APRS - что это такое ?

Борис Баранов (RZ3TW), Анатолий Вилесов (DL8RCB, ex UA9CKF)

APRS (Automatic Position Reporting System) - это специальный вариант пакетной радиосвязи, протокол которого был зарегистрирован в 1992 году Бобом Брунинга (WB4APR). Сейчас им пользуются более 7000 радиолюбителей в мире. С помощью этого протокола информацию о местонахождении объекта или о любых его измеряемых физических параметрах можно при помощи технических устройств передать на большие расстояния. При помощи специального программного обеспечения информацию можно визуализировать и обрабатывать [1].

От обычного пакетного радио APRS отличается двумя принципиальным позициям. Во-первых, это отображение карт и других данных и, во-вторых, использование протокола, который обновляет данные в реальном масштабе времени.

Любой объект просто посылает информацию, а все приемные станции ее регистрируют. В пакетной связи основная масса пользователей использует соединение точка-точка, которые носят обычно эпизодический характер. Это не позволяет контролировать события в реальном времени, где срок жизни информации очень короток. Сегодня APRS является самой большой в мире системой реального масштаба времени, с помощью которой можно следить, как за любым специальным событием, так и за критическими ситуациями.

Где находится движущийся объект (самолёт, судно, шар, авто, мотоцикл, бегун, собака)? Где радиомагазин, выезд из города? Какая погода в различных точках страны, города? Где ураган? Где DX? Чтобы отвечать на эти вопросы и ещё на много другие, APRS передаёт в автоматическое режиме данные о месте положения объекта и значение его физических параметров. Информация может передаваться несколькими путями. Это может быть любительское радио, как на КВ, так и на УКВ, CB, морской диапазон, сотовый телефон, модемное и выделенное соединение с Интернет.

В состав элементов системы APRS входят:

Объекты:

- стационарные (радиолюбительские станции, не перемещаемые объекты - такие как вулкан, церковь, радиоклуб, место старта и т.д. и т.п.);

- мобильные (все виды движущихся объектов, координаты которых постоянно меняются - такие как автомобили, грузовики, поезда, воздушные шары, самолёты, ураганы и т.д. и т.п.);

- космические (международная космическая станция, радиолюбительские спутники и т.д. и т.п.).

Например: на Международной космический станции действует APRS станция с позывным RS0ISS [2].

Эти объекты могут обмениваться между собой короткими сообщениями(MESSAGE), формировать пакеты с информацией об их состоянии и выполнять тестовые команды в системе и отправлять сообщения на электронную почту.

-информационные (погодные станции (WX) – специальные автоматические или с ручным вводом информации о метеорологических условиях в данной точке [3], телеметрия состояния систем ISS и т.д. и т.п.).

-дигипитеры (Digipeater ) – элементы сети, предназначенные для приёма и последующей передачи копии пакета полученного от объектов с целью увеличения площади информационного контроля. Изменения производится только в области Digipeater Addresses (Адреса дигипитеров) пакета с целью ограничения числа скачков и трассировки пути перемещения пакета.

-гейты (GATE) – элементы сети, осуществляющие функцию передачу пакетов с одного диапазона на другой (УКВ - КВ, КВ - УКВ)

-интернет Гейты (IGATE) – элемент сети осуществляющие функцию передачу пакетов с радиодиапазона в сеть INTERNET и передачу электронной почты на почтовые сервера (Е-mail).

-сервер Интернет (INTERNET Server) – элемент сети, осуществляющий прием/передачу пакетов от IGATE, накопление пакетов, поиск и предоставление информации об объекте пользователям INTERNET в удобном виде и в различных ракурсах (например,[4]).

Особый интерес для радиолюбителей представляют наземные (GPS не обязателен) и мобильные объекты APRS . Чаще всего радиолюбительские APRS УКВ объекты базируются  на  GPS и трансиверах типа KENWOOD TМ-D700e и TH-d7e (носимая станция, применяются при пеших, велосипедных или мотоциклетных маршрутах). Также в качестве APRS объектов, как для мобильной, так и для стационарной работы используются КВ/УКВ трансиверы, соединённые с компьютером по управляющему интерфейсу и формирующим пакеты через звуковую карту, через TNC или специальными формирователями APRS пакетов на базе микроконтроллеров.

APRS пакет состоит из девяти полей данных:

AX.25 UI-FRAME FORMAT

В этой таблице:

Flag — поле флага отделяет начало и конец каждого пакета.

Destination Address( адрес получателя) — это поле может состоять из APRS позывного или APRS данных. Позывной состоит из 6 знаков плюс SSID.

Source Address(адрес отправителя) — это поле состоит из APRS позывного или плюс SSID.Если SSID не нулевой, он может специфицировать APRS отображаемый код.

Digipeater Addresses(адреса дигипитеров) — это поле может включать от 0 до 8 позывных дигипитеров и вариантов повтора и модификации поля (RELAY, WIDE n-n, TRACE n-n) .

Control Field — это поле установлено 0x03 (UI-frame).

Protocol ID — это поле установлено 0xf0 (no layer 3 protocol).

Information Field — это поле содержит основные данные. Первый знак определяет тип данных содержащихся в поле.

Frame Check Sequence(контрольная сумма пакета) — FCS состоит из 16 бит используемого для контроля при приёме пакета.

Не ставя перед собой задачу, приводить описание протокола APRS вер.1.0.1 желающие могут ознакомиться с ним по адресу http://www.qslnet.de/member/rz3tw/arh/aprs101.zip.

Отмечу, что в поле данных большинства пакетов (признак - знак «=») содержится координаты в системе World Geodetic System (WGS) 1984. Координаты – это комбинация широты (latitude) и долготы (longitude), разделённые символом типа таблицы идентификационных символов (Symbol Table Identifier) и соответствующим Кодом Символа (Symbol Code), который определяет графическое обозначение объекта, передаваемые физические параметры и процедуру обработки.

Например: 4903.50N/07201.75W>

Знак «/» между широтой и долготой - это тип таблицы идентификационных символов (Symbol Table Identifier) Знак «/» - это признак основной таблицы (Primary Symbol Table), применяемой для отображения мобильных объектов. Знак «\» - это признак альтернативной таблицы (Alternative Symbol Table), применяемой для стационарных объектов.

Код Символа «>» - автомобиль.

Далее в поле информации следуют значение параметров характеризирующих состояние объекта. Для описания погоды (WX) - это температура, влажность, давление, количество выпавших осадков в час и другие. Для космических объектов, например, - это напряжение бортовой сети, напряжение солнечных батарей, мощность передачи выходного каскада и многие другие параметры.

Основная таблицы графических символов .

Альтернативная таблицы графических символов .

Дополнительную информацию о функциональном назначении и возможностях станции можно дополнительно узнать по идентификационному знаку станции (SSID). Этот знак ставится после позывного и отделяется от него “-“ (тире).

В качестве программного обеспечения используют программы Ui-view 16 или 32 под Windows, а также программы APRS, работающих под DOS. В настоящий момент разработано множество дополнительных программных модулей, которые обрабатывают и отображают в графическом виде значение параметров, например: актуальные погодные условия.

Применяемые виды модуляции - FSK и BPSK. Последняя особо эффективна при передачи пакетов от удалённых объектов в условиях сильных помех, хотя и при меньшей скорости. Важным элементом системы являются электронные географические карты в системе Меркатора. Они представляют собой графические файлы карт в форматах BMP, JPG, GIF и информационные файлы привязки координат.

Передача информации осуществляется в режиме Simplex на частотах принятых протоколом APRS IARU конференции в Лилехаммере в 1999 г.

APRS частоты:

Работа ведётся на LSB, а на частотах, отмеченных "*", - на USB. Не создавайте помехи для частоты 14103 кГц, пожалуйста! это частота для DX. Надо отметить, что региональными организациями приняты свои частоты на УКВ, но это не мешает контролю за объектами APRS, т.к. наличие Интернет серверов в системе позволяет осуществить хранение информации и предоставление её в унифицированном виде и едином информационном пространстве.

В 2005 году мне посчастливилось познакомиться с Рольфом (DL0IMA). Им разработан проект поддержки связи с яхтами и судами, не имеющими дорогостоящего оборудования, но имеющих трафики APRS на коротких волна [5].

В настоящий момент на территории России APRS находится в зачаточном состоянии. Наиболее вероятным является создание её на КВ диапазоне, т.к. среди российских радиолюбителей есть высококвалифицированные специалисты имеющие опыт в развёртывании и эксплуатации радиопередающего оборудования и пакетных сетей, широко распространены цифровые виды связи с применением компьютеров, КВ применяется для обеспечения безопасности экстремальных путешествий.

По-моему, APRS дигипитеры на КВ для России можно приравнять к УКВ дигипитерам для Европы. Там норма их установки один на 50 км. Для нас на КВ эта цифра может быть увеличена в 10-20 раз и составлять 500-1000 км а в некоторых точках до 2,5…3 тыс. км.

КВ комитету СРР совместно с группой по цифровым видам связи надо выработать свои рекомендации по структуре такой сети и наметить пути их реализации с выделением необходимого финансирования для создания её некоторых элементов и покрытия текущих затрат. Время от времени я с удовольствием принимаю участие в сопровождении экстремальных путешествий с участием и без участия радиолюбителей, поэтому на основе опыта и потребности позволю себе высказать предложения по такой структуре.

1. Цели и критерии.

а. Максимальное покрытие территории России и сопредельных государств. Сюда должны быть включены арктические широты (до полюса) , Монголия, Китай, Памир, по возможности Тибет.

б. Совместимость с мировой системой и наличие узлов сопряжения с ней.

в. Общедоступность данных через общедоступные информационные системы.

г. Накопление и обработка оперативной и статистической информации.

д. Наличие описания и документация на систему и её отдельные элементы.

е. Выработанные рекомендации по используемому оборудованию и программному обеспечению, их установкам и настройкам.

2. Элементы системы.

а. Конечный абонент, это все виды мобильных и стационарных объектов.

б. Дигипитеры.

в. Удалённые дигипитеры без доступа в Инетернет, работающие в режиме RELAY(пересылки, трансляции) для удалённых районов приближенных к малонаселённым районам с повтором сообщений в том же канале для дигипитеров вышестоящих уровней и конечным абонентам от конечных абонентов.

г. Удалённые дигипитеры, без доступа в Интернет, работающие в режиме WIDE TRACE, приближенные к удалённым районам предназначенные для ретрансляции APRS сообщений от дигипитеров первого уровня и конечных абонентов на другие дигипиторы своего уровня и узловые и от них связанный с ними по надёжному высокоскоростному каналу.

д. Узловой дигипитер имеющий доступ в Интернет и передающий информацию от нижестоящих дигипитеров КВ/УКВ и к ним и в APRS сервера Интернет.

е. Сервер, получающий , отправляющий  и накапливающий APRS пакеты и сообщения в ИНТЕРНЕТ от узловых дигипитеров и Интернет серверов, как российских, так и мировой системы APRS.

ё. Главный APRS сервер России. Все APRS сообщения собранные на территории России передаются на главный сервер в котором они собираются в базу, хранятся и через WEB интерфейс предоставляются всем через ИНТЕРНЕТ по предварительно обработанным запросам.

Такая структура APRS на КВ России позволит осуществить контроль за стационарными и мобильными объектами на территории страны и сопредельных государствах и стать полноценным фрагментом мировой системы.

В настоящий момент в России энтузиастами APRS RD3BC, UA6JAJ, UA9AGR, UA1ATI UA9LT и многими другими проделана большая работа по переводу документации на ПО, исследованы возможности использования её элементов на территории России, проведены эксперименты по реальному использованию APRS в сопровождении мобильных объектов в различных конфигурациях системы и на различных дистанциях, ведётся активная просветительская работа среди радиолюбителей.

Развитие APRS приведёт к тому, что обязательной характеристикой любого трансивера будет сопряжение с GPS и наличие в его параметрах позывного и собственных географических координат. При проведении QSO трансиверы будут автоматически обмениваться APRS информацией и на их экранах или на мониторах компьютеров корреспондентов появится фрагмент карты мира с его позывным, типом, дополнительной информацией, дальностью и QTH локатором, а при необходимости можно будет превратить его в автоматический APRS КВ/УКВ терминал в мобильном и стационарном варианте.

Литература

1. http://www.ui-view.org/

2. http://spaceflight.nasa.gov/station/

3. http://www.qslnet.de/member/rz3tw/wx2300/WX_ui.htm

4. http://www.db0anf.de

5. http://www.intermar-ev.de/

6.http://www.qslnet.de/member/rz3tw/arh/aprs101.zip

7.http://forum.qrz.ru/forum27.html

8.http://www.qslnet.de/member/rz3tw/

9.http://www.hamradio.cmw.ru/pr/aprs/aprs.htm