LoRa e Meshtastic: il ritorno delle reti mesh che funzionano anche senza WiFi e Internet

Una rete radio a lungo raggio può diventare un ponte affidabile tra dispositivi isolati quando il WiFi non arriva o comunque quando la connessione non risulta disponibile. La diffusione di moduli a basso consumo basati su LoRa (Long Range), una tecnologia radio a lunga portata e basso consumo energetico, insieme ai firmware open source, ha reso possibile realizzare collegamenti affidabili per la telemetria e lo scambio di messaggi anche in ambienti dove mancano le normali reti di connettività. In questo quadro si inserisce Meshtastic, protocollo che utilizza radio LoRa per costruire reti mesh decentralizzate.

Il progetto, inizialmente sviluppato per consentire l’invio di messaggi di testo senza connessione a reti cellulari o Internet (off-grid), è stato via via utilizzato in attività come l’escursionismo, la gestione delle emergenze e le operazioni di ricerca e soccorso. Con la sua diffusione sono emerse applicazioni anche in ambito domestico e nei sistemi di automazione, dove la capacità di comunicare su lunghe distanze, anche con basse velocità di trasmissione dei dati, risulta più importante della rapidità dello scambio di informazioni.

Dal networking off-grid al monitoraggio domestico

Meshtastic utilizza una rete mesh distribuita, cioè una rete in cui ogni dispositivo (nodo) non solo comunica ma inoltra anche i dati ricevuti ad altri nodi, permettendo ai messaggi (pacchetti di dati) di viaggiare su lunghe distanze, anche per chilometri, grazie a moduli radio progettati per consumare pochissima energia.

Il protocollo sfrutta la modulazione LoRa, progettata appunto per trasmissioni a lunga distanza con velocità limitate ma grande robustezza.

In uno scenario domestico con una dependance o una struttura distante dalla casa principale, questa caratteristica permette di creare un collegamento stabile dove il WiFi non riesce a coprire la distanza o superare ostacoli fisici.

Prendiamo questo fantastico progetto basato proprio su LoRa: l’obiettivo, come si vede, non è trasportare banda larga, ma un flusso minimo di dati per trasferire notifiche di sicurezza.

Realizzare un sistema di trasferimento dati LoRa: sensori e nodi radio

Il sistema presentato nel video YouTube utilizza una coppia di moduli basati su ESP32 con radio LoRa integrata, come le schede Heltec ESP32 LoRa V2, che uniscono microcontrollore, transceiver radio e gestione energetica.

Il sensore di intrusione è composto da un emettitore e un ricevitore a infrarossi montati su due barre opposte: quando il fascio è interrotto, il circuito genera un segnale a 12V. Per interfacciare il segnale con il microcontrollore a 3,3V è necessario un partitore di tensione o un optoisolatore, in modo da proteggere i GPIO. Il pin configurato in input sul nodo remoto intercetta la variazione e genera un evento di allarme.

Il nodo installato trasmette il messaggio attraverso la rete Meshtastic, mentre un secondo nodo, collocato a distanza e connesso alla rete domestica, funge da gateway. Quest’ultimo inoltra le notifiche verso il sistema di automazione, permettendo la visualizzazione degli eventi e l’eventuale attivazione di ulteriori azioni.

Modulo Heltec ESP32 LoRa V2 con microcontrollore integrato e radio LoRa a 868 MHz, ideale per realizzare nodi Meshtastic a basso consumo e comunicazioni a lunga distanza (fonte: video YouTube).

Integrazione con la domotica tramite MQTT

L’integrazione con piattaforme di automazione richiede la trasformazione dei messaggi radio in eventi interpretabili da software domestici.

Nel progetto citato in precedenza, l’autore ha usato comunicazioni via MQTT, protocollo leggero publish/subscribe molto diffuso in ambito IoT. Il nodo gateway riceve i pacchetti Meshtastic e li pubblica su un broker MQTT locale, rendendoli disponibili, ad esempio, per Home Assistant.

L’uso di MQTT consente di definire topic dedicati per gli allarmi e di configurare trigger e notifiche personalizzati.

Lo sviluppatore spiega che in un primo momento l’invio diretto dei messaggi Meshtastic non veniva interpretato correttamente dal sistema domotico. La soluzione è arrivata con l’adozione della libreria RadioLib, che fornisce un controllo più fine del transceiver LoRa e una gestione più affidabile delle trasmissioni e ricezioni, oltre alla serializzazione dei dati in un formato coerente con il broker MQTT.

Prestazioni, limiti e scenari di utilizzo

Le reti che utilizzano LoRa trasmettono dati a velocità che vanno da poche centinaia di bit al secondo fino a diverse decine di kilobit al secondo, in funzione delle impostazioni adottate, in particolare dello spreading factor (il parametro che determina quanto il segnale viene “allargato” per aumentare la robustezza e la distanza a scapito della velocità) e della larghezza di banda utilizzata per la comunicazione. Ciò rende impossibile l’uso per traffico dati intensivo, ma LoRa resta ideale per segnali di stato, telemetria o notifiche.

Nell’ambito della sicurezza, un sistema di allarme che invia un pacchetto di pochi byte per segnalare un’intrusione rappresenta un caso d’uso perfetto.

Un altro limite riguarda la latenza e la gestione delle collisioni in rete mesh. Meshtastic implementa meccanismi di ritrasmissione e priorità dei messaggi, ma in reti molto dense la consegna non è istantanea. In un contesto domestico con pochi nodi, tuttavia, la probabilità di congestione è minima e il tempo di propagazione rimane nell’ordine di pochi secondi.

Prestazioni sorprendenti in ambiente rurale

Uno degli aspetti più interessanti emersi dagli esperimenti con LoRa e Meshtastic, è la differenza radicale tra ambienti rurali e urbani. Nelle zone poco urbanizzate, quindi con poche interferenze radio, un singolo nodo Meshtastic installato su un palo alto circa 6 metri riesce a ottenere risultati notevoli:

• comunicazioni stabili a circa 9 km di distanza;
• rilevamento di nodi oltre gli 80 km;
• ricezione di segnali temporanei da dispositivi aerei e nodi a oltre 160 km.

Sono dati che evidenziano un elemento fondamentale: le prestazioni di una rete mesh LoRa dipendono in modo critico dalla visibilità radio (line-of-sight, verificabile con questo tool) e dalla pulizia dello spettro RF. In ambienti aperti, con ostacoli minimi e basso rumore elettromagnetico, la tecnologia può esprimere pienamente il proprio potenziale.

Va detto comunque che i test svolti negli USA sono stati effettuati usando la banda 902–928 MHz (US915), leggermente più ampia rispetto a quella sfruttabile in Italia, e inoltre che una potenza trasmissiva di 17-20 dBm (usando poi un’antenna esterna a guadagno moderato). Da noi, Meshtastic è utilizzabile nella banda 868 MHz, rispettando le normative ETSI su potenza e duty cycle (limita il tempo massimo di trasmissione).

Mitigazioni e sicurezza della comunicazione

Il protocollo Meshtastic supporta cifratura AES a 256 bit per proteggere i messaggi, una caratteristica essenziale quando si trasmettono dati di sicurezza. L’uso di chiavi condivise tra i nodi impedisce l’intercettazione non autorizzata.

Dal punto di vista hardware, l’isolamento elettrico tra sensore e microcontrollore evita danni da sovratensione. A livello software, la configurazione di watchdog e la gestione delle riconnessioni del broker MQTT garantiscono continuità operativa anche in caso di interruzioni temporanee.

L’esperienza dimostra come un’infrastruttura radio nata per comunicazioni off-grid possa essere adattata a sistemi di automazione e sicurezza domestica, offrendo un’alternativa robusta e indipendente dalla copertura WiFi. L’adozione di componenti open source e standard aperti consente inoltre una personalizzazione estesa, rendendo possibile l’integrazione con ulteriori sensori e attuatori in un’unica rete distribuita.

Implicazioni per la sicurezza e la resilienza

Dal punto di vista della cybersecurity e della resilienza infrastrutturale, reti come Meshtastic offrono scenari estremamente interessanti.

Possono infatti essere utilizzate per comunicazioni di emergenza in caso di disastri, coordinamento locale senza infrastrutture centralizzate, trasmissione dati in contesti isolati od ostili (infatti sono usate in Paesi in cui la repressione è forte insieme a Briar e BitChat), sperimentazione di protocolli decentralizzati.

Inoltre, la natura open source consente audit pubblici del codice, riducendo il rischio di backdoor e vulnerabilità nascoste. È comunque importante sottolineare che la sicurezza di queste reti dipende anche dalla configurazione degli utenti e dalla gestione delle chiavi di cifratura.