Tom Puc, S56G (ex S57TWS) ; Ledine 157, 5000 Nova Gorica ; tom@s56g.net ; http://aprs.hamradio.si/

Zgodba o APRS ali povratek odsluženih TNCjev (1.del)


 

Hitri packet je popolnoma prevladal nad pionirsko tehnologijo s hitrostjo 1200 bps z začetka 90. let. Verjetno ima marsikdo izmed nas še kje založen stari TNC. Zanj lahko najde novo uporabo v sistemu Automatic Packet Reporting System ali na kratko APRS.

Kratka zgodovina

 

APRS se je rodil v ZDA okrog leta 1984 ; njegov avtor je Bob Bruninga, WB4APR. Kratica je na začetku pomenila Automatic Position Reporting System. To je bil sistem, ki je združeval packet-radio s satelitsko navigacijo GPS (Global Positioning System) in je omogočal radioamaterjem, da so lahko avtomatsko izrisovali svojo geografsko lokacijo na zemljevidih na osebnih računalnikih. Sistem se je kasneje razvil v smeri, ki niso bile vezane samo na sporočanje geografskih koordinat. Protokol zdaj podpira na primer tudi radiogoniometriranje (Direction Finding), sporočanje meteoroloških podatkov, raznovrstno telemetrijo, prenos sporočil med postajami in podobno. Tako po novem kratica APRS pomeni Automatic Packet Reporting System.

 

Slika 1: APRS v naši soseščini

 

Kako deluje?

 

APRS se od precej razlikuje od običajnega prometa na packet-radiu:

 

Običajni paket-radio je uporaben predvsem za prenos večjih količin podatkov med dvemi nepremičnimi postajami, neposredno ali preko vnaprej poznanih digipiterjev. Zato je z njim razmeroma težko realizirati omrežje, ki prenaša podatke, ki imajo kratko življenjsko dobo in ki ga sestavljajo tudi premične radijske postaje. APRS preobrazi običajen packet-radio v zmogljiv sistem za prenos podatkov v realnem času in njihov prostorski prikaz na raznih sistemih za sledenje.

 

Slika 2: Podatki v realnem času s sledilnika, ki ga s seboj vozi Sandi, S53SM

 

Sistem je bil zasnovan predvsem za sledenje dogodkov v realnem času. Tako je možno z njim, na primer, najti odgovore na naslednja vprašanja: Kje je začetek kolone na kolesarski dirki? Kje so rešilni avtomobili? Kakšno je vreme na planinskih točkah in ob obali? Kje je trenutno nevihta? Lahko ga uporabimo s katerimkoli dvosmernim radijskim sistemom: radioamaterskimi postajami, profesionalnimi ter pomorskimi radijskimi postajami in tudi preko celularnih in GSM omrežij.  Na radijsko opremo priklopimo TNC in nanj računalnik (osebni ali dlančnik) s programsko opremo za APRS. Po potrebah in možnostih lahko povežemo na računalnik tudi sprejemnik za GPS, inteligento vremensko postajo, vmesnike s senzorji in podobno.

Zadnje čase se proizvajalci radioamaterskih postaj vgrajujejo firmware, ki podpira APRS že kar v osnovne modele ročnih postaj (npr. Kenwood TH-D7AG in ostali).

 

Lastnosti APRS

 

Programska oprema za APRS je napisana za večino operacijskih sistemov. Seznam vključuje DOS, Windows 3.x, Windows 95/98/ME/2000, MacOS, Linux in PalmOS. Praktično vse implementacije omogočajo naslednje glavne funkcije APRSja:

 

Frekvence in načini oddaje

 

V Evropi večina omrežij za APRS deluje na 144.800 MHz  in uporablja 1200bps AFSK. Ker vse APRS postaje uporabljajo eno samo frekvenco, je lahko učinkovitost sistema včasih zelo vprašljiva. Posebej še, ker je veliko odvisno od posameznikovih nastavitev programske opreme. Precej APRS digijev, ki so na visokih lokacijah zaradi tega uporablja za izmenjavo druge frekvence. Problemi s prevelikim prometom zaradi prepogostih ponavljanj digitipiranih paketov so pogosti tudi zaradi slabo (ali pa sploh ne) dogovorjenih poti med APRS digiji. Za povzročanje teh nevšečnosti smo radioamaterji sploh zelo nadarjeni.

Na KV so standardne frekvence omrežij na 10,151 MHz LSB 300bps, 14,105 MHz LSB 300bps in 29,250 MHz FM 1200bps. APRS deluje tudi s PSK31 primarno na 14,095 MHz USB, pa tudi na 3,595 MHz USB in 28,145 MHz USB z intervali okrog 5 minut. Za to obstaja posebna programska oprema (npr. APRS Over PSK31 ali AROS).

Lokalna radijska omrežja APRS se preko Internetnih prehodov, ki se nosijo ime IGATE povezujejo v globalni APRSnet. Programje na teh strežnikih omogoča kontroliran prehod okvirjev z radijskega omrežja na druge IGATE strežnike in (zelo redko) tudi obratno. Tako smo lahko vidni v omrežju APRS tudi brez radijske postaje in lahko spremljamo situacije tako v bližnji okolici kot tudi na npr. Novi Zelandiji. Pregledovanje je omogočeno tudi samo preko spletnih strani, kot lahko vidimo na http://aprs.hamradio.si/javAPRS/ ali na http://44.150.24.1/javAPRS/ .

 

Uporaba radioamaterskih satelitov

 

APRS je idealen za uporabo packet-radio digipiterjev na radioamaterskih satelitih kot so npr. AO-16, WO-18, LU-19, AO-26 pa tudi na Shuttlu in ISS. Najnovejši Pcsat, ki deluje od 3. oktobra letos je celo namenjen izključno za APRS. Radijski kanal je pri tem zelo malo obremenjen, za razliko od običajnih AX.25 povezav, ki zahtevajo za zvezo precej izmenjanih okvirjev. Da se pojaviš na APRS omrežju tudi če nisi v dosegu zemeljskega APRS omrežja zadostuje 1200bps AFSK packet-radio na pravi frekvenci ob pravem trenutku, ko je satelit nad tabo. Dovolj je en sam beacon paket v katerega so vpisane geografske koordinate ali lokator.

 

Lov na lisico in radiogoniometriranje

 

APRS je dobro orodje tudi za iskanje lokacije skritega oddajnika, toplozračnega balona ali motečega signala. Protokol omogoča izmenjavo in obdelavo podatkov o:

 

 Za sledenje znanih objektov, ki se premikajo po vnaprej poznani poti in z znano hitrostjo, kot so npr. kolesarji na dirki lahko APRS podatke avtomatsko pošilja v omrežje.

 

Sestavni deli APRS?

 

Sledilniki

 

Osnovno enoto sistema APRS imenujemo sledilnik (tracker). Sestavljajo ga sprejemnik za GPS, TNC in radijska postaja. Sprejemnik za GPS uporablja signale sistema za satelitsko navigacijo za izračun geografske lokacije, ki jih preko vmesnika RS232 pošilja približno vsako sekundo na TNC. Podatki so v obliki ASCII niza, ki vsebujejo točen čas, geografsko dolžino, širino in višino (uporablja se zelo razširjeni protokol NMEA-0183, ki so ga sposobni govoriti praktično vsi sprejemniki GPS). TNC jih odda v obliki UI AX.25 okvirjev (beacon). Ti okvirji so »namenjeni« vsem postajam (izjema so samo APRS sporočila, ki so namenjena točno določeni APRS postaji, so pa ravno tako UI okvirji). Najenostavnejši sledilniki ne znajo sprejeti APRS sporočil in uporabljajo sprejemnik radijske postaje zgolj zato, da oddajo okvir takrat ko je na kanalu tišina. Tak je na primer TinyTrak, sledilnik narejen s procesorjem PIC 16F84. Originalni projekt najdete na strani http://www.byonics.com/ .

 

Slika 3: Sprejemnik GPS (Garmin eMap) in sledilnik TinyTrak

 

UI okvir, ki ga sledilnik pošlje izgleda nekako takole:

 

S55YNG-1>APRS,RELAY,WIDE:!4559.91N/01339.42En/A=002236 SuperVozelj JN65TX 682masl

 

Postaja S55YNG je namenila okvir na naslov APRS preko digijev RELAY in WIDE. Posamezni deli niza imajo naslednji pomen: klicaj (!) pomeni postajo, ki ne zna sprejemati APRS sporočil, sledi geografska širina ter dolžina v stopinjah (prvi dve oz. tri številke)  in minutah (naslednji številki do decimalne pike) ter stotinkah minute ter črki za N (sever) ali S (jug) oziroma E (vzhod) in W (zahod). Sledi znak (v našem primeru je to n), ki določa simbol, ki se bo pojavil na zemljevidu: oznaka za digi. Naslednji niz podaja višino v čevljih (A=002236 pomeni 2.236 čevljev ali 682m nadmorske višine). Ostanek niza je komentar.

 

Prikaz pozicije na zemljevidu

 

Na sprejemni strani je vsaka APRS postaja opremljena z radioamatersko postajo, TNCjem in osebnim računalnikom oz. dlančnikom, na katerem teče programska oprema za APRS. Program prikaže pozicijo iz prejetega okvirja na zemljevidu.

 

Slika 4: Vsaka postaja si izbere simbol, s katerim se predstavi na zemljevidih ostalih članov omrežja

 

Usmerjanje okvirjev preko digijev

 

Če sta sledilnik in sprejemna postaja blizu, digipiterji seveda niso potrebni. V tem primeru zadostuje, če je okvir z APRS podatki naslovljen na standarden naslov npr. APRS. V primeru, da imamo TNC2, bi to določili z ukazom:

 

UNPROTO APRS

 

Da bi omrežje APRS digipiterjev lahko res prenašalo okvirje še naprej, lahko okvirje naslovimo na znane digipiterje.

 

UNPROTO APRS via S53YNG-7,IR3FAL

 

Pri mobilni uporabi sledilnikov to seveda nima pravega smisla, ker ne moremo kar enostavno predvidevati uporabe določenih digijev na vsej poti. Precej nerodno bi tudi bilo, če bi morali vsakih nekaj kilometrov prekonfigurirati TNC … zato se omrežje APRS digijev odziva še na nekatere druge aliase, ki imajo poseben pomen. Tak je na primer RELAY. Zato je vse, kaj naredimo v sledilniku:

 

UNPROTO APRS via RELAY

 

In dosegljivi digi bodo naše okvirje oddali naprej tako, da bodo namesto RELAY vpisali svoj pozivni znak (in dvignili zastavico H):

 

Okvir

S57TWS-9>APRS v RELAY,WIDE

 

Bo digi S55YNG-1 poslal naprej spremenjenega v :

S57TWS-9>APRS v S55YNG-1*, WIDE

 

Širše pokrivanje

 

Za pokrivanje večjega področja imajo posamezni digipiterji na višjih in bolj odprtih pozicijah določen še dodaten alias WIDE. Tako lahko sledilniki dosežejo večje pokrivanje s tem, da v beacon dodajo še WIDE:

 

UNPROTO APRS via RELAY,WIDE

 

In tako bo naš okvir nadaljeval pot  preko S55YNG-1

S57TWS-9>APRS v S55YNG-1*, WIDE

Kot

S57TWS-9>APRS v S55YNG-1*, WIDE*

Preko vseh slišnih WIDE digijev in tu se mu bo pot iztekla.

 

Področno pokrivanje

 

Ko se omrežje APRS digijev širi, se tudi veriga WIDE digipiterjev daljša. Tako v sledilnikov TNC lahko vpišemo tudi več enakih aliasov:

 

UNPROTO APRS via RELAY,WIDE,WIDE

 

Razširjena uporaba preveč enostavnih WIDE digipiterjev kmalu povzroči poplavljanje omrežja. Temu se izognemo z uporabo inteligentnih WIDE in WIDEn-n digipiterjev, ki prepoznajo okvirje, ki so jih že prenesli drugi WIDE digiji in jih ne ponovijo več. Pravila si bomo ogledali v nadaljevanju.

 

Satelitsko pokrivanje

 

Uporaba satelitov za prenos APRS okvirjev je način za najbolj široko pokrivanje. Za uporabo ISS moramo zaradi nerodnosti pri konfiguraciji TNCja na vesoljski postaji navesti kot pozivni znak digipiterja kar NOCALL:

 

UNPROTO APRS via NOCALL

 

Morda bomo v bližnji prihodnjosti dočakali tudi popravek. Pri Pcsat-u so nastavitve bolj standardne:

 

UNPROTO APRS via APRSAT

 

In se vračajo digipitani preko PCSAT-nn .Program UI-Digi jih pokaže takole:

 

17:22:50R SV8CS>APU24L,PCSAT-1*,TRACE4-4 <UI C Len=42>:

=3746.39N\02048.23ESkm07js  sv8cs@qsl.net

 

 

Sporočanje geografske lokacije brez GPS

 

Sledilniki na fiksnih lokacijah nimajo nobene potrebe po podatkih s sprejemnika GPS, tako da lahko mirno shajamo brez njega. Lokacija postaje je lahko vpisana samo v beacon besedilo s pomočjo ukaza BTEXT. Na primer:

 

BTEXT !4557.86N/01338.87E- 73 de s57tws

 

Razlago okvirja ste že lahko prebrali v prejšnjih poglavjih, razlika je samo v simbolu postaje. Znak – pomeni, da bomo na zemljevidih prikazani kot hiša z vertikalko na strehi.

 

Zaključek

 

V nadaljevanju si bomo ogledali delovanje inteligentnega digitipiranja, praktične primere nastavitev programske opreme za APRS, kako so izdelani TRACE/WIDE digipiterji in prebrali o izkušnjah z APRS v S59DAY.

Več informacij in povezav lahko najdete tudi na spletnih straneh strežnika S50AOP http://aprs.hamradio.si/ , na kateremu teče tudi IGATE prehod za APRS. Strežnik je dostopen tudi na naslovu 44.150.24.1 (S50AOP-5 preko S55YNG).