Autonomiczna stacja sieciocentrycznej komunikacji awaryjnej "off grid" w technologii LoRa - Stacja SKA

O projekcie

Stacja SKA

Autonomiczna Stacja Sieciocentrycznej Komunikacji Awaryjnej – Stacja SKA to urządzenie do przesyłania komunikatów – próśb o pomoc lub zgłaszania zagrożeń, gdy nie działają inne metody komunikacji, takie jak Internet lub sieć GSM.

Stacja wykorzystuje szyfrowaną, odporną na zakłócenia metodę komunikacji opartej o wolne od licencji sub-gigahercowe pasmo częstotliwości radiowych 868 MHz do zastosowań ISM (Industrial, Scientific, Medical) i działa w systemie „łańcucha komunikacji” mesh. Konstrukcja składa się z zestawu komponentów oraz urządzeń, zainstalowanych na szynie DIN, zamkniętych w hermetycznej skrzynce energetycznej. Współpracują one w ramach trzech modułów (zasilania, komunikacji i konwersji komunikatów).

Typy łączności - porównanie

Stacja SKA Starlink Krótkofalówki PMR Telefon komórkowy Telefon stacjonarny Kolumna SOS przy autostradzie Komunikator satelitarny Garmin Komunikacja satelitarna w iPhone TeraWave - uruchomienie w 2027r. Aplikacja Ratunek
abonament nie tak nie tak tak nie tak tak tak, w przyszłości nie
przesyłanie sygnału łańcuch komunikacji - nody meshtastic 868 MHz łączność satelitarna fale UHF łączność GSM łączność kablowa łączność kablowa łączność satelitarna łączność satelitarna łączność satelitarna łączność komórkowa (GSM)
szyfrowanie łączności tak tak nie częściowo tak (LTE/5G), słabo (GSM) nie brak danych tak tak tak tak
odporność na blackout tak tak tak nie nie brak danych tak tak tak nie
rozwiązanie komercyjne nie tak nie tak tak nie tak tak tak nie
odporność na awarie infrastruktury centralnej tak tak tak nie nie brak danych tak tak tak nie

Pomysł

Wszystko zaczęło się od wakacji...

Inspiracją dla naszego projektu był nasz wakacyjny pobyt w Głuchołazach (małym mieście położonym w południowo-zachodniej Polsce, w województwie opolskim, tuż przy granicy z­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­Czechami, które bardzo mocno ucierpiało podczas powodzi w 2024 roku) oraz w Górach Stołowych (gdzie w wielu miejscach po powodzi przez długi czas nie było łączności telefonicznej).

Problem braku komunikacji przypominał nam sytuację, gdzie wskutek zakłóceń lub celowych działań nie działa łączność przez Internet lub sieć telefoniczna. Widzieliśmy szkody, jakie wyrządził żywioł w miasteczku i dowiedzieliśmy się z jakimi problemami musieli się zmierzyć mieszkańcy, gdy zabrakło komunikacji. Brak łączności uniemożliwiał ludziom proszenie o ratunek lub pomoc, utrudniał dystrybucję darów i pomocy rzeczowej. Gdy brakowało prądu, brakowało rąk do pracy i różnych produktów, w tym podstawowej potrzeby, przywrócenie łączności było bardzo ważne dla tych, którzy szukali pomocy lub pomoc chcieli zaoferować.

Skojarzyło nam się to również z podobnym wyzwaniem w obszarze cyberbezpieczeństwa - gdzie brak łączności jest wynikiem celowych działań innych osób. W miejscowości, którą odwiedziliśmy był on skutkiem niszczycielskich działań sił natury, w górach - przeszkód terenowych i­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­dużych odległości od stacji bazowych.

Budowa

Na zewnątrz stacji wyprowadzone są anteny do komunikacji LoRa 868 MHz, Wi-Fi (na spodzie skrzynki) oraz panel solarny o mocy 100 W. Całością zarządzają dwa mikrokontrolery Raspberry Pico 2W w wersji H. Stacja jest w pełni autonomiczna dzięki zastosowaniu panelu słonecznego połączonego z regulatorem ładowania oraz akumulatora. Komunikacja użytkowników ze Stacją jest możliwa przez uruchomiony mikroserwis WWW ze specjalnie przygotowanym formularzem przy wykorzystaniu środowiska MicroPython i punktową sieć WiFi dostępną z telefonu komórkowego.

Na potrzeby projektu oprócz budowy urządzenia przygotowano również demonstracyjną sieć nodów mesh. Konstrukcja i oprogramowanie zastosowane w stacji SKA pozwalają na intuicyjne skorzystanie z niej w sytuacji zagrożenia, aby wysłać prośbę o pomoc.

Zasada działania

Na potrzeby projektu został skonfigurowany dedykowany, szyfrowany kanał komunikacji. Na­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­kanale tym komunikuje się stacja oraz testowe nody sieci mesh, które razem tworzą “łańcuch komunikacji” wykorzystując do tego wolne od licencji sub-gigahercowe pasmo częstotliwości radiowych 868 MHz do zastosowań ISM (Industrial, Scientific, Medical).

Komunikaty nadawane za pomocą stacji są podzielone na trzy grupy, ze względu na ich wagę i znaczenie podczas ratowania życia ludzkiego.

Aby skorzystać ze stacji SKA trzeba połączyć się z zestawioną przez urządzenie siecią Wi-Fi, a następnie zeskanować kod QR, który prowadzi na stronę z formularzem. Potem trzeba wybrać kategorię komunikatu oraz podać potrzebne dane: imię, numer telefonu, miejsce zdarzenia oraz opis zaistniałej sytuacji. Aby wysłać komunikat należy nacisnąć przycisk "wyślij wiadomość" znajdujący się na dole formularza. Nasza prośba o pomoc zostanie odebrana przez odpowiednie służby przy pomocy znajdującej się tam stacji skonfigurowanej do komunikacji ze stacjami SKA.

⮕ Grupa “A” oznacza, że wysyłane wiadomości należą do krytycznych, czyli takich, że dana osoba, wysyłająca taki komunikat potrzebuje natychmiastowej interwencji odpowiednich służb ratowniczych.

⮕ Kolejna grupa “B” mówi jednostkom ratunkowym o­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­średnim priorytecie wysłanego zgłoszenia.

⮕ Natomiast ostatnia z nich oznaczona jako “C” oznacza komunikat o najniższym stopniu ważności, który zestawiony z dwoma wymienionymi powyżej jest realizowany, jako ostatni, ponieważ od niego nie zależy życie i zdrowie danego człowieka.