Автоматическая система пакетной передачи сообщений ( APRS ) — это любительская радиосистема для цифровой передачи в реальном времени информации, имеющей непосредственную ценность в локальной области. [1] Данные могут включать 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, пути движущихся объектов, метеостанции, данные поиска и спасания, а также данные пеленгации.
Данные APRS обычно передаются на одной общей частоте (в зависимости от страны) для локального повторения локальными ретрансляционными станциями (дигипитерами) для широкого местного потребления. Кроме того, все такие данные обычно поступают в интернет-систему APRS (APRS-IS) через подключенный к Интернету приемник (IGate) и распространяются по всему миру для повсеместного и немедленного доступа. [2] Данные, передаваемые по радио или Интернету, собираются всеми пользователями и могут быть объединены с внешними картографическими данными для создания общего просмотра в реальном времени.
APRS разрабатывался с конца 1980-х годов Бобом Брунинга, позывной WB4APR, старшим научным сотрудником Военно-морской академии США . Он поддерживал основной веб-сайт APRS до своей смерти в 2022 году. [ 3] [4] Аббревиатура «APRS» произошла от его позывного.
Боб Брунинга, старший инженер-исследователь Военно-морской академии США, реализовал самого раннего предка APRS на компьютере Apple II в 1982 году. [5] Эта ранняя версия использовалась для отображения высокочастотных отчетов о местоположении ВМС. Первое использование APRS было в 1984 году, когда Брунинга разработал более продвинутую версию на VIC-20 для сообщения о местоположении и состоянии лошадей в забеге на выносливость на 100 миль (160 км). [6]
В течение следующих двух лет Брунинга продолжал разрабатывать систему, которую он тогда назвал Connectionless Emergency Traffic System (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 Automatic Position Reporting System) продолжала развиваться в ее нынешнем виде.
По мере того как технология GPS становилась все более доступной, термин «Position» был заменен на «Packet», чтобы лучше описать более общие возможности системы и подчеркнуть ее применение, выходящее за рамки простого предоставления данных о местоположении.
Брунинга также заявил, что APRS не была задумана как система отслеживания местоположения транспортного средства и ее можно интерпретировать скорее как «автоматическую систему отчетности о присутствии». [7]
APRS (Automatic Packet Reporting System) — это цифровой протокол связи для обмена информацией между большим количеством станций, охватывающих большую (локальную) область, часто называемых « IP -терами». Как многопользовательская сеть передачи данных, она сильно отличается от обычного пакетного радио . Вместо использования связанных потоков данных, когда станции подключаются друг к другу, а пакеты подтверждаются и передаются повторно в случае потери, APRS работает полностью в несвязанном режиме вещания, используя ненумерованные кадры AX.25 . [8]
Пакеты APRS передаются для прослушивания и использования всеми другими станциями. Повторители пакетов , называемые дигипитерами, образуют основу системы APRS и используют технологию хранения и пересылки для повторной передачи пакетов. Все станции работают на одном радиоканале, и пакеты перемещаются по сети от дигипитера к дигипитеру, распространяясь наружу от точки своего происхождения. Все станции в пределах радиодиапазона каждого дигипитера получают пакет. На каждом дигипитере путь пакета изменяется. Пакет будет повторен только через определенное количество дигипитеров — или переходов — в зависимости от крайне важной настройки «PATH».
Digipeaters отслеживают пакеты, которые они пересылают, в течение определенного периода времени, тем самым предотвращая повторную передачу дублирующих пакетов. Это предотвращает циркуляцию пакетов в бесконечных циклах внутри сети ad hoc. В конечном итоге большинство пакетов прослушивается шлюзом APRS Internet Gateway, называемым IGate, и пакеты направляются на магистральную сеть APRS Internet (где дублирующие пакеты, прослушиваемые другими IGate, отбрасываются) для отображения или анализа другими пользователями, подключенными к серверу APRS-IS, или на веб-сайте, предназначенном для этой цели.
Хотя может показаться, что использование неподключенных и ненумерованных пакетов без подтверждения и повторной передачи по общему и иногда перегруженному каналу приведет к низкой надежности из-за потери пакета, это не так, потому что пакеты передаются (транслируются) всем и многократно умножаются каждым дигипитером. Это означает, что все дигипитеры и станции в зоне действия получают копию, а затем продолжают транслировать ее всем другим дигипитерам и станциям в зоне действия. В результате пакеты умножаются больше, чем теряются. Поэтому пакеты иногда можно услышать на некотором расстоянии от исходной станции. Пакеты могут быть цифровым образом повторены на десятки или даже сотни километров, в зависимости от высоты и дальности действия дигипитеров в этой области.
При передаче пакета он многократно дублируется по мере распространения, используя одновременно все доступные пути, пока не будет израсходовано количество «прыжков», разрешенное настройкой пути.
APRS содержит ряд типов пакетов, включая положение/объект/элемент, статус, сообщения, запросы, прогнозы погоды и телеметрию. Пакеты положения/объекта/элемента содержат широту и долготу, а также символ для отображения на карте и имеют множество дополнительных полей для высоты, курса, скорости, излучаемой мощности , высоты антенны над средней местностью , усиления антенны и рабочей частоты голоса. Положения стационарных станций настраиваются в программном обеспечении APRS. Движущиеся станции (переносные или мобильные) автоматически получают информацию о своем положении от приемника GPS, подключенного к оборудованию APRS. [8]
Отображение карты использует эти поля для отображения диапазона связи всех участников и облегчает возможность связаться с пользователями как в обычных, так и в чрезвычайных 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 быть любым количеством из десятков стандартизированных погодных символов. Каждый символ на карте APRS может отображать множество атрибутов, различаемых либо по цвету, либо по другой методике. Эти атрибуты следующие:
Пакет статуса — это формат свободного поля, который позволяет каждой станции объявлять о своей текущей миссии или приложении или контактной информации или любой другой информации или данных, которые могут быть немедленно использованы для окружающих действий. Пакет сообщений может использоваться для сообщений точка-точка, бюллетеней, объявлений или даже электронной почты. Бюллетени и объявления обрабатываются особым образом и отображаются на одной «доске объявлений сообщества». Эта доска объявлений сообщества имеет фиксированный размер, и все объявления от всех постеров сортируются на этом дисплее. Цель этого дисплея — быть согласованным и идентичным для всех зрителей, чтобы все участники видели одну и ту же информацию одновременно. Поскольку строки сортируются на дисплее, отдельные постеры могут редактировать, обновлять или удалять отдельные строки своих объявлений в любое время, чтобы поддерживать доску объявлений в актуальном состоянии для всех зрителей.
Все сообщения APRS доставляются в режиме реального времени онлайн-получателям. Сообщения не хранятся и не пересылаются, а повторяются до истечения времени ожидания. Доставка этих сообщений является глобальной, поскольку APRS-IS распределяет все пакеты по всем другим IGates в мире, а те, которые являются сообщениями, фактически вернутся в RF через любой IGate, который находится рядом с предполагаемым получателем.
Сообщение специального случая может быть отправлено на EMAIL, где эти сообщения извлекаются из реального времени APRS-IS и оборачиваются в стандартный тип сообщения электронной почты, и пересылаются в обычную электронную почту Интернета. Это делалось движком электронной почты WU2Z до 2019 года, когда он был заменен шлюзом электронной почты javaPRSSrvr . [9]
В своей простейшей реализации APRS используется для передачи данных в реальном времени, информации и отчетов о точном местоположении человека или объекта с помощью сигнала данных, передаваемого по любительским радиочастотам. В дополнение к возможностям передачи данных о местоположении в реальном времени с использованием подключенных приемников GPS, APRS также способен передавать широкий спектр данных, включая прогнозы погоды , короткие текстовые сообщения, пеленги радиопеленгации , телеметрические данные, короткие сообщения электронной почты (только отправка) и прогнозы штормов. После передачи эти отчеты можно объединить с компьютером и картографическим программным обеспечением для отображения переданных данных, наложенных с большой точностью на отображение карты.
Хотя построение карты является наиболее заметной функцией APRS, не следует упускать из виду возможности обмена текстовыми сообщениями и возможности распространения локальной информации в сочетании с надежной сетью; Управление по чрезвычайным ситуациям штата Нью-Джерси располагает обширной сетью станций APRS, позволяющих обмениваться текстовыми сообщениями между всеми окружными центрами экстренной связи в случае отказа обычных средств связи.
В своей наиболее широко используемой форме APRS передается по протоколу AX.25 с использованием Bell 202 AFSK со скоростью 1200 бит/с на частотах, расположенных в пределах 2-метрового любительского диапазона .
Обширная цифровая ретрансляторная сеть или сеть «диджипитеров» обеспечивает транспорт для пакетов APRS на этих частотах. Станции интернет- шлюзов (IGates) соединяют эфирную сеть APRS с интернет-системой APRS (APRS-IS), которая служит всемирной магистралью с высокой пропускной способностью для данных APRS. Станции могут подключаться к этому потоку напрямую, а ряд баз данных, подключенных к APRS-IS, обеспечивают веб-доступ к данным, а также более продвинутые возможности добычи данных. Ряд спутников на низкой околоземной орбите , включая Международную космическую станцию , способны ретранслировать данные APRS.
Инфраструктура APRS включает в себя разнообразное оборудование Terminal Node Controller (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 могут предотвратить избыточное повторение пакетов в сети.
Сообщающие станции используют метод маршрутизации, называемый «путь», для трансляции информации через сеть. В типичной пакетной сети станция будет использовать путь известных станций, например «через n8xxx,n8ary». Это заставляет пакет повторяться через две станции, прежде чем он остановится. В APRS общие позывные назначаются станциям-ретрансляторам, чтобы обеспечить более автоматическую работу.
По всей Северной Америке (и во многих других регионах) рекомендуемый путь для мобильных или портативных станций теперь WIDE1-1,WIDE2-1. [15] Стационарные станции (дома и т. д.) обычно не должны использовать маршрутизацию пути, если им не нужно цифровое повторение за пределами их локальной области, в противном случае следует использовать путь WIDE2-2 или меньше, как диктуют требования. Параметр пути [ необходимо разъяснение ] отражает маршрутизацию пакетов через радиокомпонент APRS, и стационарные станции должны тщательно продумать свой выбор маршрутизации пути. Любой выбор пути для станций, которые не требуют этого, способствует перегрузке частоты APRS и может помешать сообщениям других станций. Станции APRS на самолетах и воздушных шарах должны избегать маячков с любым путем на высоте, поскольку дигитирование может не потребоваться из-за высоты их антенны и вероятности достижения нескольких широкополосных дигитайзеров и IGates. Мобильные станции в перегруженных районах или в более густонаселенных районах могут рассмотреть возможность использования только 1 перехода (WIDE1-1), поскольку обычно поблизости достаточно интернет-шлюзов, так что маршрутизация пути не требуется. Одним из решений выбора пути является пропорциональный путь [16], если оборудование пользователя позволяет это.
Раньше общепринятым методом настройки станций было разрешить станциям ближнего действия повторять пакеты, запрашивающие путь "RELAY", а станции дальнего действия были настроены на повторение как пакетов "RELAY", так и пакетов "WIDE". Это достигалось путем установки настройки MYALIAS станции на RELAY или WIDE по мере необходимости. Это приводило к пути RELAY,WIDE для сообщающих станций. Однако не было проверки дублирующих пакетов или замены псевдонимов. Это иногда приводило к тому, что маяки "пинг-понгом" передавались вперед и назад вместо того, чтобы распространяться от источника. Это вызывало много помех. Без замены псевдонимов нельзя было сказать, какие дигипитеры использовал маяк.
С появлением новых «умных» TNC 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 «-N» пути достигает «-0». Этот новый протокол привел к тому, что старые пути RELAY и WIDE стали устаревшими. Операторам Digi предлагается перенастроить заполняющие станции «RELAY», чтобы вместо этого отвечать на WIDE1-1. Это приводит к новому, более эффективному пути WIDE1-1, WIDE2-1.
Тестирование дальности радиосвязи часто является важным компонентом этих хобби. Любительское радио часто используется с пакетным радио для связи на скорости 1200 бод, используя Автоматическую систему передачи пакетов обратно на наземную станцию. Меньшие пакеты, называемые микро- или пико-трекерами, также строятся и работают под меньшими воздушными шарами. Эти меньшие трекеры использовали азбуку Морзе, Field Hell и RTTY для передачи своих местоположений и других данных. [17]
Протокол APRS был адаптирован и расширен для поддержки проектов, не связанных напрямую с его первоначальным предназначением. Наиболее примечательными из них являются проекты FireNet и PropNET.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )