others are using The Things Stack
Join The Things Conference
LoRaWAN Fundamentals
End devices
The Things Network uses the LoRaWAN network protocol, which is built upon LoRa modulation technique, providing long range, low power and secure characteristics that are ideal for telemetry use cases.
We provide you with the proper resources to easily and quickly acquire essential knowledge necessary for your IoT projects.
Learn
How to create applications and add devices
Explore compatible LoRaWAN devices in our Device Repository
Learn about device activation methods
Build
Get you LoRaWAN development board
Add your certified devices to our Device Repository
Использование LoRa для интеграции кота в IoT
А в дом с садом просто необходимы коты.
Поэтому через некоторое время у нас появился Барсик, по паспорту Эскобар.
Симочные все требуют денег, минимум 5 евро в месяц абонемент. При этом видимо используются какие-то дешёвые IoT симки с 2G connectivity. Задержки сигналов 1-2 минуты.
LoRa и The Things Network
Трекеру в общем-то не очень нужна симка, надо передавать десятки байт раз в минуту или несколько минут. Погуглив туда и сюда, выяснил, что есть радиостандарт LoRa, который гораздо лучше подходит под мой кейс чем всё вот это вот.
LoRa использует EU 868MHz нелицензированные частоты, которые доступны и в РФ.
LoRa использует chirp модуляцию, изначально придуманную для военных целей, которая позволяет энерго-эффективную радио коммуникацию в отсутствии прямой видимости.
Устройства LoRa не стоят индустриальных денег
Gateway и антенна
Нидерландская компания The Things Network предлагает TTN Indoor gateway за 70 евро. Установка и конфигурация (gateway передаёт через wifi на сеть TTN всё, что ловит на радио сам) была завершена за 10 минут.
TTN консоль сделана с любовью, всё понятно и удобно.
Aurel GP 868 антенна на крыше
заказать внешнюю антенну с ground plane диаграммой (например Aurel GP 868, EUR 40,-)
заказать IPEX кабель-адаптер (для Aurel был нужен IPEX-to-BNC-female, EUR 3,-)
вскрыть корпус gateway, отсоединить IPEX кабель от печатной планы и воткнуть свой кабель внешней антенны
Наверное можно было сделать аккуратнее, но и так работает.
В результате получается бесплатная (и без SLA) колхозная сеть. Покрытие не 100% и даже не близко, но сам факт, почему бы и нет?
Бесплатное покрытие TTN в Амстердаме
На рынке LoRa трекеров есть несколько устройств, но единственное устройство можно было использовать в качестве кото-трекера. Это BroWAN Object Locator, которые делает тайваньская фирма Browan. Кроме этих сенсоров, они делают ещё десятки других LoRa устройств, от CO2 до протечек воды. Очень милые ребята, хорошая техническая поддержка.
Другие сенсоры были либо слишком тяжёлые (для авто или мотоциклов), либо с батарейкой, которая не перезаряжается, либо не позволяли сконфигурировать себя под TTN.
BroWAN tab
Вес 28 граммов, батарейка 540mAh, которой хватает на передачу позиции раз в минуту в течение 8 часов, или дольше, если реже.
Поэтому я купил шлейку для прогулок котов, отрезал всё лишнее и пришил как умел два кармашка, получился такой типа жилетик-разгрузка.
Пришлось ещё удлинить лямку вокруг шеи, чтобы не затягивать сильно, но и не расстёгивалось.
Для птичек, потому что эта пушистая машина убийства в полном камуфляже, с точной моторикой и реакцией в миллисекунды убивала бы местных птичек в больших количествах, не находя понимания у живущих по соседству граждан нашего болотного королевства.
Чтобы сместить баланс жизни и смерти в пользу птичек, я ещё пришил звякающий шарик сверху. Теперь Эскобар может выполнять функцию верхнего хищника просто гоняя птичек, чтобы не жирели, но не убивая их. Или же, если некая птица не способна заметить кота с колокольчиком в ярком жилетике, и свалить восвояси, кот может рассчитывать на применение по отношению к ней законов Дарвина, а не человеческой этики.
Эскобар в боевом облачении
Программное обеспечение
Пока что было всё про железки, теперь про софт немного. Архитектура решения выглядит примерно так:
Кот начинает гулять, трекер активируется акселерометром и начинает посылать позиции раз в минуту. Пакеты ловятся каким-то gateway (иногда несколькими) и пересылаются в сеть TTN.
Каждый пакет это примерно 50 байт, содержит заголовки, метаданные, локация и напряжение батарейки.
Приложение в консоли TTN
Конфигурация устройства
В TTN application можно добавить функцию-парсер для преобразования байтов из устройства в структуру типа JSON. Для BroWAN трекеров код выглядит так:
В TTN добавлена интеграция HTTP, чтобы посылать события в приложение catracker, которое сохраняет позиции в базу и посылает их подключенным клиентам по вебсокетам.
Приложение состоит из Scala/Akka сервиса, фронтенда на голом TypeScript, Azure DevOps CI и Kubernetes дескриптора.
Сегодня был дождь и Барсик не ходил далеко
Большое спасибо TTN за надёжное и недорогое оборудование, и добротную консоль, и BroWAN — за лучшие LoRa трекеры.
И конечно же коту Барсику за ежедневные усилия по тестированию решения.
Мяу!
Отправка данных с IoT-устройства по сети LORAWAN в сервис The Things Network
В течении многих лет огромный потенциал Интернета Вещей (IoT) сдерживался техническими проблемами, такими как малый срок службы устройств работающих от батарей, короткой дальностью связи, высокой стоимостью и отсутствием единых стандартов.
Технология, получившая название LoRaWAN (Long Range wide-area networks) позволила преодолеть все эти препятствия. На основе новой спецификации и нового протокола для LPWAN, использующего нелицензируемый диапазон частот, технология LoRaWAN позволила подключать датчики на большие расстояния, предлагая при этом оптимальное время автономной работы датчиков и минимальные требования к инфраструктуре.Конечные LoRa-устройства могут передать информацию с расстояния в 15 км от базовой станции, используя при этом мощность передачи, не превышающую 25 мВт.
Сервис The Things Network (www.thethingsnetwork.org) – открытая LoRaWAN сеть, поддерживаемая и развиваемая ее участниками. Сервис предоставляет набор открытых инструментов и глобальную открытую сеть для создания IoT-приложений Благодаря надежному сквозному шифрованию создается защищенная и совместная сеть Internet of Things, охватывающая многие страны мира. Сейчас работают тысячи шлюзов, обеспечивающих покрытие миллионам людей.
Любой желающий может зарегистрировать в сети свое Lora-устройство как узел (node). Но это если узел может подключиться к существующему шлюзу. Карта шлюзов
The Things Indoor Gateway (TTIG) представляет собой полностью совместимый шлюз LoRaWAN с Wi-Fi в качестве транзитного соединения.
Характеристики:
2 режима работы:
Режим конфигурации (CONF)
В этом режиме устройство действует как точка доступа Wi-Fi, к которой пользователи могут подключаться и настраивать сеть WiFi, к которым будет подключаться шлюз во время нормальной работы. Устройство не может маршрутизировать пакеты LoRaWAN в этом режиме.
Режим шлюза (GW)
В этом режиме устройство действует как шлюз для маршрутизации трафика между устройством LoRaWAN и сетью. В этом режиме точка доступа WiFi для настройки недоступна.
Активация шлюза
Подключение к серверу The Things Network
Сначала регистрируемся в сервисе The Things Network (www.thethingsnetwork.org). Затем необходимо войти в свой профиль и зарегистрировать шлюз. Нажимаем на кнопку Setup a gateway
Если ваша конфигурация прошла успешно, Вы увидите Status connected
Шлюз подключен к сервису. Мы можем подключаться к нему устройствами Lora.
Плата The Things Uno
Необходимо установить библиотеку TheThingsNetwork, чтобы получить те же простые в использовании методы для подключения к сети и отправки данных.
Загрузим на плату Things Uno пример DeviceInfo из библиотеки TheThingsNetwork.
Внесем изменения в скетч
В монитор последовательного порта выводится необходимая нам информация об EUI устройства. Эти данные нам пригодятся.
Далее заходим в сервисе в консоль The Things Network и выбираем Applications, а затем add application
Заполняем поля и нажимаем на кнопку Add Application
Теперь к данному приложению необходимо добавить устройство. Нажимаем на ссылку register device
И в окне вводим данные нашего устройства. Вот где нужен EUI устройства
Нажимаем кнопку Register. Для отправки данных на нужны два значения Application EUI и App Key
Загрузим на плату Things Uno пример SendOTAA из библиотеки TheThingsNetwork. Внесем изменения в скетч
После загрузки скетча в приложение должны приходить данные. Выбираем вкладку Data
Устройство отправляет данные в сеть The Things Network.
Это необработанные данные RAW. В следующей части рассмотрим как выделять нужные данные и отправлять их по нужному нам адресу.
Несколько сетей для энтузиастов
Несмотря на обилие материала в сети, в том числе на русском, в том числе на Хабре, в комментариях к публикациям периодически можно встретить удивление открывшимся фактам в обсуждении. Поэтому я решил написать короткую обзорную статью, перечислив в ней сети, в которых может участвовать любой желающий.
Фактически эта публикация краткий дайджест статей на Хабре о технических хобби, в основном, на грани IT, программирования и радиолюбительства.
И первым в списке станет популярный Народный мониторинг.
Народный мониторинг
Народный Мониторинг — погодные и частные датчики и веб-камеры на карте мира
И лучше не напишешь — именно для этого его используют многочисленные пользователи.
Не буду рассказывать об хорошо известном. Замечу только, что самым популярным датчиком, по видимому, является датчик температуры. А само устройство может быть очень бюджетным на основе роутера или популярного ESP8266.
Публикаций по теме использования этой сети на Хабре много, ограничусь одной из простейших из них для примера:
Это всё работает, если есть возможность подключиться к интернету. А если нет, то, как получать данные некого удаленного датчика и не одного? Мобильная связь? Может не быть покрытия, к примеру «Как Аляска борется с «цифровым неравенством»». Хорошая иллюстрация от QDeathNick, который проиллюстрировал покрытие мобильной связью территории РФ — связь присутствует только на 14% территории Российской Федерации.
Также Евросоюз заявил о последовательном снижении оплаты трафика мобильного интернета внутри ЕС с 7,7 евро за гигабайт в 2017 г. до 2,5 евро за гигабайт в 2022 г.
Очень дорогой и неудобный интернет. Я плачу 10 евро в месяц за тариф с 2 гигабайтами мобильного трафика, а на квартиру мы платим 25 евро в месяц за безлимитный ADSL 50 мбит/сек. Покрытие хуже, чем в Украине и многих других стран, а стоит все дорого. Чуть выехал из города — связи нет, никакой. 2G в лучшем случае. Как это возможно в столь развитой стране?
Подобная информация на Хабре не редкость. Выходом из такой ситуации могут быть две альтернативы. Одна применима в густонаселенных районах, а вторая наоборот. К слову существуют попытки решить эти вопросы другими способами, но они не имеют отношения к теме «сетей энтузиастов», кроме нескольких попыток создать Mesh сеть в России и СНГ — «Допустим, у нас есть VPS в какой-нибудь нормальной стране, где интернет не подвергается агрессивным нападкам» (Mesh-роутер — это просто). И за рубежом в каком-то состоянии существует Hyperboria: Интернет 2.0. Судя по всему, существуют небольшие разрозненные фрагменты сетей. И говорить о них как об альтернативном Интернете без цензуры еще очень рано.
На Земле немало удалённых регионов, куда практически невозможно провести интернет. Что делать жителям? Не всякий позволит себе спутниковый канал, Для связи между членами общины можно организовать собственную сеть без всяких коммерческих провайдеров (community network). Именно для таких проектов предназначен новый свободный маршрутизатор LibreRouter. Конечно, это довольно специфическое и специализированное железо. Но люди живут не только в мегаполисах, а для самоорганизации групп, удалённых от цивилизации, такое устройство может стать незаменимым.
AMPRNet
AMPRNet (AMateur Packet Radio Network) — это TCP/IP поверх радио. Другое название IPv4 Network 44/8 или Network 44. Радиолюбительская сеть состоит из нескольких подсетей. Например РФ — это сеть 44.178.0.0/16. Работает в радиолюбительских диапазонах УКВ и ДМВ. Скорость линков 300-9600 бод. Модема на современной элементарной базе NPR New Packet Radio позволяет получить на частоте 433МГц до 500kbps. На более коротких расстояниях между узлами сети может использоваться WiFi. Для соединения сегментов Mesh сети друг с другом через интернет — VPN.
Но вернемся к менее экзотическим решениям передать данные.
The Things Network. Глобальный интернет Вещей.
5 до 15 километров), низкое потребление (от месяцев до «нескольких лет на одной батарее»), но за это приходится платить низкой пропускной способностью соединения — всего 51 байт на сообщение.
Это достаточно для передачи данных метеостанций или счетчиков воды, например.
На Хабре есть статьи об этой технологии, хотя и с уклоном на коммерческое применение, например:
В разных регионах мира используются разные радиочастоты. В большинстве стран эти частоты не требуют лицензии и их использование легально ( 433 МГц, 868 МГц (Европа), 915 МГц (США))
Кроме этого шлюзы достаточно дорогостоящие (примерно € 300), даже если их самостоятельно делать (как минимум нужен RPi). Поэтому, если необходимо установить только один датчик вне зоны покрытия существующего шлюза, то затея может не иметь экономического смысла.
WSPRnet
Маломощные передатчики на самом деле могут передать намного дальше, чем можно было бы ожидать.
WSPRnet — сеть радиолюбительских маяков, которые автоматически обмениваются короткими сообщениями друг с другом. Слышали об этом? Я тоже не слышал, но на Хабре прочитал.
WSPRnet — сеть радиолюбительских маяков, которые автоматически обмениваются короткими сообщениями друг с другом. Данные от маяков автоматически публикуются в интернете. В данном случае, установив специальную программу, можно декодировать принятые сигналы и отправлять их в сеть. На сайте есть возможность посмотреть карту, на которой показываются связи между маяками за определенный интервал времени.
Automatic Packet Reporting System (APRS)
Эм. В мире полно мест, где доступа в интернет нет вообще, в том числе сотового. Зачем тут выделять места, где интернет есть, но типа «медленный»?
Альтернативной в малонаселенных регионах может быть использование Automatic Packet Reporting System. И особенно, если важна широкая зона покрытия при отсутствии сетей мобильных операторов.
В качестве примера вспомню эпическую историю на Reddit (фото и видео) о запуске на воздушном шаре в стратосферу GoPro HERO3, Sony Camcorder и телефон Samsung Galaxy Note II в качестве GSM-трекера.
По-видимому, на свете нет ничего, что не могло бы случится.
Марк Твен
Шар поднял груз на высоту около 30 км, лопнул и груз спустился на парашюте в 80 километрах от места старта. К сожалению, и неожиданно для участников запуска, в месте приземления не было покрытия мобильной связью, и точные координаты посадки были неизвестны. Но два года спустя остатки шара в пустыне нашли туристы. По SIM карте в телефоне нашли владельца и передали ему находку. В комментариях один из пользователей Reddit спрашивает, почему они не воспользовались APRS, чтобы избежать всех этих неприятностей.
Если четыре причины возможных неприятностей заранее устранимы, то всегда найдется пятая.
Закон Мэрфи
Последняя точка на карте получена в 14-06. Возможно шар вышел из зоны отправки сигнала, трекер работает до 8 км. по высоте. Ждем, но последние координаты не меняются. Полет шара не может длиться более 3 часов (по опыту людей, запускавших их ранее), за это время он должен достичь своей максимальной высоты и лопнуть. Едем на последнюю известную точку.
На высоте примерно 5 км связь должна оборваться.
И действительно, описав дугу над Красной Горкой, сигнал пропал. Теперь оставалось надеяться, что к моменту приземления GPS-трекеры будут в рабочем состоянии и в зоне доступа.
Связи не было около часа. А затем стратостат объявился над полями к северо-западу от Мелитополя. С китайским трекером можно было связаться по телефонной связи, и мы три минуты слушали, как он падал, рассекая воздушные потоки. Наконец, наступила тишина.
GPS GSM трекер отечественной фирмы X-Keeper. GPS-трекер — это устройство, которое каждые N минут отправляет через GSM сеть GPS координаты своего местоположения. В этом конкретном устройстве стояли симки двух наших крупнейших операторов. Чтобы трекер помог, ясень пень, спускаемый аппарат должен упасть в зоне действия сети одного из операторов.
***
Шар улетел, и нам оставалось только ждать первых GPS координат с трекера. В общем-то, вероятность того, что зонд упадет в зоне действия мобильных операторов была весьма невысокая. Всё-таки, мы живем на Урале: лес вокруг.
Но случилось то, что случилось. Спустя один час и 15 минут, на мой телефон пришла долгожданная SMS с координатами! Было ощущение, как будто мы получили первый сигнал с марсохода. С этого момента, все стали морально готовиться к путешествию. Ведь координаты указывали на точку в 200 км от города, ядрен батон!
И так спасти гиганта мысли в данных условиях может Automatic Packet Reporting System
Оф.сайт: www.aprs.org
Либо в более узком смысле применения расшифровывают акроним как Automatic Position Reporting System (APRS), именно это в данном случае интересно — как это выглядит можно увидеть на aprs.fi
Вид цифровой радиолюбительской связи, APRS использует данные получаемые от радиолюбителей — это такие данные как местонахождение, погода, телеметрия и сообщения из радиоэфира. Сеть состоит из передающих устройств и приемников, работающих в радиолюбительских диапазонах (145 МГц, 433 МГц). Для APRS стандартная частота 144.39МГц в Северной Америке и 144.8МГц в Европе, но для своих целей можно использовать другие любительские частоты.
Транспортные средства c APRS трекером, передают информацию о местонахождении, скорости и курсе, упаковывая эту информацию в небольшие пакеты данных, которые потом передаются по радиоэфиру в неподалёку находящийся IP-шлюз (Automatic Packet Reporting System-Internet Service), откуда эти пакеты направляются в Интернет. Либо непосредственно принимаются другой радиостанцией и дешифруются подключенной к ней аппаратурой.
Радиоволны этих диапазонов редко распространяются дальше сотни километров, но иногда часть пакетов могут быть переданы дальше, чем обычно, не только благодаря редкому для этого диапазона тропосферному прохождению, но и во время пролета над данной местностью Международной космической станции, на которой есть ретранслятор на частоте 145,825 МГц.
Опять же «на Хабре всё есть» и читаем подробно в статье с лаконичным названием «APRS», но с очень подробным описанием технологии. Единственное замечание будет к пункту:
2.1 Смартфон + трансивер
На самом деле я не знаю подробностей, но фотография говорит сама за себя.
Реализуется, упомянутая в статье функциональность, программой Aprsdroid, но уже в режиме работы не APRS-IS через интернет используя WiFi или передачу данных по сети мобильной связи. А через AFSK (через соединение аудиовходов/выходов между рацией и смартфонов) с помощью подобного кабеля:
Подробнее о таком кабеле смотреть по ссылке.
Для работы программы Aprsdroid и легальной работы в эфире требуется реальный радиолюбительский позывной. Ввести случайно придуманный позывной программа не даст — в ней есть некая проверка.
Зачем нужен APRS? Есть несколько причин, кроме той очевидной, что это независимая сеть, которая переживет БП, когда все остальное обрушится, а также той, что это сеть, через которую можно послать сообщение с просьбой о помощи или передать тревожную точку. Поэтому главная причина: APRS является единственным источником достоверной информации о местной активности, особенно на УКВ. Местные этого не понимают, ведь они и так знают, какие и где у них ретрансляторы. А вот как быть приезжему? А если приезжий не говорит на вашем языке? А вы сами, когда у кого-то в гостях? Здоровая практика – посылать в APRS маяки, информирующие всех о местных ретрансляторах. Также неплохо посылать сообщения о себе, как бы приглашая провести связь. Если у оператора р/ст поддерживает функцию QSY, то ему достаточно нажать одну кнопку, чтобы настроиться на ретранслятор (или на вас, почему нет?) и сразу провести связь. Если вы лицензированный радиоаматор и вам кажется, что вам APRS не нужен, то это только вам так кажется. Во всем радиоаматорски-развитом мире APRS поддерживают в отличном состоянии и радиопокрытие сети практически сплошное, даже если им там у себя на месте это не очень-то и надо так же, как и вам у себя.
К слову для любителей азартных игр с государством рекомендую статью «Пеленгация радиосигналов. Как это работает?» Но так привлечь к себе внимание служб надо постараться.
О том, как легально работать с радиостанцией, получить позывной и зарегистрировать рацию на Хабре есть несколько публикаций:
Через неделю собираюсь на работу – звонок в дверь: «Откройте, радиочастотная служба!». Оказалось, пришли серьезные люди из Роскомнадзора, говорят, жалоба на вас из полиции пришла, залезаете на чужой эфир.
На карте отображаются объекты, которые ходят, ездят, летают и плавают. Вот, например, плавающая пусковая платформа «Спутник» для любительской ракеты из статьи «Copenhagen Suborbitals сегодня запустила очередную суборбитальную ракету»:
На самом деле на карте отображаются данные не APRS, а AIS, которые можно передавать на aprs.fi. Automatic Identification System (AIS) профессиональная технология для судов, близкая к APRS и о ней будет параграф ниже.
Высотные воздушные шары
Вернемся к воздушным шарам, точнее к стратостатам, с которых начался параграф о APRS. На Хабре этому посвящено несколько статей, самая ранняя из которых, видимо эта — «Потрясающие фотографии Земли и космоса с помощью фотоаппарата за 56 £» от 19 марта 2009 года.
Balloon at 14km altitude. Could see it at 11km altitude. Clear Australian Sky. Ta King on www.aprs.fi. Call sign VK2 HAB-11. Click satellite. Could have watched way higher but had to start the chase
У автора этого фото была идея поднять на 30 км специально изготовленную дистанционно-управляемую авиамодель и, сбросив её, достигнуть сверхзвука. Это не удалось достигнуть по финансовым причинам, и дальше чертежей и расчетов дело не пошло. Такие запуски авиамоделей не редкость, в данном случае оригинальность именно в сверхзвуке.
Может быть кто-то из хабрюзеров попробует это осуществить?
Поразмыслив задним числом, это кажется очевидным, но на то оно и заднее число. Конечно же, антенны сотовой связи предназначены для покрытия на земле, а не в воздухе. Их диаграммы направленности «бьют» вдоль рельефа и в облака не «светят». Так что сотовая связь на высоте полукилометра и выше — это лишь случайное переотражение лепестка какой-нибудь антенны. Так что половину маршрута связи с шаром по сотовому каналу не было. А на снижении, когда спустились ниже 500 метров, сотовая связь снова заработала.
Каким же образом мы получали с шара телеметрию? За это спасибо дублирующему каналу передачи данных. Мы установили на шар комплект LoRa-радиосвязи, работающий на частоте 433 МГц.
Но чаще энтузиасты запусков стратостатов используют более дальнобойные диапазоны радиочастот. Многим интересно не только запустить на рекорд высоты, но и на рекорд дальности. Любители этого хобби не только запускают шары, но и помогают коллегам отслеживать шары, объединившись в сеть.
Шары можно отследить на оф.сайте Habhub.
Краткое руководство по приему в реальном времени данных с воздушного шара, посылающего GPS можно найти на русском, на сайте UK High Altitude Society. А о подготовке к запускам и результатах, достигнутых энтузиастами — в Google Group «the UK High Altitude Society». Судя по трекам, иногда некоторые долетают до Черного моря.
На рекордную дальность шары запускает Andy Nguyen, автор сайта PicoSpace, который живет в Австралии и периодически запускает воздушные шары в стратосферу. Иногда они отправляются в далёкие путешествия. Его шары очень легки, и дополнительно передают свои координаты на коротких волнах, т.к. основной свой путь шары прокладывают через бескрайние просторы океанов.
Создание радиоаппаратуры для шаров, способных пролететь тысячи километров, передавать свои координаты и весить несколько грамм — хороший вызов для инженера.
Выдающийся результат Andy Nguyen получил в 2015 году — его 46-й шар пролетел три раза вокруг Земли, пройдя 110 800 километров — Andy Nguyen Balloon Record
Andy is known as the master of miniaturisation, tethering by a fishing line a payload of a 25 mW transmitter, using standard HF frequencies in WSPR and the JT9 modes, a GPS, solar panel for power – all weighing a mere 11 grams. The Age reports that the record distance flight was achieved by PS-46 launched from Melbourne Australia on May 23. It went around the southern hemisphere twice and leaving South Africa in storm on July 18, was lost just short of its third circumnavigation of Earth. He has been ballooning for two years, and admits being attracted to the hobby of Amateur Radio by the challenge of designing and making small light weight electronic parts, that work under extreme conditions.
Like the former flights, this one also used a special U3S firmware version on an Arduino Nano board. The primary tracking mechanism was WPSR with callsign VE3OCL. An ordinary WSPR transmission was sent every 12 minutes on 30m and 20m. It was followed by a special WSPR message that contained telemetry (altitude, more precise location, battery voltage, speed, temperature and GPS status). Please read the transmitter details section for more information.
Интересные техническое решение применили создатели шара SSI-41. Их шар имел балласт, позволявший шару удерживаться на высоте, где скорость ветра наибольшая — NEW RECORD FOR BALLOON: DURATION ALOFT. За громким заголовком скрывается факт, что это был латексный шар (метеозонд), которые лопаются вскоре после запуска и для них такая дальность необычна.
Воздушные шары проекта Google Loon после запуска могут продержаться на заданной высоте около полугода. Их также можно увидеть, но на другом ресурсе, о котором в следующем параграфе. В данном случае скриншот сервиса Flightradar24:
Не все шары запускают ради развлечения, например исследователи запускали шары в стратосферу, чтобы построить модель вычисления дозы радиации, полученной пассажирами за время авиаперелета.
Если Вы загорелись немедленно запустить шар и сделать фото «из космоса», то обратите внимание на параграф «Решение юридических вопросов» в статье на Хабре «Подготовка к запуску Levenhuk-1», аналогичная информация есть в статьях о юридических особенностях запуска мультикоптеров и в недавней статье на тему запусков шаров — «Как согласовать полёт зонда в стратосферу (с чем мы столкнёмся на практике при запуске)».
Радарспоттинг
Радарспоттингу на Хабре посвящены ряд публикаций, где тема очень подробно рассказана и показана:
По требованию собственника самолет и история его полета не отображается. Можете поискать самолеты, например, российских олигархов или крупных компаний — бизнесджеты операторов связи, банков РФ.
Не отображается военная авиация НАТО, США (ExUSSR в принципе невозможно увидеть на этом оборудовании). Но она видна пользователю приемника Flightaware:
Естественно появление проектов, которые бы объединяли пользователей и позволяли бы открыто обмениваться данными.
Тема горячая и привлекает к результатам радарспоттинга большое внимание СМИ.
Бывают курьезные треки, как на скриншоте ниже, и который не соответствует действительности и вызван техническими причинами. Скорее всего, глушением сигналов GPS.
Стратегические беспилотные летательные аппараты (БЛА) Global Hawk и пилотируемые самолеты-разведчики RS-135 и P-8А Poseidon США в ходе полетов над Черным морем приближались к границе России на расстояние в 10-15 км, но не нарушали ее. Об этом ТАСС сообщил командующий 4-й армией ВВС и ПВО Южного военного округа (ЮВО) генерал-лейтенант Виктор Севостьянов.
Вспомнилась серия «Фитиля» ¯\_(ツ)_/¯.
Хотя в данном случае ничего не было, но внимание СМИ к какой-то теме заставляет официальные власти как-то реагировать. Имхо не всегда уместно.
Скачки треков самолетов из-за работы средств радиоэлектронной борьбы встречаются часто. Иногда об этом пишут СМИ. Например, в ноябре финны жаловались — «Россию подозревают в глушении GPS-сигнала в Финляндии». А марте 2019-го американские исследователи организации C4ADS проанализировали данные компаний, занимающихся радарспоттингом, и составили отчет о зонах, где наблюдались аномалии в работе GPS. Например, в 2016 году капитаны судов «обнаружили» свои корабли в Симферопольском аэропорту, согласно их навигационным приборам. В 2018 году 24 корабля «оказались» в аэропорту Анапы.
Пример такого трека указывает, где расположены работающие средства радиоэлектронной борьбы:
Как только самолет оказался в зоне действия установки, его трек «улетел» на сотню километров в сторону.
Рейс SDM6891 от 07 апреля 2019 года. Согласно новостям Министерства Обороны РФ в Крыму и на Кубани проходят учения.
Организация C4ADS c февраля 2016 года определила 9883 вмешательств в работу GPS, преимущественно в Крыму, Сирии, на Крайнем Севере и Дальнем Востоке.
На Хабре есть несколько статей о вмешательстве в работу GPS, наиболее интересная из них статья «Охота на кремлевского демона». Хаброюзер является автором ряда интереснейших статей, среди которых статья «Утренний дозор, или вступайте в радио-робингуды», в которой предлагается создать сеть радио-мониторинга помех навигации силами энтузиастов. Как показывает американский пример, для мониторинга помех достаточно исследовать уже существующие данные радарспоттинга, но для этого необходимы или деньги, чтобы купить их у компаний либо поддерживать работу открытых сообществ любителей радарспоттинга.
И напоследок интересно, благодаря этим данным, увидеть как за почти 60 лет изменились маршруты и ключевые узлы авиатрафика.
И как было в 1961 году:
Мир сильно изменился политически, экономически, технически, что изменило и расширило маршруты авиатранспорта.
LiveATC.Net
До того как появились сервисы, о которых рассказано выше, уже давно были любители наблюдать за переговорами пилотов и диспетчеров. В 21 веке появилась возможность им объединиться и стримить аудио онлайн.
Когда я купил рацию, две недели ходил с гарнитурой и слушал все подряд. Такси, судовые диспетчеры, железнодорожники, полиция, строители, охранники. Потом пришла идея, что слушать просто не так интересно. Надо дать послушать остальным!
Пользователь, находящийся в 10-15 км от диспетчерской башни аэропорта, подключал радиоприемник авиадиапазона (VHF 118-136 MHz) к звуковой карте компьютера и запускал соответствующее ПО для стрима.
Но переговоры не ведутся только на одной частоте. Т.е. для одновременного наблюдения за несколькими частотами необходимо несколько приемников и несколько моноаудиовходов.
С появлением RTLSDR и RPi появилась возможность избавиться от дорогих приемников и компьютеров. Программа RTL-Airband позволяет заменить несколько приемников только одним широкополосным приемником, если принимаемые частоты расположены достаточно близко.
Пример настройки стрима с помощью RTL-Airband можно увидеть в статье Setting up Air Traffic Control Audio Sharing with Broadcastify, RTL-Airband, RTL-SDR and a Raspberry Pi.
Automatic Identification System (AIS)
АИС – это автоматическая система слежения, которая устанавливается и используется судами и службами навигации для идентификации и определения местоположения судов при помощи обмена данными с другими близлежащими судами, наземными АИС станциями, и спутниками. Когда используются спутники для передачи сообщений, тогда такая связь обозначается Спутниковая-АИС (С-АИС). Информация, получаемая через АИС дополняет данные, полученные с радара, которые по-прежнему являются главным источником навигации водного транспорта.
АИС используется для следующих целей:
• Обмен данными между портами и судами
• Обмен данными между судами в открытом море
• Навигация, курс, местоположение и скорость
Где применяется:
• Служба управления морским движением
• Избежание столкновений
• Служба береговой охраны
• Помощь в навигации
• Операции спасения
• Короткие сообщение, например, прогноз погоды
Выше я уже упоминал, что эти данные видны на сервисе aprs.fi, но более известен специализированный ресурс marinetraffic.com, хотя есть и малоизвестный аналог VesselFinder и http://www.aishub.net/
Приемники пользователей принимают сигнал на частотах 161,975 МГц и 162,025 МГц, дешифруют и передают на сервис. Сигнал на этих частотах распространяется только в пределах прямой видимости с редкими тропо, как и в случае APRS и радарспоттинга. Поэтому станции обычно видят суда в пределах 70 км. И для отслеживания судов в океане используются спутники. Пример размещения любительских приемников на карте MarineTraffic:
На тепловой карте видно и популярные маршруты морского транспорта и зоны уверенного приема этих приемников:
Как и в других коммерческих сервисах, MarineTraffic рассылает бесплатные приемники и делится данными с пользователями, передающими на сервис данные своих приемников. Также как и с радарспоттингом, данные фильтруются MarineTraffic по запросу владельцев судов. Например, на карте сервиса не отображаются яхты олигархов. Собственный приемник, во время отпуска у моря, может стать интересным развлечением. Также как в остальных случаях для создания собственного приемника понадобится RPi и RTLSDR и специализированные программы rtl-ais, Kplex.
Atlas RIPE
RIPE Atlas — это глобальная, открытая, распределенная Интернет измерительная платформа, содержащая тысячи измерительных устройств, которые измеряют Internet связь в реальном времени.
На Хабре есть две статьи об одном таком измерительном устройстве первой версии:
Зонды Atlas помогают RIPE NCC построить наглядную виртуальную модель глобальной сети Интернет, отобразить связи между узлами, а также реальную пропускную скорость каналов и время доступа между разными узлами.
RIPE NCC (Network Coordination Centre) – один из пяти региональных интернет-регистраторов, выполняющих распределение интернет-ресурсов, а также связанную с этим регистрацию и координацию деятельности, направленную на глобальную поддержку функционирования Интернета. Все собранные данные используются для рекомендаций и развития глобальной сети Интернет.
Для обычного пользователя — Зонд можно использовать как службу мониторинга собственного интернет-канала, а также проверять доступность любого ресурса (IP, www) из любой точки мира, где есть зонд.
Есть некоторый элемент паранойи относительно этих устройств с закрытым исходным кодом — это черная коробка, содержимое и функционал которой пользователю неизвестен и она работает внутри сети пользователя. Желательно запереть их в отдельной VLAN.
Сеть грозопеленгации в реальном времени
Карты молний и гроз в реальном времени — это тоже сеть добровольцев, объединившихся в грозопеленгационную систему.
Приемник под названием System BLUE имеет очень необычный вид.
И представляет собой три приемника на магнитных антеннах для длинноволнового диапазона радиоволн.
Благодаря этому проекту мы имеем возможность увидеть, где в данный момент на планете Земля
идут грозы.
Сверхдлинные радиоволны — это целый мир, наполненный множеством сигналов — сфериками и свистами, генерируемыми молниями, возможно, за тысячи километров от места приема, привычными «точками» и «тире» морзянки, сигналами точного времени и цифровой передачи данных
Автору статьи, хаброюзеру Alyoshka1976 удалось определить происхождение некоторых принятых сигналов.
Используются эти волны в неспутниковой навигации, и о чем Хабру есть что рассказать:
Координаты молнии находятся пересечением гиперболические кривых, построенных по данным приемников.
Целью проекта является создание сети по определению координат молний с большим количеством дешевых станций. Стоимость оборудования в настоящее время составляет менее 300 евро. Сферные позиции бесплатны в необработанном формате для всех пользователей, которые передают свои данные на серверы сети. Владельцы станций могут использовать необработанные данные для любых некоммерческих целей. Также молнии отображаются на веб-сайте сети на нескольких общедоступных картах в режиме реального времени. Средняя задержка отображения составляет от 3 до 20 секунд в зависимости от загрузки серверов.
Таким же методом определяют координаты самолетов, не передающих свои координаты. Об этом также есть статьи на Хабре, например «Мультилатерация — цифровая технология наблюдения за воздушным движением»:
Для такого способа измерения координат используются разные названия. Разностно-дальномерный способ — это одно из этих названий. Широко используют термин «мультилатерация». Собственно, МПСН часто называют системами мультилатерации, или MLAT. Сам метод измерения также называют английской аббревиатурой TDOA, что означает time difference of arrival — разность времени прихода, или гиперболическим позиционированием, поскольку геометрически место точек, соответствующих определенной разности времени прихода для любых двух станций — это гипербола, а искомые координаты цели — это их пересечения.
Мне неизвестно о существовании opensource программ для вычисления гиперболического позиционирования по данным нескольких синхронизированных приемников. Существующие разработки закрыты т.к. разработчик или заказчик — это государство или корпорации. И появление открытой программы может породить ряд новых стартапов.
И… Хабр может предложить перспективный прототип системы «Ловец молний»
А мы научились ловить каждую молнию, да ещё строить полную 3d модель каждой, даже невидимой в облаках молнии! Более того, через 15 секунд после удара в любой точке над Москвой, её координаты и трёхмерный профиль сразу же обновляется на нашем сайте!
Спутники и космос
Наблюдать спутники радиолюбители стали с запуском первого искусственного спутника Земли. Уровень доступной техники позволял только слушать, а позже записывать на магнитофоны.
Среди радиолюбителей появились группы, которые систематически наблюдали эфир на частотах космических спутников и кораблей и узнавали новости «из первых рук». Наиболее известная группа радиолюбителей — «Kettering Group», известная тем, что своими наблюдениями обнаружила секретный космодром Плесецк. Учитель физики использовал радиоприемник для демонстрации эффекта Доплера. Однажды пролетавший спутник зазвучал не так как обычно. Стало понятно, что спутник запущен не с Байконура. Новость не впечатлила местную газету, но через несколько дней новость стала международной и школу штурмовали толпы журналистов.
В статье «Спутник — это очень просто» можно узнать об одном из этих радиолюбителей — шведе Свене Гране, многие годы наблюдавший за космическими запусками. На Хабре есть перевод одной из его статей с сайта www.svengrahn.pp.se об найденных в архиве старых аудиозаписях: «Спасение «Салюта-7»: радиопереговоры космонавтов с ЦУП».
Теперь такими аудиозаписями никого не удивишь — NASA транслирует в интернет с орбитальной станции видео и аудио, правда не над территорией РФ. Тем не менее прослушивание МКС/Союза, выхода в открытый космос, дает особое ощущение сопричастности — «Британский радиолюбитель поймал сигнал МКС и поговорил с астронавтом».
Сейчас радиолюбитель из английского города Коулфолд тоже настроился на частоту передатчика Международной космической станции и смог пообщаться с астронавтом.
Как сообщает BBC, 52-летнему Адриану Лейну повезло попасть в четырехминутное окно, когда МКС проходила над Коулфордом. «Не каждый день удается поговорить с человеком в космосе. Это был прилив адреналина. Мне снесло голову», — сказал Лейн в интервью местным СМИ.
В арсенале современного радиолюбителя не редкость, а необходимость компьютеры, автоматизированные приводы антенн и интернет. В руках радиолюбителей оживают списанные антенны и их приводы, когда-то бывшие передовыми образцами современной техники — «Автотрекинг низкоорбитальных спутников или Слушаем радиосигнал с МКС»
Энтузиасты, слушающие и фотографирующие спутники, есть и у нас. В радиодиапазоне, наверное, самым известным является Дмитрий Пашков (хабраюзер R4UAB). Он слушал и публиковал сигналы, идущие от российского военного спутника-инспектора «Космос-2499».
Пока технический прогресс движется вперед, техника устаревает, и когда-нибудь мы сможем восхищаться опубликованными техническими решениями, которые использовались на секретных сейчас спутниках. Но пока что заглянуть в тайну мы можем благодаря энтузиастам космоса, за что им огромное спасибо.
Дмитрий Пашков (R4UAB) активно ведет сайт «Радиолюбительские спутники», посвященный радионаблюдению спутников и на Хабре рассказавал «Как идентифицировать спутник на орбите».
Идентификация спутника — сопоставление источника сигнала с реальным объектом на орбите. Иногда это не только секретные спутники, но и призраки из прошлого:
Однако затем связь с ним была потеряна, и в период с 1967 по 2013 годы он молчал, пока его сигнал на частоте 237 МГц не поймал один радиолюбитель.
Довольно интересно, что попалось два ярких объекта, которые летят почти синхронно — это третьи ступени ракеты «Циклон-3». Считаются весьма опасными объектами (таких ступеней 127), «гоняющимися» за спутниками
Еще одно занятие любителей — прием изображений. С борта МКС иногда передают по протоколу SSTV изображения, посвященные каким-то датам. Но более популярен прием метеоснимков с метеоспутников. 50 лет назад радиолюбители не имели технической возможности принять «Первые телевизионные изображения Земли с первого погодного искусственного спутника (53 года назад)». А сейчас с обработкой изображений справился бы мобильный телефон т.к. технологии во многом близки к передаче радиофаксов на технологиях 1980-х — «Приём радиофаксов и прочих цифровых передач с помощью обычного приёмника и компьютера».
Прием погодных снимков невысокого разрешения описан на Хабре в трех статьях:
В настоящее время на Земной орбите находится порядка 10 спутников, используемых в метеорологических целях. Эти спутники непрерывно сканируют поверхность и атмосферу Земли и осуществляют непосредственный сброс информации на землю в соответствующие научные центры, лаборатории и всем кто может принять. Приемная станция, находящаяся в зоне радиовидимости спутника, в реальном времени видит то, что видит спутник. Данные с него поступают непосредственно в момент съемки
У нас есть снимки туч на Черном море и Кавказе тех дней, когда в Крымске погибли тысячи людей. Если бы хотя бы 10 человек в стране искренне интересовались подобными явлениями, начиная со школы или с сознательного возраста, вполне возможно, что опасные явления (ОЯ) предсказывались бы не просто как «ОЯ», а «уровень затопления местами составит более 2 метров». Кстати метеослужбы по самым пессимистичным прогнозам давали до 100мм осадков ту ночь, а реально было под 300мм. Вот вам и эффективность подхода сокрытия метеоданных, пусть и не физического, но идеологического.
Современные метеоспутники тоже не устояли перед энтузиастами. К слову тот случай, когда на Хабре пишут о хабраюзере:
А еще радиолюбителей приглашают помочь когда спутник в беде:
Естественно возникла идея объединить любителей наблюдений за спутниками, которые бы делились друг с другом временем наблюдения. Сети SatNOGS посвящена публикация на Хабре —
«Спутник — это очень просто — 2»
Создание таких систем достаточно дорогостоящее занятие (300… 500 USD), поэтому в этой сети не так много антенн с позиционером.
Многие станции имеют антенну, фиксировано направленную в небо. Это компромисс между стоимостью и временем сеанса со спутником. Первоначально SatNOGS был ориентирован на получение сигналов с низкоорбитальных спутников (в диапазонах УКВ и ДМВ) и такой конструкции вполне достаточно.
Программное обеспечение может извлекать сигналы состояния и телеметрии, данные полезной нагрузки (эксперименты) с научных и исследовательских спутников (например, магнитосферные эксперименты), данные о погоде и т. д. Например проект r2cloud.
Существует небольшая сеть TyNet.eu только по приему изображений метеоспутников с блогом UHF-SatCom.
Среди антенн сети SatNOGS включаются интересные экземпляры. Иногда в дело идут старые телевизионные антенны с заднего двора (The BUD (big ugly dish)), наподобие этой:
На фото ниже 25-метровая антенна в радиообсерватории Двингело (Нидерланды), построенная в период 1954-1956 годов и 2009 году получившая статус объекта национального наследия. В 2018 году старая антенна стала использоваться для наблюдения любительских спутников сетью SatNOGS на некоторых орбитах.
От таких фактов становится грустно за отечественное наследие — «артефакты, времен существовавшей здесь высокоразвитой цивилизации», которое не только не имеет какого-то статуса, а в худшем случае утилизируется, а территория обсерваторий застраивается.
В противоположность этой разрухе можно увидеть примеры как старые антенны восстанавливаются для использования университетами. На фото ниже 12-метровая антенна, расположенная на бывшей станции связи НАСА. Антенна была построена в интересах Пентагона для секретных работ по слежению за советскими спутниками. Она прекратила работу в 1996 году после удара молнии, уничтожившей систему управления и приводы. В 2003 году у нее появился новый хозяин — Pisgah Astronomical Research Institute (PARI). За 13 лет удалось восстановить работу антенны и с 2016 года начать использовать антенну в качестве учебного пособия для обучения студентов. Дальнейшими планами предполагалось сделать антенну доступной для студентов по всему миру для дистанционного исследования звездообразования.
Любительская радиоастрономия — это своего рода высший пилотаж среди аматоров. «HiTech». Очень дорогостоящее занятие, если хочется наблюдать что-то серьезнее, чем радиоизлучение Юпитера. Космические радиоисточники на длине волны 21 см требуют больших антенн, малошумящих усилителей и приёмников. Если у любителей в США есть и место на заднем дворе, и The BUD, и деньги на хобби, то отечественных энтузиастов можно пересчитать по пальцам руки.
Достаточно сравнить активность двух ресурсов посвященных радиоастрономии — тут и там:
А пока мы можем наблюдать за разрозненными работами энтузиастов — «Радиотелескоп».
Данная установка представляет собой двухкоординатное сканирующее устройство. Оно работает в диапазоне 10ГГц, на этих частотах работают ТВ спутники. Первоначально планировалось сделать фотографию геостационарной орбиты. Дополнительно к этому было интересно посмотреть на Солнце, а так же, из разряда детской любознательности хотелось узнать, видна ли будет Луна и, вообще, что же будет на снимке.
Хобби может быть дешевым, может быть дорогим. Главное, что такие сети уже приносят пользу не только их участникам, но и посторонним наблюдателям. Я постарался рассказать о том, какие бывают сети и чем они интересны. Производительность современной электроники позволяет реализовать на одном миниПК ODroid или Raspberry Pi несколько сервисов, снижая финансовые расходы. Сейчас очень снизился уровень входа — существуют как готовые образы и скрипты, которые «делают всё автоматически», так и подробные инструкции, в том числе на Хабре. Владельцу станции остается только выбрать в какой сети он будет участвовать.