Автоматическая установка связи , обычно известная как ALE , является мировым фактическим стандартом для цифрового инициирования и поддержания HF радиосвязи. [1] ALE — это функция в системе радиопередатчика HF связи, которая позволяет радиостанции устанавливать контакт или инициировать цепь между собой и другой HF радиостанцией или сетью станций. Целью является обеспечение надежного быстрого метода вызова и соединения во время постоянно меняющегося HF ионосферного распространения, помех приема и совместного использования спектра занятых или перегруженных HF каналов.
Автономное радио ALE объединяет радиопередатчик HF SSB с внутренним микропроцессором и модемом MFSK . Он программируется с уникальным адресом ALE , похожим на номер телефона (или на более новых поколениях, на имя пользователя). Когда трансивер HF SSB не находится в активном контакте с другой станцией, он постоянно сканирует список частот HF, называемых каналами , прослушивая любые сигналы ALE, передаваемые другими радиостанциями. Он декодирует вызовы и зондирования, отправленные другими станциями, и использует частоту ошибок битов для сохранения оценки качества для этой частоты и адреса отправителя.
Чтобы достичь определенной станции, вызывающий абонент вводит адрес ALE. На многих радиостанциях ALE это похоже на набор телефонного номера. Контроллер ALE выбирает наилучший доступный свободный канал для этого адреса назначения. После подтверждения того, что канал действительно свободен, он затем отправляет короткий селективный сигнал вызова, идентифицирующий предполагаемого получателя. Когда удаленная сканирующая станция обнаруживает активность ALE, она прекращает сканирование и остается на этом канале, пока не сможет подтвердить, относится ли вызов к ней. Контроллеры ALE двух станций автоматически устанавливают связь, чтобы подтвердить, что установлена связь достаточного качества, а затем уведомляют операторов о том, что связь установлена. Если вызываемый абонент не отвечает или подтверждение связи не удается, исходный узел ALE обычно выбирает другую частоту либо случайным образом, либо путем угадывания различной сложности.
После успешного соединения принимающая станция обычно издает звуковой сигнал тревоги и показывает оператору визуальное оповещение, таким образом указывая на входящий вызов. Он также указывает позывной или другую идентификационную информацию связанной станции, похожую на идентификатор вызывающего абонента . Затем оператор включает звук радиостанции и отвечает на вызов, после чего может разговаривать в обычном разговоре или договариваться о канале передачи данных, используя голос или встроенный формат коротких текстовых сообщений ALE. В качестве альтернативы, цифровые данные могут обмениваться через встроенный или внешний модем (например, STANAG 5066 или MIL-STD-188-110B последовательный тональный модем) в зависимости от потребностей и доступности. Встроенная функция текстовых сообщений ALE может использоваться для передачи коротких текстовых сообщений в качестве «провода приказов», чтобы позволить операторам координировать внешнее оборудование, такое как телефонные патчи или невстроенные цифровые каналы, или для коротких тактических сообщений. [2] [3]
Система радиосвязи ALE обеспечивает соединение для голосового разговора, оповещения, обмена данными, отправки текстовых сообщений, обмена мгновенными сообщениями, электронной почты, передачи файлов, изображений, отслеживания геопозиционирования или телеметрии. Когда оператор радиосвязи инициирует вызов, процесс обычно занимает несколько минут для ALE, чтобы выбрать HF-частоту, оптимальную для обеих сторон канала связи. Он подает звуковой и визуальный сигнал операторам на обоих концах, чтобы они могли немедленно начать общаться друг с другом. В этом отношении давняя потребность в HF-радио для повторяющихся вызовов по заранее определенным графикам времени или утомительного мониторинга статики устраняется. Он полезен как инструмент для поиска оптимальных каналов для связи между станциями в режиме реального времени. В современной HF-связи ALE в значительной степени заменила HF-карты прогнозирования, маяки распространения, чирп-зонды, программное обеспечение для прогнозирования распространения и традиционные догадки радиооператоров. ALE чаще всего используется для подключения операторов для голосовых контактов на SSB ( однополосная модуляция ), HF-подключения к Интернету для электронной почты, отправки текстовых сообщений по телефону или SMS , чата в реальном времени через HF-текст, отчетов о геопозиционировании и передачи файлов. Высокочастотный Интернет-протокол или HFIP может использоваться с ALE для доступа в Интернет через HF.
Суть методов ALE заключается в использовании автоматического выбора канала, сканирования приемников, селективного вызова , квитирования и надежных пакетных модемов. [4] Узел ALE декодирует все полученные сигналы ALE, слышимые на контролируемом им канале(ах). Он использует тот факт, что все сообщения ALE используют избыточность прямой коррекции ошибок (FEC). Отмечая, сколько ошибок было исправлено в каждом полученном и декодированном сообщении, узел ALE может определить «качество» пути между отправляющей станцией и собой. Эта информация объединяется с адресом ALE отправляющего узла и каналом, по которому было получено сообщение, и сохраняется в памяти анализа качества связи (LQA) узла. [3] Когда инициируется вызов, в таблице поиска LQA выполняется поиск совпадений, включающих целевой адрес ALE, и для вызова целевой станции используется лучший исторический канал. Это снижает вероятность того, что вызов придется повторять на других частотах. Как только целевая станция услышала вызов и ответила, звонок или другое сигнальное устройство уведомит обоих операторов о том, что связь установлена. На этом этапе операторы могут координировать дальнейшую связь с помощью текстовых сообщений orderwire, голоса или других средств. Если желательна дальнейшая цифровая связь, она может осуществляться через внешние модемы данных или через дополнительные модемы, встроенные в терминал ALE.
Это необычное использование избыточности FEC является основным нововведением, которое отличает ALE от предыдущих систем селективного вызова , которые либо декодировали вызов, либо не могли декодировать из-за шума или помех. Двоичный результат «достаточно хорошо» или нет не давал возможности автоматического выбора между двумя каналами, оба из которых в настоящее время достаточно хороши для минимальной связи. Таким образом, основанная на избыточности оценка, присущая ALE, позволяет выбирать «лучший» доступный канал и (в более продвинутых узлах ALE) использовать весь декодированный трафик в течение некоторого временного окна для сортировки каналов в список по убывающей вероятности контакта, что значительно снижает помехи внутри канала для других пользователей, а также резко сокращает время, необходимое для успешного соединения с целевым узлом.
Методы, используемые в стандарте ALE, включают автоматическую сигнализацию , автоматическую идентификацию станции ( зондирование ), опрос , хранение и пересылку сообщений , защиту от связывания и антиспуфинг для предотвращения враждебного отказа в обслуживании путем завершения процесса сканирования канала. Дополнительные функции ALE включают опрос и обмен командами и сообщениями orderwire . Сообщение orderwire, известное как AMD (Automatic Message Display), является наиболее часто используемым методом передачи текста ALE и единственным универсальным методом, который все контроллеры ALE имеют для отображения текста. [5] Обычно поставщики предлагают расширения AMD для различных нестандартных функций, хотя зависимость от этих расширений подрывает совместимость. Как и во всех сценариях совместимости, следует проявлять осторожность, чтобы определить, приемлемо ли это, прежде чем использовать такие расширения.
ALE развилась из более старой технологии селективного вызова радио HF . Она объединила существующие концепции селективного вызова сканирования каналов с микропроцессорами (позволяющими декодировать FEC и принимать решения по оценке качества), пакетные передачи (минимизирующие помехи в соседнем канале) и транспондеринг (позволяющие работать без участия оператора и передавать сигналы входящих вызовов). Ранние системы ALE были разработаны в конце 1970-х и начале 1980-х годов несколькими производителями радиостанций. [6] Первые контроллеры семейства ALE представляли собой внешние контроллеры, монтируемые в стойку, подключаемые для управления военными радиостанциями, и редко взаимодействовали между поставщиками.
Различные производители использовали различные методы и фирменные протоколы цифровой сигнализации в первом поколении ALE, что привело к несовместимости. [3] Позднее совместные усилия производителей и правительства США привели к появлению второго поколения ALE, которое включало функции систем первого поколения, одновременно улучшая производительность. Стандарт системы второго поколения 2G ALE в 1986 году, MIL-STD-188-141A, [5] был принят в FED-STD-1045 [7] для федеральных органов США. В 1980-х годах военные и другие органы правительства США начали устанавливать ранние блоки ALE, используя контроллеры ALE, произведенные в основном американскими компаниями. Основным применением в течение первых 10 лет использования ALE были правительственные и военные радиосистемы, а ограниченная клиентская база в сочетании с необходимостью соблюдения стандартов MILSPEC удерживали цены на чрезвычайно высоком уровне. Со временем спрос на возможности ALE рос, и к концу 1990-х годов большинство новых приобретенных правительственных КВ-радиостанций были разработаны с учетом как минимум минимального стандарта совместимости ALE , что делало их пригодными для использования со стандартным узловым оборудованием ALE. Радиостанции, реализующие как минимум минимальную функциональность узла ALE в качестве опции внутри радиостанции, стали более распространенными и значительно более доступными. По мере того, как стандарты принимались другими правительствами по всему миру, все больше производителей выпускали КВ-радиостанции по конкурентоспособной цене, чтобы удовлетворить этот спрос. Необходимость взаимодействия с правительственными организациями побудила многие неправительственные организации (НПО) хотя бы частично принять стандарты ALE для связи. По мере распространения невоенного опыта и снижения цен другие гражданские организации начали использовать 2G ALE. К 2000 году во всем мире было достаточно гражданских и правительственных организаций, использующих ALE, что стало фактическим стандартом совместимости КВ для ситуаций, когда априори возможна координация каналов и адресов.
В конце 1990-х годов третье поколение 3G ALE со значительно улучшенными возможностями и производительностью было включено в MIL-STD-188-141B [5], сохранив обратную совместимость с 2G ALE, и было принято в НАТО STANAG 4538. Гражданские и неправительственные темпы принятия намного ниже, чем 2G ALE из-за чрезвычайной стоимости по сравнению с избыточным или начальным уровнем 2G оборудования, а также значительно возросшей сложности системы и планирования, необходимой для реализации преимуществ, присущих спецификации 3G. Для многих военных, чьи потребности в максимальных внутриорганизационных возможностях и мощности всегда напрягают существующие системы, дополнительная стоимость и сложность 3G менее проблематичны.
ALE обеспечивает быструю незапланированную связь и передачу сообщений без необходимости в сложных центрах сообщений, нескольких радиостанциях и антеннах или высококвалифицированных операторах. С устранением этих потенциальных источников сбоев процесс тактической связи становится гораздо более надежным и прочным. Эффекты выходят за рамки простого умножения силы существующих методов связи; такие подразделения, как вертолеты, оснащенные радиостанциями ALE, теперь могут надежно общаться в ситуациях, когда экипаж слишком занят, чтобы использовать традиционную радиостанцию вне прямой видимости . [8] Эта способность обеспечивать тактическую связь в условиях, когда специально обученные операторы и оборудование не подходят, часто считается истинным улучшением, предлагаемым ALE.
ALE — это критически важный путь к повышению взаимодействия между организациями. Позволяя станции участвовать почти одновременно во многих различных сетях HF, ALE обеспечивает удобную передачу сообщений между организациями и мониторинг без необходимости в выделенном отдельном оборудовании и операторах для каждой партнерской организации. Это значительно снижает кадровые и аппаратные требования, позволяя небольшим мобильным или портативным станциям участвовать в нескольких сетях и подсетях. Результатом является повышение устойчивости, снижение хрупкости, повышение способности эффективно передавать информацию и способность быстро добавлять или заменять точки связи по мере необходимости.
В сочетании с технологиями Near Vertical Incidence Skywave (NVIS) и достаточным количеством каналов, распределенных по всему спектру, узел ALE может обеспечить более 95% успеха при первом вызове, почти наравне с системами SATCOM . Это значительно надежнее, чем инфраструктура сотовой связи во время катастроф или войн, но в основном невосприимчиво к таким факторам.
Глобальные стандарты для ALE основаны на оригинальных американских стандартах MIL-STD 188-141A [5] и FED-1045 [7] , известных как ALE 2-го поколения (2G). 2G ALE использует несинхронизированное сканирование каналов, и требуется от нескольких секунд до полуминуты, чтобы повторно просканировать весь список каналов в поисках вызовов. Таким образом, требуется достаточная продолжительность времени передачи для соединения вызовов или связи с другой станцией, которая не синхронизирована с ее вызывным сигналом. Подавляющее большинство систем ALE, используемых в мире в настоящее время, являются 2G ALE.
Более распространенная форма сигнала 2G ALE разработана для совместимости со стандартными узкополосными приемопередатчиками голосового канала SSB 3 кГц. Метод модуляции — 8-частотная манипуляция со сдвигом частоты или 8FSK, также иногда называемая многочастотной манипуляцией со сдвигом частоты (MFSK) , с восемью ортогональными тонами между 750 и 2500 Гц. [5] Каждый тон имеет длину 8 мс, что приводит к передаваемой по воздуху скорости передачи символов 125 бод или 125 символов в секунду со скоростью передачи необработанных данных 375 бит в секунду. Данные ALE форматируются в 24-битные кадры, которые состоят из 3-битной преамбулы, за которой следуют три символа ASCII, каждый длиной семь бит. Полученный сигнал обычно декодируется с использованием методов цифровой обработки сигналов , которые способны восстанавливать сигнал 8FSK при отрицательном отношении сигнал/шум в децибелах (т. е. сигнал может быть восстановлен, даже если он ниже уровня шума). Беспроводные уровни протокола включают использование прямой коррекции ошибок , избыточности и квитирования , транспондеринга, аналогично тем, которые используются в методах ARQ . [9]
Новые стандарты ALE, называемые 3-м поколением или 3G ALE, используют точную синхронизацию времени (через определенный протокол синхронизации времени, а также опцию часов, привязанных к GPS ) для достижения более быстрой и надежной связи. Благодаря синхронизации время вызова для достижения связи может быть сокращено до менее чем 10 секунд. Сигнал модема 3G ALE также обеспечивает лучшую надежность и может работать в условиях канала, которые менее благоприятны, чем 2G ALE. [10] Группы ожидания, ограниченные позывные и более короткие пакетные передачи обеспечивают более быстрые интервалы сканирования. Все станции в одной группе сканируют и принимают каждый канал точно в одно и то же временное окно. Хотя 3G ALE более надежен и значительно повысил эффективность использования времени канала, наличие большой установленной базы радиосистем 2G ALE и широкая доступность недорогого (часто военного излишка) оборудования сделали 2G базовым стандартом для глобальной совместимости.
Совместимость является критически важным вопросом для разрозненных субъектов, которые используют радиосвязь для удовлетворения потребностей организаций. Во многом из-за повсеместного распространения 2G ALE, он стал основным методом обеспечения совместимости на HF между правительственными и неправительственными организациями по оказанию помощи при стихийных бедствиях и аварийной связи, а также волонтерами-любителями радиосвязи. Поскольку цифровые технологии все чаще используются в оборудовании связи, необходим был универсальный стандарт цифровой связи, и ALE заполнил этот пробел. Почти каждый крупный производитель HF-радиостанций в мире создает радиостанции ALE в соответствии со стандартом 2G, чтобы удовлетворить высокий спрос на то, чтобы новые установки HF-радиосистем соответствовали этому стандартному протоколу. Разрозненные субъекты, которые исторически использовали несовместимые методы радиосвязи, затем смогли звонить и общаться друг с другом, используя общую платформу 2G ALE . Некоторые производители и организации [11] использовали функцию AMD ALE для расширения производительности и возможностей подключения. [12] В некоторых случаях это было успешно, а в других случаях использование фирменной преамбулы или встроенных команд привело к проблемам совместимости.
ALE служит удобным методом связи за пределами прямой видимости. Первоначально разработанный для поддержки военных требований, ALE полезен для многих организаций, которые управляют широко разбросанными подразделениями. Иммиграционная и таможенная полиция США и Береговая охрана США являются двумя членами Сети таможенного контроля за горизонтом (COTHEN), сети ALE MIL-STD 188-141A. [13] Все вооруженные силы США используют несколько подобных сетей. Аналогичным образом, коротковолновые слушатели коммунальных служб задокументировали списки частот и позывных для военных и охранных подразделений многих стран, а также сетей, эксплуатируемых компаниями по разведке и добыче нефти и коммунальными службами во многих странах.
Системы радиосвязи ALE как для региональных сетей HF, так и для HF-взаимодействия используются агентствами по чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, а также военными и охранными силами. Чрезвычайные агентства и организации реагирования используют ALE для реагирования на ситуации в мире, когда обычные коммуникации могут быть временно перегружены или повреждены. Во многих случаях он используется в качестве альтернативного обратного канала для организаций, которым, возможно, придется реагировать на ситуации или сценарии, связанные с потерей обычных коммуникаций. Землетрясения, штормы, извержения вулканов и сбои в работе инфраструктуры электроснабжения или связи являются типичными ситуациями, в которых организации могут посчитать ALE необходимым для работы. Сети ALE распространены среди организаций, занимающихся реагированием на чрезвычайные ситуации, такие как: стихийные и техногенные катастрофы, сбои в работе транспортных, энергетических или телекоммуникационных сетей, войны, операции по поддержанию мира или стабилизации. Организации, которые, как известно, используют ALE для управления чрезвычайными ситуациями , оказания помощи при стихийных бедствиях, обычной связи или реагирования на чрезвычайные ситуации, включают: Красный Крест , FEMA , группы оказания медицинской помощи при стихийных бедствиях , НАТО , Федеральное бюро расследований , Организация Объединенных Наций , AT&T , Гражданский воздушный патруль , SHARES, Агентство по управлению в чрезвычайных ситуациях штата Калифорния (CalEMA), Офисы экстренных служб или агентства по управлению в чрезвычайных ситуациях других штатов США и Служба экстренной радиолюбительской связи (ARES). [11]
Международный союз электросвязи (МСЭ) в ответ на необходимость взаимодействия в международном реагировании на стихийные бедствия, вызванную в основном гуманитарной помощью, включил ALE в свои рекомендации по телекоммуникациям для ликвидации последствий стихийных бедствий . [4] Растущая потребность в мгновенном подключении для логистических и тактических коммуникаций при ликвидации последствий стихийных бедствий, таких как цунами после землетрясения в Индийском океане в 2004 году, привела к действиям МСЭ по поощрению стран по всему миру к ослаблению ограничений на такие коммуникации и транзит оборудования через границу во время катастрофических бедствий. Глобальные конференции IARU по радиолюбительской аварийной связи (GAREC) и Глобальные испытания IARU по имитации чрезвычайных ситуаций включали ALE. [14]
Радиолюбители начали спорадическую работу ALE на ограниченной основе в начале-середине 1990-х годов [3] с коммерческими радиостанциями ALE и контроллерами ALE. В 2000 году стал доступен первый широкодоступный программный контроллер ALE для персонального компьютера, PCALE , и радиолюбители начали устанавливать станции на его основе. В 2001 году начались первые организованные и скоординированные глобальные сети ALE для международного любительского радио. В августе 2005 года радиолюбители, поддерживающие связь для убежищ Красного Креста , использовали ALE для операций по ликвидации последствий стихийных бедствий во время урагана Катрина . [11] После этого события радиолюбители разработали более постоянные сети ALE для оказания чрезвычайной помощи/ликвидации последствий стихийных бедствий, включая подключение к Интернету, с упором на взаимодействие между организациями. Автоматическая установка связи любительского радио HFLink, архивированная 22.02.2007 в системе Wayback Machine, использует открытый сетевой протокол, позволяющий всем радиолюбителям и радиосетям по всему миру участвовать в ALE и совместно использовать одни и те же каналы ALE на законных основаниях и с возможностью взаимодействия. Радиолюбители могут использовать его для вызова друг друга для голосовой связи или передачи данных. [2]
Операторы любительской радиосвязи обычно обеспечивают местную, региональную, национальную и международную связь при чрезвычайных ситуациях и при стихийных бедствиях. [14] Необходимость взаимодействия на КВ привела к принятию радиолюбителями автоматического установления связи ALE Архивировано 2007-02-22 в открытых сетях Wayback Machine . Радиолюбители адаптировали методы 2G ALE, используя общие знаменатели протокола 2G ALE с ограниченным подмножеством функций, имеющихся в большинстве всех радиостанций и контроллеров ALE. Каждая радиостанция любительской радиосвязи ALE использует позывной оператора в качестве адреса , также известного как адрес ALE, в радиоконтроллере ALE. [2] Метод наименьшего общего знаменателя позволяет использовать радиостанции ALE или программное обеспечение любого производителя для связи и сетей с возможностью взаимодействия на КВ. Известный как Ham-Friendly ALE, стандарт радиолюбительской связи ALE используется для установления радиосвязи посредством комбинации активного ALE на международно признанных автоматических частотах данных и пассивного сканирования ALE на голосовых каналах. В этой технике активные частоты ALE включают псевдослучайную периодическую вежливую идентификацию станции, в то время как пассивные частоты ALE молча сканируются для избирательного вызова. Системы ALE включают прослушивание перед передачей в качестве стандартной функции, и в большинстве случаев эта функция обеспечивает лучшее обнаружение занятого канала голосовых и информационных сигналов, чем человеческое ухо. Метод Ham-Friendly ALE также известен как 2.5G ALE, поскольку он поддерживает совместимость с 2G ALE, используя некоторые функции адаптивного управления каналами 3G ALE, но без точной синхронизации времени GPS 3G ALE.
Сети горячего резерва ALE постоянно работают 24/7/365 для международной связи при чрезвычайных ситуациях и ликвидации последствий стихийных бедствий . Глобальная высокочастотная сеть ALE для любительского радио, архивированная 9 мая 2008 г. в Wayback Machine , которая начала работу в июне 2007 г., является крупнейшей в мире намеренно открытой сетью ALE . Это бесплатная открытая сеть, укомплектованная добровольцами и используемая радиолюбителями, поддерживающими организации по ликвидации последствий стихийных бедствий. [14]
Международные радиолюбительские каналы ALE High Frequency скоординированы по частотам со всеми регионами Международного союза радиолюбителей (IARU, подразделение МСЭ) [11] для международного, регионального, национального и местного использования в любительской радиослужбе. Все радиолюбительские каналы ALE используют стандарт верхней боковой полосы "USB" . К использованию различных каналов применяются различные правила, положения и частотные планы региона и страны, в которой осуществляется работа. Некоторые каналы могут быть недоступны в каждой стране. Первичные или глобальные каналы являются общими для большинства стран и регионов. [15]
Этот список актуален по состоянию на февраль 2020 года. Для получения дополнительной информации о службе любительской радиосвязи ALE см. HFLINK, архив 2008-04-21 на Wayback Machine . [14]
Примечания к таблице частот: Частоты каналов ALE для автоматического установления связи в любительской радиослужбе координируются на международном уровне с каналами селективного вызова Selcall в целях обеспечения совместимости. Net — это адрес сети ALE или имя сети Selcall.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )