Skip to content
aprs.helpWiedza i zasoby APRS

Warstwy protokołu APRS

APRS określa sposób zapisu i interpretacji informacji wymienianych przez stacje, ale nie definiuje całego toru transmisyjnego. W typowej sieci radiowej wykorzystuje ramki AX.25, modem i radiotelefon. W Internecie informacje APRS są przesyłane w postaci tekstowej przez APRS-IS, z wykorzystaniem TCP/IP.

Poniższe schematy przedstawiają praktyczny podział funkcji, a nie formalne odwzorowanie modelu OSI. Poszczególne funkcje mogą być realizowane przez oddzielne urządzenia albo zintegrowane w jednym radiotelefonie czy programie komputerowym.

Transmisja radiowa

Podział funkcjonalny transmisji APRS przez radio

W klasycznej transmisji VHF informacje przygotowane przez aplikację są umieszczane w ramce AX.25. Modem przekształca dane cyfrowe w sygnał odpowiedni dla toru radiowego, a radiotelefon nadaje go na wybranej częstotliwości.

Aplikacja użytkownika

Aplikacja tworzy informacje przeznaczone do wysłania lub interpretuje dane odebrane od innych stacji. Może obsługiwać raporty pozycji, wiadomości, obiekty, telemetrię i informacje pogodowe. Może działać jako osobny program, ale również jako funkcja radiotelefonu lub trackera.

Dane APRS

APRS definiuje formaty informacji i zasady ich interpretacji. Określa między innymi, jak zapisać raport pozycji, wiadomość czy dane telemetryczne oraz jak rozpoznać rodzaj informacji.

W typowej ramce APRS zasadnicze dane znajdują się w polu Information ramki AX.25. Nie oznacza to jednak, że pozostałe pola nie mają znaczenia dla APRS. Protokół wykorzystuje także określone elementy adresowania AX.25, a format Mic-E koduje część informacji w polu adresu docelowego.

APRS i AX.25 pełnią więc różne, lecz współpracujące funkcje: AX.25 określa strukturę ramki radiowej, natomiast APRS definiuje sposób zapisu i interpretacji przenoszonych informacji oraz wykorzystania wybranych pól tej ramki.

AX.25

AX.25 jest protokołem warstwy łącza danych stosowanym w packet radio. Definiuje ramkę zawierającą między innymi adresy źródłowy i docelowy, opcjonalną listę adresów digipeaterów, pole sterujące, identyfikator protokołu PID, pole Information i sumę kontrolną FCS.

Typowy ruch APRS wykorzystuje ramki UI (Unnumbered Information), które nie wymagają wcześniejszego zestawienia połączenia AX.25. Dzięki temu jedna transmisja może zostać odebrana przez wiele stacji znajdujących się w zasięgu. Samo nadanie ramki UI nie zapewnia jednak potwierdzenia jej odbioru. Ewentualne potwierdzenia wiadomości APRS są odrębnym mechanizmem.

Modem i modulacja

Modem zamienia dane cyfrowe na sygnał odpowiedni dla toru nadawczo-odbiorczego, a podczas odbioru wykonuje operację odwrotną. W klasycznym APRS na VHF powszechnie stosuje się AFSK 1200, oparte na Bell 202, z szybkością transmisji 1200 bit/s i tonami audio 1200 oraz 2200 Hz.

Modem może być samodzielnym urządzeniem, częścią TNC, układem wbudowanym w radiotelefon albo programem wykorzystującym kartę dźwiękową. AFSK jest jednym ze sposobów przesyłania ramek, a nie formatem danych APRS.

Radio i kanał RF

Radiotelefon nadaje i odbiera sygnał radiowy. Kanał RF jest wspólnym medium, z którego korzystają stacje pracujące na danej częstotliwości. Na skuteczność transmisji wpływają między innymi anteny, moc nadawcza, propagacja, zakłócenia i obciążenie kanału.

W europejskich sieciach APRS na VHF powszechnie używana jest częstotliwość 144,800 MHz, ale ani ta częstotliwość, ani AFSK 1200 nie stanowią definicji samego APRS. Informacje APRS mogą być przesyłane także innymi metodami i na innych pasmach.

Jak warstwy współpracują: przykład pakietu

W logach i aplikacjach pakiet APRS często jest przedstawiany w czytelnej postaci tekstowej:

SQ9MDD-7>APRS,WIDE1-1:!5012.34N/01956.78E>

W tym zapisie:

Element Znaczenie
SQ9MDD-7 Adres źródłowy AX.25.
APRS Adres docelowy AX.25, tutaj użyty zgodnie z konwencją APRS, a nie jako adres konkretnego odbiorcy.
WIDE1-1 Element ścieżki digipeaterów zapisanej w polach adresowych AX.25.
: Separator nagłówka i pola informacji w reprezentacji tekstowej.
!5012.34N/01956.78E> Zawartość pola Information, tutaj nieskompresowany raport pozycji APRS. Znak ! jest identyfikatorem typu danych, a końcowy > oznacza symbol stacji.

Przykład pokazuje, dlaczego nie należy utożsamiać całego widocznego zapisu z samym polem danych APRS. Nagłówek wykorzystuje pola AX.25, którym APRS może nadawać dodatkowe znaczenie, natomiast pole Information zawiera dane zapisane w formacie APRS.

Zapis tekstowy nie jest dosłowną kopią ramki transmitowanej przez radio. Rzeczywista ramka AX.25 zawiera również binarnie zakodowane pola, których nie widać w powyższej postaci, w tym pole sterujące, PID i FCS. Separator : należy do reprezentacji tekstowej, a nie do struktury ramki radiowej.

Szczegółową budowę ramki omawia artykuł „Anatomia pakietu APRS”.

Transmisja przez Internet

Podział funkcjonalny transmisji APRS przez Internet

Po stronie internetowej aplikacja nadal tworzy lub odczytuje informacje APRS, ale do ich przesyłania nie potrzebuje radiowego modemu ani ramki AX.25 w postaci transmitowanej na RF. Klient komunikuje się z serwerami APRS-IS za pośrednictwem połączenia TCP/IP.

APRS-IS wykorzystuje tekstową reprezentację pakietów, obejmującą nagłówek i pole informacji. Serwery APRS-IS odbierają pakiety i rozprowadzają je do odpowiednich połączonych klientów zgodnie z zasadami działania sieci, między innymi zastosowanymi filtrami.

APRS-IS nie jest internetowym tunelem przenoszącym surowe ramki AX.25. Pozwala natomiast dystrybuować informacje APRS za pomocą innego mechanizmu transmisji. Serwery APRS-IS są elementami infrastruktury, a nie odrębną warstwą modelu OSI.

IGate: połączenie obu środowisk

IGate łączy sieć radiową z APRS-IS. Po odebraniu pakietu z RF może przekazać go do sieci internetowej w odpowiedniej reprezentacji tekstowej. Przy takim przekazaniu mogą zostać dodane informacje właściwe dla APRS-IS, na przykład q-construct. Nie oznacza to, że były one częścią oryginalnej ramki nadanej przez stację radiową.

Ruch w przeciwnym kierunku podlega odrębnym regułom. IGate nie powinien traktować dowolnego pakietu otrzymanego z APRS-IS jako ramki gotowej do bezpośredniego nadania na RF. Szczegółowe zasady przekazywania pakietów, w tym użycie formatu third-party traffic, należą do opisu działania IGate.

Dzięki temu rozróżnieniu łatwiej zrozumieć, dlaczego pakiet widoczny w APRS-IS może zawierać dodatkowe elementy, których nie było w jego transmisji radiowej.

Podsumowanie

Element Główna funkcja
Aplikacja Tworzenie, odbieranie i prezentacja informacji.
APRS Format i interpretacja informacji, również z wykorzystaniem wybranych pól adresowych.
AX.25 Struktura ramki radiowej, adresowanie, ścieżka i kontrola błędów.
Modem Zamiana danych cyfrowych na sygnał używany w danym sposobie transmisji i odwrotnie.
Radio i kanał RF Fizyczne przesłanie sygnału pomiędzy stacjami.
APRS-IS Internetowa wymiana i dystrybucja pakietów w reprezentacji tekstowej.
TCP/IP Transport danych pomiędzy klientami i serwerami APRS-IS.
IGate Kontrolowane przekazywanie pakietów między siecią radiową a APRS-IS.

Najważniejsze rozróżnienie dotyczy znaczenia informacji i sposobu ich przenoszenia. APRS określa, co oznaczają dane, korzystając przy tym z określonych mechanizmów AX.25. Na drodze radiowej informacje są przenoszone w ramkach AX.25, natomiast w APRS-IS są dystrybuowane w reprezentacji tekstowej przez TCP/IP.

Źródła