Твит без картинок про APRS – радиолюбительскую сеть небыстрой передачи данных

Если полистать эти ваши интернеты, то нетрудно найти википедийные статьи о том, что такое APRS. Это неинтересно, но все же несколько тезисов повторим и здесь, чтобы в будущем к ним не возвращаться.

APRS расшифровывается как Automatic Packet Reporting System (есть и другие мнения на этот счет), а придумал это все Bob Bruninga – радиолюбитель с позывным WB4APR (ныне SK).

APRS – это пакетная сеть, в которой не происходит соединение узлов. Пакеты по сути широковещаются, несмотря на зачаточную маршрутизацию и даже если у пакета есть конкретный адресат.

APRS использует протокол сетевого уровня AX.25 и, упрощенно говоря, является частным случаем любительской пакетной связи вообще.

APRS-IS – это интернет-сегмент (в оригинале: Automatic Packet Reporting System-Internet Service) сети. Я умышленно использую слово «сегмент», потому что сети на разных диапазонах частот и сеть в интернете могут быть связными, а могут и не быть. Но оригинальное определение «сервис» тоже хорошо отражает функцию этой части сети.

Что такое APRS на самом деле и что в ней полезного для среднестатистического радиолюбителя? Представьте, что вы едете в автомобиле. Особенно хорошо представить, что вы за рулем, поэтому у вас не так много свободного внимания на отвлечение на что-либо. И вот вы подъезжаете к какому-то городу, в котором, возможно, никогда не были. Как вы можете узнать о том, чем там занимаются местные радиолюбители? Есть ли у них УКВ-ретранслятор, может быть какие-то точки интереса, может быть какие-то отдельные радиолюбители? Местные, конечно, об этом знают так же, как вы знаете про свой регион, но вы просто проедете мимо, скорее всего никого не услышав, а никто из местных не узнает, что вы там были, и вас можно было позвать. Представили? А теперь представьте, что на экране вашей радиостанции автоматически, без вашего участия, появился список местных ретрансляторов, местных радиолюбителей и тому подобное, а у местных радиолюбителей на экранах их радиостанций появились вы. И, что особенно важно для водителя (мы все еще представляем себя за рулем, помните?), вы можете настроиться на местный ретранслятор просто нажатием одной кнопки на радиостанции, не вникая в то, какие там частоты, CTCSS/DCS и так далее, не отвлекаясь от вождения. Вот это – одна из граней APRS.

А еще APRS – это способ обмена сообщениями. Сообщения бывают двух типов – бюллетени (для всех) и для конкретного адресата. Понятно, что можно написать сообщение в этом вашем %messenger_name%, но если вы радиолюбитель, то это неинтересно – интересно использовать любительское радио даже там, где это не совсем уж обязательно.

А еще APRS – это передача данных о погоде и всякой радиолюбительской телеметрии. Погода – это отдельная тема с метеостанциями, а пример телеметрии я приведу лично свой. У меня два ретранслятора, на каждом установлены датчики температуры станции-приемника и станции-передатчика, плюс еще один датчик температура на станции APRS. Благодаря этому я, где бы не находился, вижу, нет ли проблем с перегревом и не нужно ли ретранслятор временно отключить. Оказалось, что самодельная система охлаждения справляется надежно.

Разумеется, есть и тревожные точки, предупреждения об опасности, просьбы о помощи и тому подобное аварийно-спасательное применение APRS, но мы будем надеяться, что нам оно не понадобится, а потому сосредоточимся на каждодневном.

Как ваша радиостанция узнала о том, что происходит в эфире рядом с ней? Кто-то добровольно передает информацию о себе так, чтобы это могли принять все, включая и вас. Например, оператор УКВ-ретранслятора анонсирует свой ретранслятор. Или отдельный радиолюбитель анонсирует себя лично. Любой, кто принимает такую информацию, может настроиться и проводить связь. Разумеется, если кто-то не анонсирует свои радиолюбительские объекты в APRS, то о них никто не узнает. Секретность и все такое – понимаем (нет). Не анонсируют чаще всего потому, что вообще не знают про APRS, в лучшем случае слышали, что такое бывает, но «нам такого не надо». В радиолюбительски развитых регионах мира ситуация обратная – APRS там загружен полезной информацией, анонсируется почти все за несущественными исключениями ко всеобщему удовольствию.

Как это работает, упрощенно

Сеть состоит из пользователей и, опционально, инфраструктуры. Пакет, переданный любым пользователем, принимают все, кто технически слышит. Инфраструктура – это ретрансляторы, так называемые digipeaters, которые принимают пакет и передают его дальше. Digi умеют в маршрутизацию и могут как подхватывать пакеты, так и игнорировать – в зависимости от заголовка. Благодаря digi достигаются большие площади радиопокрытия на УКВ и уверенная связь между теми пользователями, которые иначе бы не услышали друг друга. Особенно цинично то, что допускается несколько хопов – пакет может идти по цепочке из нескольких digi, а максимальное количество хопов и направление (или отсутствие направления) пакетов задает сам пользователь, пакет отправляющий. Сразу ремарка, что digi дропают пакеты с практически излишним, пусть формально и допустимым количеством хопов, так что похулиганить и зафлудить сеть неадекватным количеством хопов едва ли получится. Еще один инфраструктурный объект, технически обычно совмещенный с digi – igate. Функция igate – транслировать пакеты из радиосети в APRS-IS и наоборот, что позволяет осуществлять в принципе любой дальности обмен пакетов. А еще в этих ваших интернетах есть агрегаторы APRS-IS трафика, которые в наглядном виде на карте выводят данные об известных объектах, а движущиеся в реальности еще и движутся на карте. Занятно и в общем-то неплохо для привлечения новичков в APRS-секту, но не слишком полезно для познавших APRS-дзен гуру.

Пакет, как и положено, состоит из заголовка и полезной нагрузки. В заголовке виден отправитель и пожелания по маршрутизации. Инфраструктура изменяет заголовки, например digi закрывает выполненный хоп, чтобы следующий digi не ретранслировал этот пакет. Пожелания по маршрутизации бывают ненаправленные, с запросом на количество хопов (на практике все, что больше трех, digi дропают, хотя теоретически таких ограничений нет) или направленные, в том числе с указанием конкретных digi, которые должны ретранслировать пакет. Обычный пользователь APRS, например пешеход или автомобилист, обычно запрашивает ненаправленную маршрутизацию и один-два хопа для того, чтобы где бы он не находился, его пакет был принят в работу и разослан на разумное расстояние во все стороны. Стационарный пользователь может хотеть чего-то особенного и, зная местность, заказывать особый путь пакета. Станция-получатель пакета – а получатели все, мы же работаем без соединения, преобразует полезную нагрузку в человекочитаемую форму и показывает на экране терминала, ну если в настройках не был установлен фильтр, из-за которого часть принятых пакетов не будет показана. Если вы что-то слышали про пакетную связь, то ничего нового и поражающего воображение для вас в этом не будет.

Где в эфире идет обмен пакетами? Чаще всего для APRS используют любительский диапазон 2 метра, вид модуляции AFSK 1k2. Точный ответ будет зависеть от региона. Европа и Африка, а также Ближний Восток, используют частоту 144800. США и Канада используют 144390. В Южной Америке, Австралии и странах Азии свои частоты. Практически всегда, когда говорят про APRS, имеют в виду именно двухметровый диапазон и 1k2 AFSK. Еще используют диапазон 70см, там чаще работают 9k6 GMSK, используют короткие волны – куда же без них, но там мало места (ширины спектра), а дальность континентальная, поэтому особо там не развернешься и местный трафик туда не попадает, в основном там лишь редкий обмен между теми станциями, что могут работать напрямую, пусть инфраструктура там тоже есть. Еще есть спутниковый APRS – в качестве инфраструктуры используются, кто бы мог подумать, радиолюбительские спутники. Но для этого нужно антенны иметь, да и поворотное устройство для этих антенна не помешает – нет, пока вернемся к «двойке».

Как послушать самому?

Давно вопрос. Нам потребуется профессиональная радиостанция с дальностью связи 10000 километров, марка Фуфлофенг, модель любая. Motorola, Kenwood, вот это вот все – тоже подойдет, разве что работает лучше, очень сильно лучше. Если вы продвинуты, вам придется спаять кабель, самому. Если вы не уверены в своих силах, то для попробовать получится и без кабеля, но пользоваться полноценно не выйдет. Устройство кабеля таково. Вам нужны блокировочные конденсаторы для развязки по постоянному току. Просто соединяете выход на наушники с микрофонным входом через конденсатор и все – выход телефона на вход радиостанции, а выход радиостанции на вход телефона. Я использую неполярную керамику на пол микрофарада, можно больше, наверное можно и меньше – никогда не давал себе труд смоделировать эти конденсаторы как HPF и оценить их влияние на АЧХ кабеля. Еще я использую резистивный делитель для некоторого ослабления выхода наушников перед подачей на микрофонный вход – это совершенно необязательно, потому что у вас есть регулировка громкости, а единственное назначение делителя – сместить регулировку громкости ближе к средним значениям, где это получается плавне, чем в начале. Не заморачивайтесь. Да, важно, не забудьте резистор между входом микрофона телефона и землей, нужно 1k или больше, я обычно использую что-то в районе 2k – это для того, чтобы телефон опознал ваш кабель как гарнитуру. Настройте вашу замечательную радиостанцию на частоту APRS вашего региона. Пока не включайте кабель, потому что он отключит динамик – убедитесь, что обмен пакетами идет, вы услышите короткие характерные жужжалки. Может оказаться, что у вас пакеты идут раз в несколько минут, а то и раз в полчаса, поэтому будьте терпеливы. А кое-где пакеты идут почти непрерывно. Если есть, то подключайте телефон кабелем. На телефон установите программу-терминал. Мне нравится APRSdroid, но можно поискать и другие варианты – для попробовать вообще какая разница? Кстати, кто в теме – пишите в комментариях, что вам нравится из такого софта. Собственно, это все. Повозившись с настройками программы – вам нужно, чтобы программа принимала AFSK и программно декодировала его, вы начнете видеть на вашем терминале станции вокруг. Повторюсь, если APRS активность в вашем регионе низка, то не ждите, что новые строки на терминале будут появляться как зеленые буквы на экранах телевизоров в кинофильмах про хакеров. Если вы так и не осилили спаять кабель, то так и быть – просто прислоните микрофон телефона к динамику радиостанции, лучше положите рядом во избежание всякого шуршания от трения одного об другое. Конечно, так результативность декодирования пакетов будет невысокой, но все равно ненулевой.

Как передавать? У вас есть действительная радиолюбительская лицензия? Если нет – вы в пролете, сначала получите лицензию, благо в подавляющем большинстве стран это несложно и, хотя вас будет ждать технический экзамен на вашу готовность стать радиолюбителем, для лицензии начального уровня это скорее формальность. Если есть лицензия, то просто настройте свою программу-терминал. Важно: следите за уровнями на передачу. Если у вас есть возможность измерить девиацию, то установите 3kHz. Если нет, то дело плохо, но вы можете попробовать такой ненаучный способ: попищите встроенным в станцию DTMF, а потом добейтесь на слух такой же громкости пакетов. Это, повторюсь, плохо, но сильно лучше, чем ничего. При перемодуляции у вас будет треш, угар и содомия в вашем сигнале – декодировать его успешно будет довольно проблематично. При слабой модуляции у вас снизится SNR, что тоже не очень, но все же менее плохо. В общем, если нечем настроить и вы тыкаетесь на слух, то лучше чуть меньше, чем чуть больше – процент декодирования ваших сигналов будет выше, чем если вы сделаете чуть больше.

Здесь должна была быть ссылка на мой телеграм-канал, но у меня его нет. Вместо этого оставлю ссылки на официальный сайт APRS, на популярный агрегатор APRS-IS и, для самых продвинутых, на библию APRS. Вместе с тем, конструктивные запросы на развитие темы в комментариях, как способ обратной связи, приветствуются.