Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пакетный радиомодем Terminal Node Controller 2400

Пакетное радио - это режим цифровой радиосвязи, используемый для отправки пакетов данных . Пакетная радиосвязь использует коммутацию пакетов для передачи дейтаграмм . Это очень похоже на то, как пакеты данных передаются между узлами в Интернете . Пакетное радио можно использовать для передачи данных на большие расстояния.

Пакетное радио часто используется радиолюбителями . Протокол AX.25 (любительский X.25) был создан на основе протокола канального уровня X.25 и адаптирован для использования в радиолюбительских целях. Каждый пакет AX.25 включает в себя позывной радиолюбителя отправителя, который удовлетворяет требованиям Федеральной комиссии связи США по идентификации радиолюбителей. AX.25 позволяет другим станциям автоматически повторять пакеты для расширения диапазона передачи. Любая станция пакетной передачи данных может выступать в качестве дигипитера , связывая удаленные станции друг с другом через специальные сети . Это делает пакетную радиосвязь особенно полезной для экстренной связи.

Основная статья: AX.25

Пакетное радио можно использовать в мобильной связи . Некоторые мобильные пакетные радиостанции периодически передают свое местоположение с помощью автоматической системы передачи пакетов (APRS). Если пакет APRS получен станцией «igate», отчеты о местоположении и другие сообщения могут быть перенаправлены на Интернет-сервер и сделаны доступными на общедоступной веб-странице. Это позволяет операторам-радиолюбителям отслеживать местоположение транспортных средств, туристов, высотных аэростатов и т. Д. Вместе с телеметрией и другими сообщениями по всему миру.

Основная статья: Автоматическая система отчетов о пакетах

Некоторые реализации пакетной радиосвязи также используют выделенные двухточечные каналы, такие как TARPN . В таких случаях появились новые протоколы, такие как улучшенный протокол уровня 2 (IL2P), поддерживающий прямое исправление ошибок для зашумленных и слабых сигнальных каналов.

Основная статья: Улучшенный протокол уровня 2

Хронология [ править ]

Ранними видами цифровой радиосвязи были телеграфия (с использованием кода Морзе ), телетайп (с использованием кода Бодо ) и факсимильная связь .

Алоха и PRNET [ править ]

Поскольку радиосхемы по своей сути обладают топологией широковещательной сети (т. Е. Многие или все узлы подключены к сети одновременно), одной из первых технических проблем, с которыми пришлось столкнуться при реализации сетей пакетной радиосвязи, было средство управления доступом к общему каналу связи . Профессор Норман Абрамсон из Гавайского университета руководил разработкой сети пакетной радиосвязи, известной как ALOHAnet, и провел ряд экспериментов, начиная с 1970-х годов, для разработки методов арбитража доступа к общему радиоканалу для сетевых узлов. Эта система работала на УВЧчастоты на 9600 бод. На основе этой работы был получен протокол множественного доступа Aloha . Последующие усовершенствования методов доступа к каналам, сделанные Леонардом Клейнроком и соавт. в 1975 году приведет Роберт Меткалф , чтобы использовать чувственных носитель множественного доступа с протоколами (CSMA) в конструкции теперь обычным Ethernet локальной сети технологии (LAN).

В 1973–76 годах DARPA создало сеть пакетной радиосвязи PRNET в районе залива Сан-Франциско и провело серию экспериментов с SRI, чтобы проверить использование протоколов связи ARPANET (предшественника Интернета ) (позже известных как IP ) в пакетном режиме. радиосвязи между мобильными и фиксированными сетевыми узлами. [1] Эта система была довольно продвинутой, поскольку в ней использовались модуляция с прямым расширением спектра (DSSS) и прямое исправление ошибок ( FEC).) методы для обеспечения каналов данных 100 кбит / с и 400 кбит / с. Эти эксперименты обычно считались успешными, а также ознаменовались первой демонстрацией межсетевого взаимодействия, поскольку в этих экспериментах данные маршрутизировались между сетями ARPANET, PRNET и SATNET (спутниковая пакетная радиосеть). На протяжении 1970-х и 1980-х годов DARPA эксплуатировала ряд наземных и спутниковых сетей пакетной радиосвязи, подключенных к ARPANET на различных военных и правительственных объектах.

Любительское пакетное радио и AMPRNet [ править ]

Основная статья: AMPRNet

Радиолюбители начали экспериментировать с пакетной радиосвязью в 1978 году, когда - после получения разрешения от канадского правительства - Роберт Руло, VE2PY; Брэм Франк, VE2BFH; Norm Pearl, VE2BQS; и Жак Орсали, VE2EHP [2] из Монреальского любительского радиоклуба Монреаль , Квебек, начали экспериментировать с передачей данных в кодировке ASCII на любительских радиочастотах VHF с использованием самодельного оборудования. [3] В 1980 году Дуг Локхарт VE7APU и Группа цифровой связи Ванкувера (VADCG) в Ванкувере , Британская Колумбия, начали производство стандартизированного оборудования ( контроллеры оконечных узлов) в количестве для использования в любительских сетях пакетной радиосвязи. В 2003 году Руло был занесен в зал славы журнала CQ Amateur Radio за его работу над Монреальским протоколом 1978 года [4].

Вскоре после того, как эта деятельность началась в Канаде, любители в США заинтересовались пакетным радио. В 1980 году Федеральная комиссия по связи США (FCC) разрешила любителям США передавать коды ASCII по радиолюбителям. [5] Повторители могут быть разработаны для любительской пакетной радиосвязи, их называют «дигипитерами». Первая известная деятельность любительских пакетной радиосвязи в США произошло в Сан - Франциско в декабре 1980 года, когда пакет репитер был введен в эксплуатацию на 2 метра от Хэнк Магнаски KA6M и Тихим Packet Radio Society (ДОП). [6] В соответствии с преобладанием DARPA и ARPANET в то время зарождающаяся сеть любительской пакетной радиосвязи получила название AMPRNet в стиле DARPA. [ Править ] Magnuski полученной IP - адрес распределение в 44.0.0.0 / 8 сети для любительского использования радио во всем мире.

Многие группы радиолюбителей, заинтересованных в пакетной радиосвязи, вскоре сформировались по всей стране, включая Тихоокеанское общество пакетной радиосвязи (PPRS) в Калифорнии , Tucson Amateur Packet Radio Corporation (TAPR) в Аризоне и Корпорацию исследований и разработок любительского радио (AMRAD) в Вашингтон, округ Колумбия [7]

К 1983 году TAPR предлагала первый TNC, доступный в виде комплекта. Пакетное радио начало становиться все более популярным в Северной Америке, и к 1984 году начали появляться первые системы досок объявлений на основе пакетов . Пакетное радио доказало свою ценность для экстренных операций после крушения авиалайнера Aeromexico в районе Серритоса, в выходные в День Труда в Калифорнии , 1986. Добровольцы связали несколько ключевых сайтов, чтобы передавать текстовый трафик через пакетное радио, которое сохраняло голосовые частоты чистыми.

Для объективного описания ранних разработок любительской пакетной радиосвязи см. Статью «Пакетное радио в любительской службе». [8] [5]

Коммерческие системы [9] [ править ]

Многие коммерческие предприятия, особенно те, которые используют диспетчерские службы (например, такси, эвакуаторы, полиция), быстро отметили ценность систем пакетной радиосвязи для обеспечения простых мобильных систем передачи данных. Это привело к быстрому развитию ряда коммерческих систем пакетной радиосвязи:

  • MDI (1979)
  • DCS (1984)
  • DRN (1986)
  • Мобитекс (1986)
  • АРДИС (1990)
  • CDPD позволяет передавать пакетные данные по аналоговым сотовым телефонным сетям AMPS.
  • GPRS - это средство пакетной передачи данных, предоставляемое сотовой телефонной сетью GSM.

Технические детали [ править ]

Голос, а не данные [ править ]

Одна из первых проблем, с которыми сталкиваются любители, внедряющие пакетную радиосвязь, заключается в том, что почти все любительское радиооборудование (и большая часть избыточного коммерческого / военного оборудования) исторически создавалось для передачи голоса, а не данных. Как и любая другая система цифровой связи, использующая аналоговые носители, для систем пакетной радиосвязи требуется модем. Поскольку радиооборудование, которое будет использоваться с модемом, предназначалось для передачи голоса, в ранних любительских пакетных системах использовались модемы AFSK , соответствующие телефонным стандартам (в частности, стандарту Bell 202 ). Хотя этот подход работал, он не был оптимальным, потому что он использовал канал FM 25 кГц для передачи со скоростью 1200 бод. При использовании прямой модуляции FSK, такой как пакетный радиомодем G3RUH, передача 9600 бод легко осуществляется в том же канале.

Кроме того, характеристики основной полосы частот аудиоканала, обеспечиваемого голосовыми радиоприемниками, часто сильно отличаются от характеристик телефонных аудиоканалов. Это приводило к необходимости в некоторых случаях включать или отключать схемы предыскажения или снятия предыскажения в радиоприемниках и / или модемах.

Асинхронное кадрирование [ править ]

Другой проблемой, с которой столкнулись ранние «упаковщики», была проблема асинхронной или синхронной передачи данных. В то время у большинства персональных компьютеров были асинхронные последовательные порты RS-232 для передачи данных между компьютером и такими устройствами, как модемы. Стандарт RS-232 определяет асинхронный режим передачи данных со старт-стопом, при котором данные отправляются группами (символами) по 7 или 8 бит. К сожалению, обычно используемые простые модемы AFSK не предоставляют синхронизирующего сигнала для указания начала кадра пакета . Это привело к необходимости в механизме, позволяющем получателю знать, когда начинать сборку каждого кадра пакета. Используемый метод называется асинхронным кадрированием.. Приемник ищет «октет границы кадра», затем начинает декодировать пакетные данные, следующие за ним. Другой октет границы кадра отмечает конец кадра пакета.

Совместное использование канала [ править ]

Ряд "разговоров" данных возможен по одному радиоканалу в течение конечного периода.

Конфигурация станции [ править ]

Базовая пакетная радиостанция состоит из компьютера или немого терминала, модема и приемопередатчика с антенной . Традиционно компьютер и модем объединены в один блок, контроллер оконечного узла (TNC), с немым терминалом (или эмулятором терминала ), используемым для ввода и отображения данных. Все чаще персональные компьютеры берут на себя функции TNC, при этом модем является либо автономным устройством, либо полностью реализован в программном обеспечении . В качестве альтернативы, несколько производителей (включая Kenwood и Alinco) теперь продают портативные или мобильные радиостанции со встроенными TNC, что позволяет подключаться напрямую кпоследовательный порт компьютера или терминала без какого-либо другого оборудования.

Компьютер отвечает за управление сетевыми соединениями, форматирование данных в виде пакетов AX.25 и управление радиоканалом. Часто он также предоставляет другие функции, такие как простая система доски объявлений для приема сообщений, когда оператора нет.

Следуя модели OSI , сети пакетной радиосвязи могут быть описаны в терминах протоколов физического уровня, канала передачи данных и сетевого уровня, на которые они опираются.

Физический уровень: модем и радиоканал [ править ]

  • Пример пакетной радиопередачи со скоростью 1200 бит в секунду  ( справка · информация )

Модемы, используемые для пакетной радиосвязи, различаются по пропускной способности и методике модуляции и обычно выбираются в соответствии с возможностями используемого радиооборудования. Наиболее часто используемый метод - это метод, использующий манипуляцию со сдвигом звуковой частоты ( AFSK ) в пределах существующей полосы пропускания речи радиооборудования. Первые любительские пакетные радиостанции были построены с использованием излишков модемов Bell 202 1200 бит / с , и, несмотря на низкую скорость передачи данных, модуляция Bell 202 осталась стандартом для работы на УКВ в большинстве областей. Совсем недавно скорость 9600 бит / с стала популярной, хотя и более сложной с технической точки зрения альтернативой. На ВЧ частотах используется модуляция Bell 103 со скоростью 300 бит / с.

По историческим причинам все обычно используемые модуляции основаны на идее минимальной модификации самого радио, обычно просто подключая аудиовыход компьютера непосредственно к микрофонному входу передатчика, а аудиовыход приемника напрямую к микрофонному входу компьютера. Добавив поворот передатчика на выходной сигнал («РТТ») для управления передатчиком, получился радиомодем . Благодаря этой простоте и наличию под рукой подходящих микрочипов, модуляция Bell 202 стала стандартным способом передачи пакетных радиоданных по радио в виде двух различных тонов. Тоны составляют 1200 Гц для Марка и 2200 Гц для пробела (сдвиг на 1000 Гц). В случае с Bell 103модуляции используется сдвиг 200 Гц. Данные кодируются дифференциально с помощью шаблона NRZI , где нулевой бит данных кодируется изменением тонов, а один бит данных кодируется без изменения тонов.

Способы достижения более высоких скоростей, чем 1200 бит / с , включают использование микросхем телефонного модема через разъемы микрофона и аудиовыхода. Доказано, что это работает на скорости до 4800 бит / с с использованием факс- модемов V.27 в полудуплексном режиме. Эти модемы используют фазовую манипуляцию, которая отлично работает, когда нет амплитудной манипуляции , но на более высоких скоростях, таких как 9600 бит / с, уровни сигнала становятся критическими, и они чрезвычайно чувствительны к групповой задержке в радиостанции. Эти системы были впервые предложены Саймоном Тейлором (G1NTX) и Джерри Сэндисом (G8DXZ) в 1980-х годах. Другие системы, в которых использовалась небольшая модификация радио, были разработаны Джеймсом Миллером (G3RUH) и работали со скоростью 9600 бит / с.

Контроллеры узлов AFSK со скоростью 1200 бит / с на 2 метра (144–148 МГц) являются наиболее часто встречающимся пакетным радио. Для пакетной радиосвязи UHF / VHF 1200/2400 бит / с любители используют общедоступные узкополосные голосовые FM-радиостанции. Для HF-пакета данные со скоростью 300 бит / с используются при модуляции с одной боковой полосой ( SSB ). Для высокоскоростной передачи пакетов (9600 бит / с и выше) необходимо использовать специальные радиомодули или модифицированные FM-радиоприемники.

Были разработаны специальные модемы, которые обеспечивают пропускную способность 19,2 кбит / с, 56 кбит / с и даже 1,2 Мбит / с по любительским радиолиниям на разрешенных FCC частотах 440 МГц и выше. Однако для передачи данных на таких скоростях требуется специальное радиооборудование. Интерфейс между «модемом» и «радио» находится на промежуточной частоте радио, в отличие от аудио секции, используемой для работы 1200 бит / с. Принятие этих высокоскоростных каналов связи было ограничено.

Во многих коммерческих приложениях радиопередачи данных модуляция основной полосы звука не используется. Данные передаются путем изменения выходной частоты передатчика между двумя различными частотами (в случае модуляции FSK существуют другие альтернативы).

Высокоскоростное мультимедийное радио [ править ]

Основная статья: Высокоскоростное мультимедийное радио

Диапазон 2,4 ГГц «Wi-Fi» частично перекрывает диапазон любительского радио, поэтому коммерческое оборудование Wi-Fi может быть адаптировано и использоваться лицензированными радиолюбителями на более высоких уровнях мощности, хотя ограничения на любительское радио ограничивают привлекательность использования пакетной радиосвязи для подключиться к Интернету. Правила Федеральной комиссии по связи США не разрешают шифрование или частную передачу радиолюбителей в дополнение к другим ограничениям на контент. [10]

Уровень канала передачи данных: AX.25 [ править ]

Сети пакетной радиосвязи полагаются на протокол канального уровня AX.25 , полученный из набора протоколов X.25 и предназначенный специально для использования в радиолюбительских целях. [11] Несмотря на свое название, AX.25 определяет как физический уровень, так и уровень канала передачи данных модели OSI. (Он также определяет протокол сетевого уровня, хотя он редко используется.) [ Необходима цитата ]

Сетевой уровень [ править ]

Пакетное радио чаще всего используется для прямого соединения клавиатуры с клавиатурой между станциями, либо между двумя операторами, работающими в режиме реального времени, либо между оператором и системой доски объявлений . Для этих приложений не требуются никакие сетевые службы выше уровня канала передачи данных.

Чтобы обеспечить автоматическую маршрутизацию данных между станциями (что важно для доставки электронной почты ), было разработано несколько протоколов сетевого уровня для использования с AX.25. Наиболее известными среди этих протоколов сетевого уровня являются NET / ROM и TheNET, ROSE, FlexNet и TexNet.

В принципе, можно использовать любой протокол сетевого уровня, включая повсеместный Интернет-протокол .

См. Также [ править ]

  • Автоматическая система отчетов о пакетах
  • D-ЗВЕЗДА
  • Специальная мобильная сеть
  • Spartan Packet Radio Experiment - Эксперимент предназначен для проверки отслеживания спутников с помощью любительской пакетной радиосвязи, налетел на Спейс Шаттл миссии STS-72
  • Любительская пакетная радиосвязь в Тусоне
  • Winlink
  • Специальная беспроводная сеть

Ссылки [ править ]

  1. ^ Okin, JR (2005). Интернет-революция: не для чайников. Руководство по истории, технологиям и использованию Интернета , стр. 81. Ironbound Press. ISBN  0-9763857-6-7 .
  2. ^ Я написал код для демонстрации 31 мая 1978 года на встрече MARC в Монреале.
  3. ^ Rouleau, Роберт и Ходжсон, Ян (1981). Пакетное радио . Tab Books, Саммит Блю Ридж, Пенсильвания. ISBN 0-8306-9628-8 . 
  4. ^ "Зал славы любительского радио CQ" (PDF) . CQ Amateur Radio . Июнь 2007 Архивировано из оригинала (PDF) на 2008-12-03 . Проверено 2 мая 2009 .
  5. ^ a b Мендельсон, Алекс. «Любительский пакет - Краткая хронология: Фаза 1 (1970-1986)» . Архивировано из оригинала на 2001-01-29 . Проверено 9 августа 2009 . См. Одобрение Федеральной комиссии по связи и внесение изменений
  6. ^ Кенни, Ларри «Введение в пакетное радио - Часть 1» , «Краткая история - Как все началось». Проверено 9 августа 2009.
  7. ^ Американская радиорелейная лига (2008). "ARRL's VHF Digital Handbook", стр. 1-2, Американская радиорелейная лига. ISBN 0-87259-122-0 . 
  8. ^ Карн, П. Х. Цена Diersing, R. (май 1985). «Пакетное радио в любительской службе», стр. 431-439, «Журнал IEEE по избранным областям связи». ISSN 0733-8716.
  9. ^ ДеРоуз, Джеймс Ф. (1999). «Справочник по беспроводным данным», стр. 3-7. Wiley-Interscience; 4-е издание. ISBN 0-471-31651-2 . 
  10. ^ Безопасность и целостность данных в современной радиолюбительской сети - Автор: Пол Дж. Тот - NA4AR «HSMM и информационная безопасность», автор: K8OCL CQ-VHF, осень 2004 г. - предварительный просмотр на веб-сайте CQ-VHF «Шифрование данных является законным», N2IRZ, CQ Magazine, август 2006 г. - превью из PSR TAPR летом 2006 г. https://www.scribd.com/doc/14005101/data-encryption-is-legal
  11. ^ Протокол доступа к каналу AX.25 для любительского пакетного радио : официальная спецификация от Tucson Amateur Packet Radio

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Lynch, Clifford A .; Браунригг, Эдвин Б. (1987). Пакетные радиосети . Pergamon Press. ISBN 0-08-035913-2.
  • Окин, младший (2005). Интернет-революция: не для чайников. Руководство по истории, технологиям и использованию Интернета . Ironbound Press. ISBN 0-9763857-6-7.
  • Руло, Роберт; Ходжсон, Ян (1981). Пакетное радио . TAB Книги. ISBN 0-8306-1345-5.
  • Дон Ротоло, N2IRZ (июль 2015 г.). «Пакетные сети и TARPN». CQ Amateur Radio . 71 (7): 82–84. ISSN  0007-893X .

Внешние ссылки [ править ]

  • "Физический уровень пакетной радиосвязи" Полезные примечания, сделанные N1VG во время разработки узла OpenTracker TNC / APRS
  • Программное обеспечение пакетной радиосвязи
  • Быстрые пакетные системы
  • 44.0.0.0
  • AMRAD
  • TARPN