Автоматическая система отчетов о пакетах

Передатчик маяка APRS с приемником GPS.

Автоматическая система пакетных отчетов ( APRS ) — это любительская радиосистема для цифровой передачи в реальном времени информации, имеющей непосредственную ценность в данном районе. Данные могут включать в себя координаты объекта Глобальной системы позиционирования (GPS) , ненаправленный маяк , телеметрию метеостанции , текстовые сообщения, объявления, запросы и другую телеметрию . Данные APRS могут отображаться на карте, на которой могут быть показаны станции, объекты, треки движущихся объектов, метеостанции, данные поиска и спасения, а также данные пеленгации.

Данные APRS обычно передаются на одной общей частоте (в зависимости от страны) для локального повторения зональными ретрансляционными станциями (дигипитерами) для широкого местного потребления. Кроме того, все такие данные обычно попадают в Интернет-систему APRS (APRS-IS) через подключенный к Интернету приемник (IGate) и распространяются по всему миру для повсеместного и немедленного доступа. Данные, передаваемые по радио или через Интернет, собираются всеми пользователями и могут быть объединены с данными внешних карт для создания общего изображения в реальном времени.

APRS был разработан в конце 1980-х годов Бобом Брунингой, позывной WB4APR, старшим инженером-исследователем Военно-морской академии США . Он поддерживал основной веб-сайт APRS до своей смерти в 2022 году. Инициализм « APRS » произошел от его позывного.

История

Боб Брунинга, старший инженер-исследователь Военно-морской академии США, внедрил самую раннюю версию APRS на компьютере Apple II в 1982 году. Эта ранняя версия использовалась для картирования высокочастотных отчетов о местоположении ВМФ. Первое использование APRS произошло в 1984 году, когда Брунинга разработал более совершенную версию VIC-20 для сообщения о положении и состоянии лошадей в забеге на выносливость на 100 миль (160 км).

В течение следующих двух лет Брунинга продолжал развивать систему, которую он затем назвал системой экстренного движения без установления соединения (CETS). После серии учений Федерального агентства по чрезвычайным ситуациям (FEMA) с использованием CETS система была перенесена на персональный компьютер IBM . В начале 1990-х годов CETS (тогда известная как Система автоматического определения местоположения) продолжала развиваться в своей нынешней форме.

По мере того, как технология GPS стала более широко доступной, «Позиция» была заменена на «Пакет», чтобы лучше описать более общие возможности системы и подчеркнуть ее использование, выходящее за рамки простого сообщения о местоположении.

Брунинга также заявил, что APRS не предназначалась для использования в качестве системы отслеживания местоположения транспортных средств и скорее может интерпретироваться как «система автоматического сообщения о присутствии».

Обзор сети

APRS (система автоматической передачи пакетов) — это протокол цифровой связи для обмена информацией между большим количеством станций, охватывающих большую (локальную) территорию, часто называемых « IP -ers». Будучи многопользовательской сетью передачи данных, она сильно отличается от обычной пакетной радиосвязи . Вместо использования связанных потоков данных, когда станции подключаются друг к другу, а пакеты подтверждаются и повторно передаются в случае потери, APRS работает полностью в режиме несвязанной широковещательной передачи, используя ненумерованные AX.25 . кадры

Пакеты APRS передаются для прослушивания и использования всеми другими станциями. пакетов Ретрансляторы , называемые дигипитерами, составляют основу системы APRS и используют технологию хранения и пересылки для повторной передачи пакетов. Все станции работают на одном и том же радиоканале, и пакеты перемещаются по сети от дигипитера к дигипитеру, распространяясь наружу от точки их происхождения. Все станции в пределах радиодиапазона каждого дигипитера принимают пакет. В каждом дигипитере путь пакета меняется. Пакет будет повторяться только через определенное количество дигипитеров (или прыжков) в зависимости от крайне важной настройки «PATH».

Дигипитеры отслеживают пакеты, которые они пересылают, в течение определенного периода времени, тем самым предотвращая повторную передачу дублирующихся пакетов. Это предотвращает циркулирование пакетов в бесконечных циклах внутри одноранговой сети. В конце концов, большинство пакетов прослушиваются интернет-шлюзом APRS, называемым IGate, и пакеты направляются в магистраль Интернета APRS (где повторяющиеся пакеты, услышанные другими шлюзами IGate, отбрасываются) для отображения или анализа другими пользователями, подключенными к APRS-шлюзу. IS-сервере или на веб-сайте, предназначенном для этой цели.

Хотя может показаться, что использование несвязанных и ненумерованных пакетов без подтверждения и повторной передачи по общему, а иногда и перегруженному каналу, приведет к снижению надежности из-за потери пакета, это не так, поскольку пакеты передаются (широковещательно) всем и умножается во много раз на каждый диджипитер. Это означает, что все дигипитеры и станции в радиусе действия получают копию, а затем продолжают транслировать ее всем другим дигипитерам и станциям в пределах их досягаемости. В результате пакеты умножаются больше, чем теряются. Поэтому иногда пакеты можно услышать на некотором расстоянии от исходной станции. Пакеты могут повторяться в цифровом виде на десятки или даже сотни километров, в зависимости от высоты и дальности действия диджипитеров в данном районе.

Когда пакет передается, он многократно дублируется по мере распространения, используя все доступные пути одновременно, пока не будет использовано количество «прыжков», разрешенное настройкой пути.

Позиции/объекты/предметы

Снимок экрана: отображение APRS в XASTIR, программной системе APRS для Linux/Unix. Положения станций, объекты и предметы отображаются на карте округов Нью-Йорка. Необработанные сообщения APRS отображаются в окне терминала в правом нижнем углу.

APRS содержит несколько типов пакетов, включая положение/объект/элемент, статус, сообщения, запросы, отчеты о погоде и телеметрию. Пакеты положения/объекта/элемента содержат широту и долготу, а также символ, который будет отображаться на карте, а также множество дополнительных полей для высоты, курса, скорости, излучаемой мощности , высоты антенны над средней местностью , усиления антенны и голосового управления. частота. Позиции стационарных станций настраиваются в программном обеспечении APRS. Передвижные станции (портативные или мобильные) автоматически получают информацию о своем местоположении от приемника GPS, подключенного к оборудованию APRS.

При отображении карты эти поля используются для определения дальности связи всех участников и облегчения возможности связаться с пользователями как в обычных, так и в экстренных ситуациях . Каждый пакет позиции/объекта/элемента может использовать любой из нескольких сотен различных символов. Позиция/объекты/элементы также могут содержать информацию о погоде или могут представлять собой любое количество десятков стандартизированных символов погоды. Каждый символ на карте APRS может отображать множество атрибутов, различающихся по цвету или другому методу. Эти атрибуты:

• Переезд или фиксированный
• Мертвый или старый
• Сообщение доступно или нет
• Станция, объект или предмет
• Собственный объект или другой объект/предмет станции
• Чрезвычайная, приоритетная или специальная

Статус/сообщения

Пакет статуса представляет собой формат свободного поля, который позволяет каждой станции объявлять о своей текущей миссии или приложении, контактную информацию или любую другую информацию или данные, которые могут быть немедленно использованы для окружающих действий. Пакет сообщений можно использовать для двухточечных сообщений, бюллетеней, объявлений или даже электронной почты. Бюллетени и объявления обрабатываются особым образом и отображаются на единой «доске объявлений сообщества». Эта доска объявлений сообщества имеет фиксированный размер, и все объявления со всех постеров сортируются на этом дисплее. Цель этого отображения — быть последовательным и идентичным для всех зрителей, чтобы все участники видели одну и ту же информацию одновременно. Поскольку строки сортируются на дисплее, отдельные авторы могут редактировать, обновлять или удалять отдельные строки своих бюллетеней в любое время, чтобы поддерживать доску объявлений в актуальном состоянии для всех зрителей.

Все сообщения APRS доставляются онлайн-получателям в режиме реального времени. Сообщения не сохраняются и не пересылаются, а повторяются до тех пор, пока не истечет время ожидания. Доставка этих сообщений является глобальной, поскольку APRS-IS распределяет все пакеты по всем другим шлюзам IGate в мире, а те, которые являются сообщениями, фактически возвращаются в RF через любой шлюз IGate, находящийся рядом с предполагаемым получателем.

Электронная почта

Сообщение особого случая может быть отправлено на адрес EMAIL, где эти сообщения извлекаются из APRS-IS реального времени, преобразуются в стандартный тип сообщения электронной почты и пересылаются в обычную электронную почту Интернета. Этим занимался почтовый движок WU2Z до 2019 года, когда его заменил почтовый шлюз javAPRSSrvr .

Возможности

В своей простейшей реализации APRS используется для передачи данных, информации и отчетов о точном местоположении человека или объекта в реальном времени с помощью сигнала данных, передаваемого по любительским радиочастотам. В дополнение к возможностям сообщения о местоположении в режиме реального времени с использованием подключенных GPS-приемников, APRS также способна передавать широкий спектр данных, включая прогнозы погоды , короткие текстовые сообщения, радиопеленгаторы , данные телеметрии , короткие сообщения электронной почты (только отправка ) и прогнозы штормов. После передачи эти отчеты можно объединить с компьютером и картографическим программным обеспечением, чтобы с большой точностью отобразить переданные данные на карте.

Хотя построение карт является наиболее заметной особенностью APRS, не следует упускать из виду возможности обмена текстовыми сообщениями и возможности локального распространения информации в сочетании с надежной сетью; Управление по чрезвычайным ситуациям штата Нью-Джерси имеет разветвленную сеть станций APRS, позволяющую обмениваться текстовыми сообщениями между всеми оперативными центрами округа по чрезвычайным ситуациям в случае сбоя обычной связи.

Техническая информация

В наиболее широко используемой форме APRS передается по протоколу AX.25 со скоростью 1200 бит/с с использованием Bell 202 AFSK на частотах, расположенных в пределах 2-метрового любительского диапазона .

Примеры частот APRS VHF

• 144,39 МГц: Северная Америка , Колумбия , Чили , Индонезия , Малайзия , Таиланд.
• 144,575 МГц: Новая Зеландия
• 144,64 МГц: Китай
• 144,64 МГц: Тайвань
• 144,66 МГц: Япония
• 144,8 МГц: Южная Африка , Европа , Россия
• 144,93 МГц: Аргентина , Уругвай , Панама.
• 145,175 МГц: Австралия
• 145,57 МГц: Бразилия
• 145,825 МГц: Международная космическая станция. и другие спутники

Обширная сеть цифровых ретрансляторов или «дигипитеров» обеспечивает транспортировку пакетов APRS на этих частотах. Станции интернет- шлюза (IGates) подключают эфирную сеть APRS к интернет-системе APRS (APRS-IS), которая служит всемирной широкополосной магистральной сетью для данных APRS. Станции могут напрямую подключаться к этому потоку, а ряд баз данных, подключенных к APRS-IS, обеспечивают доступ к данным через Интернет, а также более продвинутые возможности интеллектуального анализа данных. Ряд низкоорбитальных спутников , включая Международную космическую станцию , способны передавать данные APRS.

Настройки оборудования

Инфраструктура APRS включает в себя разнообразное оборудование контроллера терминального узла (TNC), установленное отдельными радиолюбителями. Сюда входят звуковые карты, соединяющие радио с компьютером, простые TNC и «умные» TNC. «Умные» TNC способны определять, что уже произошло с пакетом, и предотвращать избыточное повторение пакетов внутри сети.

Передающие станции используют метод маршрутизации, называемый «путем», для трансляции информации через сеть. В типичной пакетной сети станция будет использовать путь известных станций, например «через n8xxx,n8ary». Это приводит к тому, что пакет повторяется через две станции, прежде чем он остановится. В APRS ретрансляционным станциям назначаются общие позывные, чтобы обеспечить более автоматическую работу.

Рекомендуемый путь

В Северной Америке (и во многих других регионах) рекомендуемый путь для мобильных или портативных станций теперь — WIDE1-1, WIDE2-1. Фиксированные станции (дома и т. д.) обычно не должны использовать маршрутизацию маршрута, если их не требуется повторять в цифровом виде за пределами их локальной зоны, в противном случае в зависимости от требований следует использовать путь WIDE2-2 или меньше. Параметр пути отражает маршрутизацию пакетов через радиокомпонент APRS, и фиксированным станциям следует внимательно отнестись к выбору пути маршрутизации. Любой выбор пути для станций, которым он не требуется, способствует перегрузке частоты APRS и может препятствовать передаче сообщений другими станциями. Станциям APRS на самолетах и ​​аэростатах следует избегать использования радиомаяков на любой трассе на высоте, поскольку дигипитирование может не потребоваться из-за высоты их антенн и вероятности достижения нескольких дигипитеров широкого радиуса действия и IGates. Мобильные станции в перегруженных или более густонаселенных районах могут рассмотреть возможность использования только 1 перехода (WIDE1-1), поскольку поблизости обычно достаточно шлюзов Интернета, поэтому маршрутизация маршрута не требуется. Одним из решений выбора пути является пропорциональный путь. если оборудование пользователя способно.

Старый путь

Вначале широко распространенный метод настройки станций заключался в том, чтобы позволить станциям ближнего действия повторять пакеты, запрашивающие путь «RELAY», а станции дальнего действия были настроены на повторение пакетов «RELAY» и «WIDE». Это было достигнуто путем установки настройки MYALIAS станции на RELAY или WIDE по мере необходимости. Это привело к созданию пути RELAY,WIDE для передающих станций. Однако проверки дубликатов пакетов или подмены псевдонимов не было. Иногда это приводило к тому, что маяки «прыгали в пинг-понг» взад и вперед вместо того, чтобы распространяться наружу от источника. Это вызвало много помех. Без замены псевдонимов невозможно было определить, какие дигипитеры использовал маяк.

Новый путь

С появлением новых «умных» ТНК станции, которые раньше были «WIDE», стали «WIDEn-N». Это означает, что пакет с путем WIDE2-2 будет повторяться через первую станцию ​​как WIDE2-2, но путь будет изменен (уменьшен) до WIDE2-1 для повторения следующей станцией. Пакет перестает повторяться, когда часть пути «-N» достигает «-0». Этот новый протокол привел к тому, что старые пути RELAY и WIDE стали устаревшими. Операторов Digi просят перенастроить замещающие станции «RELAY», чтобы они вместо этого отвечали на WIDE1-1. В результате получается новый, более эффективный путь WIDE1-1,WIDE2-1.

Радиолюбительские высотные воздушные шары

Проверка радиодиапазона часто является важной частью этого хобби. Любительское радио часто используется вместе с пакетной радиосвязью для связи со скоростью 1200 бод с использованием автоматической системы передачи пакетов обратно на наземную станцию. Пакеты меньшего размера, называемые микро- или пико-трекерами, также создаются и работают под меньшими воздушными шарами. Эти меньшие трекеры использовали азбуку Морзе, Field Hell и RTTY для передачи своего местоположения и других данных.

Связанные системы

Протокол APRS был адаптирован и расширен для поддержки проектов, не связанных напрямую с его первоначальной целью. Наиболее заметными из них являются проекты FireNet и PropNET.

• APRS FireNet — это интернет-система, использующая протокол APRS и большую часть того же клиентского программного обеспечения для предоставления информации о пожарах, землетрясениях и погоде в гораздо большем объеме и подробностях, чем способна передать традиционная система APRS.
• PropNET использует протокол APRS поверх AX.25 и PSK31 для изучения распространения радиочастот. PropNET «зонды» передает отчеты о местоположении, а также информацию о мощности передатчика, угле места и усилении антенны на различных частотах, что позволяет станциям мониторинга обнаруживать изменения в условиях распространения. Он основан на ACDS — специальной клиентской программе, работающей под управлением Microsoft Windows.

См. также

• APRS-вызов
• Система автоматической идентификации - система сообщения о местоположении, используемая для морского транспорта.
• Эксперимент по спартанскому пакетному радио — эксперимент, направленный на проверку слежения за спутниками с помощью любительской пакетной радиосвязи, проведенный на космическом корабле «Шаттл» STS-72 .
• Система предотвращения дорожно-транспортных происшествий (TCAS)

Дальнейшее чтение

• Стэн Хорзепа (1999). Треки, карты и мобильные телефоны APRS . Американская лига радиорелейной связи . ISBN  978-0-87259-774-7 .

Внешние ссылки

• www.aprs.org — сайт автоматической системы отчетов о пакетах
• Автоматическая система отчетов о пакетах в Curlie
• findU — это база данных, в которой хранятся данные о погоде, местоположении, телеметрии и сообщениях.
• aprs.fi — отслеживание/картографирование на основе карт OpenStreetMap.
• www.pinpointaprs.com — бесплатный настольный клиент APRS для Windows со встроенным картографированием.
• Dire Wolf — это бесплатная программа с открытым исходным кодом, заменяющая технологию TNC 1980-х годов.