Automatyczny system raportowania pakietów

Nadajnik radiolatarni APRS z odbiornikiem GPS.

Automatic Packet Reporting System ( APRS ) to amatorski system radiowy do cyfrowej komunikacji w czasie rzeczywistym informacji o natychmiastowej wartości na lokalnym obszarze. Dane mogą obejmować współrzędne obiektu Global Positioning System (GPS), telemetrię stacji pogodowej , wiadomości tekstowe, ogłoszenia, zapytania i inne dane telemetryczne . Dane APRS mogą być wyświetlane na mapie, która może pokazywać stacje, obiekty, ślady poruszających się obiektów, stacje pogodowe, dane dotyczące poszukiwań i ratownictwa oraz dane dotyczące ustalania kierunku.

Dane APRS są zwykle przesyłane na jednej wspólnej częstotliwości (w zależności od kraju), aby były powtarzane lokalnie przez lokalne stacje przekaźnikowe (digipeatery) w celu powszechnego użytku lokalnego. Ponadto wszystkie takie dane są zwykle pobierane do systemu internetowego APRS (APRS-IS) za pośrednictwem odbiornika podłączonego do Internetu (IGate) i dystrybuowane globalnie w celu zapewnienia wszechobecnego i natychmiastowego dostępu. Dane udostępniane przez radio lub Internet są zbierane przez wszystkich użytkowników i mogą być łączone z zewnętrznymi danymi mapy w celu stworzenia wspólnego podglądu na żywo.

APRS był rozwijany od późnych lat 80-tych przez Boba Bruningę, znak wywoławczy WB4APR, starszego inżyniera badawczego w Akademii Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych . Utrzymywał główną witrynę internetową APRS aż do swojej śmierci w 2022 roku. Inicjalizm „APRS” wywodzi się od jego znaku wywoławczego.

Historia

Bob Bruninga, starszy inżynier naukowy w Akademii Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych, zaimplementował najwcześniejszego przodka APRS na komputerze Apple II w 1982 roku. Ta wczesna wersja była używana do mapowania raportów pozycji Marynarki Wojennej o wysokiej częstotliwości . Pierwsze użycie APRS miało miejsce w 1984 roku, kiedy Bruninga opracował bardziej zaawansowaną wersję VIC -20 do zgłaszania pozycji i statusu koni w biegu wytrzymałościowym na 100 mil (160 km).

W ciągu następnych dwóch lat Bruninga kontynuował rozwój systemu, który następnie nazwał Bezpołączeniowym Systemem Ruchu Ratunkowego (CETS). Po serii Federalnej Agencji Zarządzania Kryzysowego (FEMA) z wykorzystaniem CETS, system został przeniesiony na komputer osobisty IBM . We wczesnych latach 90-tych CETS (znany wówczas jako system automatycznego raportowania pozycji) nadal ewoluował do swojej obecnej formy.

Gdy technologia GPS stała się szerzej dostępna, „Pozycja” została zastąpiona przez „Pakiet”, aby lepiej opisać bardziej ogólne możliwości systemu i podkreślić jego zastosowania wykraczające poza zwykłe raportowanie pozycji.

Bruninga stwierdził również, że APRS nie miał być systemem śledzenia pozycji pojazdu i można go raczej interpretować jako „System automatycznego zgłaszania obecności”.

Przegląd sieci

APRS (Automatic Packet Reporting System) to cyfrowy protokół komunikacyjny służący do wymiany informacji między dużą liczbą stacji obejmujących duży (lokalny) obszar, często określanych jako „ IP -ers”. Jako sieć danych dla wielu użytkowników różni się znacznie od konwencjonalnego radia pakietowego . Zamiast używać połączonych strumieni danych, w których stacje łączą się ze sobą, a pakiety są potwierdzane i retransmitowane w przypadku utraty, APRS działa całkowicie w trybie rozgłaszania bez połączenia, używając nienumerowanych ramek AX.25 .

Pakiety APRS są przesyłane do wszystkich innych stacji, aby mogły być słyszane i używane. Przekaźniki pakietów , zwane digipeaterami, tworzą szkielet systemu APRS i wykorzystują technologię przechowywania i przekazywania do retransmisji pakietów. Wszystkie stacje działają na tym samym kanale radiowym, a pakiety przechodzą przez sieć od digipeatera do digipeatera, rozchodząc się na zewnątrz od miejsca ich pochodzenia. Wszystkie stacje w zasięgu radiowym każdego digipeatera odbierają pakiet. W każdym digipeaterze zmieniana jest ścieżka pakietu. Pakiet będzie powtarzany tylko przez określoną liczbę digipeaterów — lub przeskoków — w zależności od najważniejszego ustawienia „PATH”.

Digipeaters śledzą pakiety, które przesyłają przez pewien czas, zapobiegając w ten sposób retransmisji zduplikowanych pakietów. Dzięki temu pakiety nie krążą w niekończących się pętlach w sieci ad hoc. Ostatecznie większość pakietów jest odbierana przez bramę internetową APRS, zwaną IGate, a pakiety są kierowane do sieci szkieletowej APRS (gdzie duplikaty pakietów słyszane przez inne IGate są odrzucane) w celu wyświetlenia lub analizy przez innych użytkowników podłączonych do sieci APRS- serwerze IS lub w witrynie sieci Web przeznaczonej do tego celu.

Chociaż mogłoby się wydawać, że korzystanie z niepołączonych i nienumerowanych pakietów bez potwierdzenia i retransmisji na współdzielonym i czasami przeciążonym kanale skutkowałoby niską niezawodnością z powodu utraty pakietu, tak nie jest, ponieważ pakiety są przesyłane (rozgłaszane) do wszystkich i pomnożona wielokrotnie przez każdy digipeater. Oznacza to, że wszystkie digipeatery i stacje w zasięgu otrzymują kopię, a następnie rozsyłają ją do wszystkich innych digipeaterów i stacji w swoim zasięgu. W rezultacie pakiety są mnożone częściej niż tracone. Dlatego pakiety mogą być czasami słyszalne w pewnej odległości od stacji nadawczej. Pakiety mogą być cyfrowo powtarzane dziesiątki, a nawet setki kilometrów, w zależności od wysokości i zasięgu digipeaterów w okolicy.

Gdy pakiet jest przesyłany, jest on powielany wiele razy, gdy promieniuje, pokonując jednocześnie wszystkie dostępne ścieżki, aż zostanie wykorzystana liczba „przeskoków” dozwolona przez ustawienie ścieżki.

Pozycje/obiekty/przedmioty

Zrzut ekranu przedstawiający wyświetlacz APRS w XASTIR, systemie oprogramowania APRS dla systemów Linux/Unix. Pozycje stacji, obiekty i przedmioty są wyświetlane na mapie obejmującej hrabstwa wokół Nowego Jorku. Surowe komunikaty APRS są wyświetlane w oknie terminala w prawym dolnym rogu.

APRS zawiera szereg typów pakietów, w tym pozycję/obiekt/przedmiot, status, wiadomości, zapytania, raporty pogodowe i dane telemetryczne. Pakiety pozycji/obiektu/przedmiotu zawierają szerokość i długość geograficzną oraz symbol wyświetlany na mapie, a także wiele opcjonalnych pól dotyczących wysokości, kursu, prędkości, mocy wypromieniowanej, wysokości anteny nad przeciętnym terenem , zysku anteny i obsługi głosowej częstotliwość. Pozycje stacji stacjonarnych konfiguruje się w oprogramowaniu APRS. Ruchome stacje (przenośne lub mobilne) automatycznie uzyskują informacje o swojej pozycji z odbiornika GPS podłączonego do sprzętu APRS.

Widok mapy wykorzystuje te pola do wykreślenia zasięgu komunikacji wszystkich uczestników i ułatwienia kontaktu z użytkownikami zarówno w sytuacjach rutynowych, jak i awaryjnych . Każda pozycja/obiekt/pakiet może wykorzystywać dowolny z kilkuset różnych symboli. Pozycja/obiekty/pozycje mogą również zawierać informacje o pogodzie lub mogą być dowolną liczbą dziesiątek znormalizowanych symboli pogodowych. Każdy symbol na mapie APRS może wyświetlać wiele atrybutów, rozróżnianych kolorem lub inną techniką. Te atrybuty to:

  • Ruchome lub stałe
  • Nieaktualne lub stare
  • Możliwość wysyłania wiadomości lub nie
  • Stacja, obiekt lub przedmiot
  • Własny obiekt lub inny obiekt/przedmiot stacji
  • Awaryjne, priorytetowe lub specjalne

Stan/komunikaty

Pakiet Status jest formatem wolnego pola, który pozwala każdej stacji ogłosić swoją aktualną misję lub aplikację lub informacje kontaktowe lub wszelkie inne informacje lub dane, które mogą być bezpośrednio wykorzystane w okolicznych działaniach. Pakiet wiadomości może być używany do przesyłania wiadomości typu punkt-punkt, biuletynów, ogłoszeń, a nawet wiadomości e-mail. Biuletyny i ogłoszenia są traktowane w specjalny sposób i wyświetlane na jednej „tablicy ogłoszeń społeczności”. Ta tablica ogłoszeń społeczności ma stały rozmiar i wszystkie biuletyny ze wszystkich plakatów są sortowane na tym ekranie. Celem tego wyświetlacza jest spójność i identyczność dla wszystkich widzów, tak aby wszyscy uczestnicy widzieli te same informacje w tym samym czasie. Ponieważ wiersze są sortowane na wyświetlaczu, poszczególni plakaty mogą w dowolnym momencie edytować, aktualizować lub usuwać poszczególne wiersze swoich biuletynów, aby tablica ogłoszeń była aktualna dla wszystkich widzów.

Wszystkie wiadomości APRS są dostarczane na żywo w czasie rzeczywistym do odbiorców online. Wiadomości nie są przechowywane i przekazywane dalej, ale są ponawiane do momentu przekroczenia limitu czasu. Dostarczanie tych wiadomości jest globalne, ponieważ APRS-IS rozprowadza wszystkie pakiety do wszystkich innych IGate na świecie, a te, które są wiadomościami, w rzeczywistości wracają do RF przez dowolny IGate, który znajduje się w pobliżu zamierzonego odbiorcy.

E-mail

Wiadomość w specjalnym przypadku może zostać wysłana na adres EMAIL, gdzie wiadomości te są pobierane z działającego w czasie rzeczywistym APRS-IS i umieszczane w standardowej wiadomości e-mail, a następnie przekazywane do zwykłej internetowej poczty e-mail. Do 2019 roku robił to silnik WU2Z Email, który został zastąpiony przez javAPRSSrvr Email Gateway.

Możliwości

W swojej najprostszej implementacji APRS służy do przesyłania w czasie rzeczywistym danych, informacji i raportów o dokładnej lokalizacji osoby lub obiektu za pośrednictwem sygnału danych wysyłanego na amatorskich częstotliwościach radiowych. Oprócz możliwości raportowania pozycji w czasie rzeczywistym za pomocą podłączonych odbiorników GPS, APRS może również przesyłać szeroką gamę danych, w tym pogody , krótkie wiadomości tekstowe, namiar radiowy , dane telemetryczne dane, krótkie wiadomości e-mail (tylko wysyłanie) i prognozy burz. Po przesłaniu raporty te można połączyć z komputerem i oprogramowaniem do mapowania, aby pokazać przesłane dane nałożone z dużą precyzją na mapę.

Podczas gdy kreślenie map jest najbardziej widoczną cechą APRS, nie należy zapominać o możliwościach przesyłania wiadomości tekstowych i lokalnej dystrybucji informacji w połączeniu z solidną siecią; Biuro Zarządzania Kryzysowego w New Jersey dysponuje rozległą siecią stacji APRS, które umożliwiają przesyłanie wiadomości tekstowych między wszystkimi centrami operacyjnymi w hrabstwie w przypadku awarii konwencjonalnej komunikacji.

Specyfikacja

Sygnał APRS 1200 bodów
Przykład sygnału APRS modulowanego AFSK o szybkości 1200 bodów.
Masz problemy z odtwarzaniem tego pliku? Zobacz pomoc dotyczącą multimediów .

W swojej najpowszechniej stosowanej formie, APRS jest transportowany przez protokół AX.25 przy użyciu 1200 bitów/s Bell 202 AFSK na częstotliwościach znajdujących się w 2-metrowym paśmie amatorskim .

Przykładowe częstotliwości VHF APRS

Rozbudowana sieć przekaźników cyfrowych lub „digipeater” zapewnia transport pakietów APRS na tych częstotliwościach. Stacje bramek internetowych (IGates) łączą sieć APRS na antenie z systemem internetowym APRS (APRS-IS), który służy jako światowa sieć szkieletowa o dużej przepustowości dla danych APRS. Stacje mogą bezpośrednio podłączyć się do tego strumienia, a wiele baz danych podłączonych do APRS-IS umożliwia dostęp do danych przez Internet, a także bardziej zaawansowane możliwości eksploracji danych. Szereg satelitów krążących nisko nad Ziemią , w tym Międzynarodowa Stacja Kosmiczna , może przekazywać dane APRS.

Ustawienia sprzętu

Infrastruktura APRS składa się z różnych urządzeń Terminal Node Controller (TNC) wprowadzonych przez poszczególnych amatorskich operatorów radiowych. Obejmuje to karty dźwiękowe łączące radio z komputerem, proste TNC i „inteligentne” TNC. „Inteligentne” TNC są w stanie określić, co już się stało z pakietem i mogą zapobiec powtarzaniu się nadmiarowych pakietów w sieci.

Stacje raportujące wykorzystują metodę trasowania zwaną „ścieżką”, aby rozgłaszać informacje przez sieć. W typowej sieci pakietowej stacja używałaby ścieżki znanej stacji, takiej jak „via n8xxx,n8ary”. Powoduje to, że pakiet jest powtarzany przez dwie stacje, zanim się zatrzyma. W APRS ogólne znaki wywoławcze są przypisywane do stacji przemienników, aby umożliwić bardziej automatyczną pracę.

Zalecana ścieżka

W całej Ameryce Północnej (oraz w wielu innych regionach) zalecana ścieżka dla telefonów komórkowych lub stacji przenośnych to obecnie WIDE1-1,WIDE2-1. Stacje stacjonarne (domy itp.) zwykle nie powinny korzystać z trasowania tras, jeśli nie muszą być cyfrowo powtarzane poza ich obszarem lokalnym, w przeciwnym razie należy stosować ścieżki o szerokości WIDE2-2 lub mniejszej, zgodnie z wymaganiami. Parametr ścieżki [ wymagane wyjaśnienie ] odzwierciedla trasowanie pakietów za pośrednictwem komponentu radiowego APRS, a stacje stacjonarne powinny dokładnie rozważyć wybór trasy. Jakikolwiek wybór trasy dla stacji, które tego nie wymagają, przyczynia się do przeciążenia częstotliwości APRS i może utrudniać raportowanie innych stacji. Stacje APRS statków powietrznych i balonów powinny unikać radiolatarni na jakiejkolwiek ścieżce na wysokości, ponieważ digipeating może nie być konieczny ze względu na wysokość ich anteny i prawdopodobieństwo dotarcia do wielu szerokozakresowych digipeaterów i IGate. Stacje mobilne w obszarach zatłoczonych lub bardziej zaludnionych mogą rozważyć użycie tylko 1 przeskoku (WIDE1-1), ponieważ w pobliżu zwykle jest wystarczająco dużo bram internetowych, aby wyznaczanie tras nie było potrzebne. Jednym z rozwiązań wyboru ścieżki jest ścieżka proporcjonalna, jeśli sprzęt użytkownika to umożliwia.

Stara ścieżka

Na początku powszechnie akceptowaną metodą konfigurowania stacji było umożliwienie stacjom krótkiego zasięgu powtarzania pakietów żądających ścieżki „RELAY”, a stacje dalekiego zasięgu były konfigurowane tak, aby powtarzały zarówno pakiety „RELAY”, jak i „WIDE”. Osiągnięto to, ustawiając ustawienie MYALIAS stacji na RELAY lub WIDE, zależnie od potrzeb. Spowodowało to utworzenie ścieżki RELAY,WIDE dla stacji raportujących. Jednak nie było sprawdzania zduplikowanych pakietów ani zastępowania aliasów. Czasami powodowało to, że latarnie „ping-pong” tam iz powrotem zamiast rozprzestrzeniać się na zewnątrz od źródła. Spowodowało to wiele zakłóceń. Bez zastępowania aliasów nie można było stwierdzić, z jakich digipeaterów korzystał radiolatarnia.

Nowa ścieżka

Wraz z pojawieniem się nowych „inteligentnych” TNC, stacje, które kiedyś były „WIDE”, stały się „WIDEn-N”. Oznacza to, że pakiet ze ścieżką WIDE2-2 zostałby powtórzony przez pierwszą stację jako WIDE2-2, ale ścieżka zostanie zmodyfikowana (zmniejszona) do WIDE2-1, aby następna stacja mogła się powtórzyć. Pakiet przestaje być powtarzany, gdy część „-N” ścieżki osiągnie wartość „-0”. Ten nowy protokół spowodował, że stare ścieżki RELAY i WIDE stały się przestarzałe. Operatorzy Digi są proszeni o ponowne skonfigurowanie uzupełniających stacji „RELAY”, aby zamiast tego odpowiadały na WIDE1-1. Powoduje to nową, wydajniejszą ścieżkę WIDE1-1,WIDE2-1.

Powiązane systemy

Protokół APRS został dostosowany i rozszerzony do obsługi projektów niezwiązanych bezpośrednio z jego pierwotnym przeznaczeniem. Najbardziej godne uwagi z nich to projekty FireNet i PropNET.

  • APRS FireNet to internetowy system wykorzystujący protokół APRS i większość tego samego oprogramowania klienckiego do dostarczania informacji o pożarach, trzęsieniach ziemi i pogodzie w znacznie większej ilości i szczegółach, niż jest w stanie obsłużyć tradycyjny system APRS.
  • PropNET wykorzystuje protokół APRS przez AX.25 i PSK31 do badania propagacji częstotliwości radiowych. „Sondy” PropNET przesyłają raporty o pozycji wraz z informacjami o mocy nadajnika, wysokości i zysku anteny na różnych częstotliwościach, aby umożliwić stacjom monitorującym wykrywanie zmian w warunkach propagacji. Opiera się na ACDS, specjalnym programie klienckim działającym pod Microsoft Windows.

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Automatic_Packet_Reporting_System&oldid=1140835872 ”