Wanneer Mobiele Netwerke Misluk, Kan ’n Foon Jou Groep Steeds Bereik
- ’n Finalejaar-ingenieursprojek aan Stellenbosch Universiteit het ondersoek hoe ’n slimfoon vir basiese kommunikasie kan aanhou werk wanneer sellulêre of Wi-Fi-netwerke nie beskikbaar is nie. Die resultaat was ’n tweedelige off-grid-stelsel wat ’n mobiele toepassing met ’n kompakte LoRa-toestel kombineer vir boodskappe, liggingdeling, vriendopsporing en die oordrag van lae-resolusie beelde.
By ’n konsert, sportbyeenkoms of buiteluggeleentheid neem mense dikwels aan dat hul fone sal werk wanneer hulle dit nodig kry. In die praktyk kan dit vinnig skeefloop. Wanneer te veel gebruikers dieselfde sellulêre netwerk oorlaai, vertraag boodskappe, oproepe misluk en eenvoudige koördinering raak moeilik. Dieselfde probleem kom in landelike gebiede of op staproetes voor waar die sein swak of heeltemal afwesig is. Gerhard Arnold Hattingh se finalejaar-ingenieursprojek het juis na dié gaping gekyk en ’n praktiese vraag gestel: kan ’n slimfoon vir basiese kommunikasie bly werk sonder om op sellulêre diens of Wi-Fi staat te maak?
’n Tweedelige Off-Grid-Stelsel
Sy antwoord was ’n tweedelige off-grid-kommunikasiestelsel wat om ’n klein eksterne radiotoestel en ’n mobiele toepassing gebou is. Die foon bly die bekende deel van die ervaring. Gebruikers tik steeds boodskappe, kyk na liggings en volg aanwysings op die skerm. Die verskil is dat die foon deur Bluetooth Low Energy (BLE) aan ’n aparte handtoestel koppel wat data oor LoRa stuur. LoRa is ’n langafstand-draadlose stelsel wat ontwerp is vir klein hoeveelhede data wat oor veel groter afstande as gewone Bluetooth gestuur word. In hierdie projek het dit teks, liggingdata en lae-resolusie beelde gedra sonder dat netwerkinfrastruktuur nodig was.
Die hardewarekant het ’n Heltec Wireless Stick V3 gebruik, wat ’n mikrobeheerder, LoRa-radio, BLE-ondersteuning en ’n klein OLED-skerm op een kompakte bord kombineer. Hattingh het dit in ’n 3D-gedrukte PETG-houer met ’n eksterne antenna, ’n herlaaibare battery en ’n QR-kode vir koppeling geplaas. Die resultaat is ’n toestel wat klein genoeg is om saam met ’n foon gedra te word, maar steeds die foon se reikafstand veel verder as gewone kortafstand-draadlose skakels kan uitbrei. Die gepaardgaande toepassing, wat in Flutter gebou is, werk op Android en iOS en hanteer groepopstelling, boodskappe, beeldoordrag, liggingdeling en regstreekse vriendopsporing.
Fig 1: Belangrike opstelskerms: om by ’n groep aan te sluit of een te skep, om vir ’n frekwensie met min verkeer te skandeer, en om die tuisskerm te bereik.
Die Foon Bly die Middelpunt
Een van die meer deurdagte dele van die ontwerp is dat dit die slimfoon as die hoofgebruikerskoppelvlak behandel. Dit maak die stelsel makliker om te gebruik as ’n losstaande toestel met sy eie knoppies en kieslyste. Gebruikers skep of sluit by ’n groep aan, koppel aan hul toestel en begin deur die toepassing boodskappe stuur.
Die sagteware ondersteun ook liggingdeling en ’n kompasagtige skerm wat ’n gebruiker in die rigting van ’n ander groeplid wys. Om dit te doen, kombineer dit GPS-koördinate met rigtingdata van die foon se sensors. Dit bereken dan afstand en rigting sodat die pyl op die skerm na die gekose vriend se laaste bekende posisie wys.
Werk Binne LoRa se Beperkings
Die projek het ook ’n basiese tegniese uitdaging van LoRa aangespreek. Dit bied goeie reikafstand en lae kragverbruik, maar die datatempo is beperk. Dit maak dit geskik vir kort teks en koördinate, maar laat min ruimte vir groter lêers. Hattingh het daarom beelde saamgepers in ’n eenvoudige 2-bis grysskaalformaat. Elke beeld word herskaal, na grysskaal omgeskakel, met dithering verwerk om sigbare detail te behou, en in klein dele opgebreek wat binne die LoRa-datalimiet pas.
Die stelsel stel dié dele dan weer aan die ontvangkant saam. Dit is ’n goeie voorbeeld van ontwerp wat by die beperkings van die onderliggende kommunikasiestelsel aanpas, eerder as om dit te ignoreer.
Beveiliging van Boodskappe en Groepdata
Beveiliging was ook deel van die ontwerp. Die stelsel enkripteer transmissies end-tot-end met ChaCha20-Poly1305, wat ’n geverifieerde enkripsiemetode is. Eenvoudig gestel beskerm dit sowel vertroulikheid as die integriteit van die boodskap. Iemand wat die radioverkeer onderskep, kan die data opvang, maar sonder die korrekte sleutel kan dit nie weer in ’n leesbare boodskap omgeskakel word nie.
Groepbesonderhede wat deur QR-kodes gedeel word, word gebruik om die sleutels af te lei wat toestelle in dieselfde groep nodig het. Toetse in die verslag het gewys dat onderskepte pakkies soos onleesbare geënkripteerde data gelyk het tensy die korrekte dekripsiemetode en sleutel beskikbaar was.
Verwante stories
Persverklaring
Universiteite deurslaggewend vir SA se energie-oorgang, sê Ramokgopa aan US
Die Minister van Elektrisiteit en Energie, dr Kgosientsho Ramokgopa, sê dat Suid-Afrika se energie-ambisies sal afhang van die vinnige uitbreiding van die land...
Persverklaring
US-student neem prostetiese innovasie uit Afrika na die wêreldverhoog
Sy is net 23, maar Amohetsoe Shale, 'n meestersgraadstudent aan die Universiteit Stellenbosch (US) en stigter van NAVU Mobility, kom eersdaags voor die grootste...
Ingenieurswese en tegnologie
US-dokumentêr wys hoe 'n 'gek idee' 'n elektriese motorfiets deur Afrika aangedryf het
Dit het 6 200 km oor ses Afrikalande gereis terwyl dit slegs deur die son aangedryf is. En verlede week, by die première van 'n nuwe dokumentêre reeks oor die...