Automatisches Paketberichtssystem - Automatic Packet Reporting System

APRS-Bake-Sender mit GPS-Empfänger.

Automatic Packet Reporting System ( APRS ) ist ein auf Amateurfunk basierendes System für die digitale Echtzeitkommunikation von Informationen von unmittelbarem Wert im lokalen Bereich. Die Daten können Objektkoordinaten des Global Positioning System (GPS), Wetterstationstelemetrie , Textnachrichten, Ankündigungen, Abfragen und andere Telemetrie umfassen . APRS-Daten können auf einer Karte angezeigt werden, die Stationen, Objekte, Spuren von sich bewegenden Objekten, Wetterstationen, Such- und Rettungsdaten sowie Peildaten anzeigen kann.

APRS-Daten werden typischerweise auf einer einzigen gemeinsamen Frequenz (je nach Land) übertragen, um lokal von Gebietsrelaisstationen (Digipeatern) für den weit verbreiteten lokalen Verbrauch wiederholt zu werden. Darüber hinaus werden alle diese Daten in der Regel über einen mit dem Internet verbundenen Empfänger (IGate) in das APRS-Internetsystem (APRS-IS) aufgenommen und weltweit für einen allgegenwärtigen und sofortigen Zugriff verteilt. Über Funk oder Internet geteilte Daten werden von allen Benutzern gesammelt und können mit externen Kartendaten kombiniert werden, um eine gemeinsame Live-Ansicht zu erstellen.

APRS wurde seit den späten 1980er Jahren von Bob Bruninga, Rufzeichen WB4APR, entwickelt, derzeit leitender Forschungsingenieur an der United States Naval Academy . Er unterhält immer noch die Haupt-APRS-Website. Der Initialismus "APRS" wurde von seinem Rufzeichen abgeleitet.

Geschichte

Bob Bruninga, ein leitender Forschungsingenieur an der United States Naval Academy, implementierte 1982 den frühesten Vorfahren von APRS auf einem Apple II- Computer. Diese frühe Version wurde verwendet, um hochfrequente Positionsberichte der Navy zu kartieren . Der erste Einsatz von APRS erfolgte 1984, als Bruninga eine fortschrittlichere Version auf einem Commodore VIC-20 entwickelte, um die Position und den Status von Pferden in einem 100 Meilen (160 km) langen Dauerlauf zu melden.

In den nächsten zwei Jahren entwickelte Bruninga das System weiter, das er dann Connectionless Emergency Traffic System (CETS) nannte. Nach einer Reihe von Übungen der Federal Emergency Management Agency (FEMA) mit CETS wurde das System auf den IBM Personal Computer portiert . In den frühen 1990er Jahren entwickelte sich CETS (damals bekannt als Automatic Position Reporting System) weiter zu seiner heutigen Form.

Als die GPS-Technologie weiter verbreitet wurde, wurde "Position" durch "Packet" ersetzt, um die allgemeineren Fähigkeiten des Systems besser zu beschreiben und seine Verwendungen über die bloße Positionsmeldung hinaus hervorzuheben.

Bruninga hat auch erklärt, dass APRS nicht als Fahrzeugpositionsverfolgungssystem gedacht war und eher als „Automatisches Anwesenheitsmeldesystem“ interpretiert werden kann.

Netzwerkübersicht

APRS (Automatic Packet Reporting System) ist ein digitales Kommunikationsprotokoll zum Austausch von Informationen zwischen einer großen Anzahl von Stationen, die einen großen (lokalen) Bereich abdecken, oft als " IP- ers" bezeichnet. Als Mehrbenutzer-Datennetz unterscheidet es sich deutlich vom herkömmlichen Paketfunk . Anstatt verbundene Datenströme zu verwenden, bei denen sich Stationen miteinander verbinden und Pakete bestätigt und bei Verlust erneut übertragen werden, arbeitet APRS vollständig auf eine nicht verbundene Broadcast-Art und verwendet nicht nummerierte AX.25- Frames.

APRS-Pakete werden übertragen, damit alle anderen Stationen sie hören und verwenden können. Packet - Repeatern , genannt Digipeatern, bilden das Rückgrat des APRS - System und die Nutzung Store and Forward Technologie retransmit Pakete. Alle Stationen arbeiten auf demselben Funkkanal, und Pakete bewegen sich durch das Netzwerk von Digipeater zu Digipeater und breiten sich von ihrem Ausgangspunkt nach außen aus. Alle Stationen in Funkreichweite jedes Digipeaters empfangen das Paket. An jedem Digipeater wird der Paketpfad geändert. Das Paket wird nur durch eine bestimmte Anzahl von Digipeatern – oder Hops – wiederholt, abhängig von der wichtigen "PATH"-Einstellung.

Digipeater verfolgen die von ihnen weitergeleiteten Pakete für einen bestimmten Zeitraum und verhindern so, dass doppelte Pakete erneut übertragen werden. Dadurch wird verhindert, dass Pakete in Endlosschleifen innerhalb des Ad-hoc-Netzwerks zirkulieren. Schließlich werden die meisten Pakete von einem APRS-Internet-Gateway gehört, das als IGate bezeichnet wird, und die Pakete werden an den Internet-APRS-Backbone weitergeleitet (wo doppelte Pakete, die von anderen IGates gehört werden, verworfen werden) zur Anzeige oder Analyse durch andere Benutzer, die mit einem APRS verbunden sind. IS-Server oder auf einer dafür vorgesehenen Website.

Obwohl es den Anschein hat, dass die Verwendung nicht verbundener und nicht nummerierter Pakete ohne Bestätigung und erneute Übertragung auf einem gemeinsam genutzten und manchmal überlasteten Kanal zu einer schlechten Zuverlässigkeit aufgrund eines Paketverlusts führen würde, ist dies nicht der Fall, da die Pakete an alle übertragen werden (Broadcast) und mit jedem Digipeater um ein Vielfaches multipliziert. Dies bedeutet, dass alle Digipeater und Stationen in Reichweite eine Kopie erhalten und diese dann an alle anderen Digipeater und Stationen in ihrer Reichweite senden. Das Endergebnis ist, dass Pakete mehr multipliziert als verloren gehen. Daher können Pakete manchmal in einiger Entfernung von der Ursprungsstation gehört werden. Pakete können je nach Höhe und Reichweite der Digipeater in der Umgebung Dutzende oder sogar Hunderte von Kilometern digital wiederholt werden.

Wenn ein Paket übertragen wird, wird es beim Ausstrahlen viele Male dupliziert, wobei alle verfügbaren Pfade gleichzeitig genommen werden, bis die Anzahl von "Sprungs", die durch die Pfadeinstellung zulässig ist, verbraucht ist.

Positionen/Objekte/Items

Screenshot einer APRS-Anzeige in XASTIR, einem APRS-Softwaresystem für Linux/Unix. Stationspositionen, Objekte und Gegenstände werden auf einer Karte angezeigt, die die Landkreise um New York City überlagert. Unten rechts im Terminalfenster werden APRS-Rohnachrichten angezeigt.

APRS enthält eine Reihe von Pakettypen, einschließlich Position/Objekt/Element, Status, Nachrichten, Abfragen, Wetterberichte und Telemetrie. Die Positions-/Objekt-/Elementpakete enthalten den Breiten- und Längengrad sowie ein auf der Karte anzuzeigendes Symbol und haben viele optionale Felder für Höhe, Kurs, Geschwindigkeit, Strahlungsleistung , Antennenhöhe über dem durchschnittlichen Gelände , Antennengewinn und Sprachbedienung Frequenz. Positionen von Feststationen werden in der APRS-Software konfiguriert. Bewegte Stationen (tragbar oder mobil) leiten ihre Positionsinformationen automatisch von einem GPS-Empfänger ab, der an das APRS-Gerät angeschlossen ist.

Die Kartenanzeige verwendet diese Felder, um die Kommunikationsreichweite aller Teilnehmer anzuzeigen und die Kontaktaufnahme mit Benutzern sowohl in Routine- als auch in Notfallsituationen zu erleichtern . Jedes Positions-/Objekt-/Objektpaket kann eines von mehreren hundert verschiedenen Symbolen verwenden. Position/Objekte/Elemente können auch Wetterinformationen enthalten oder eine beliebige Anzahl von Dutzenden von standardisierten Wettersymbolen sein. Jedes Symbol auf einer APRS-Karte kann viele Attribute anzeigen, die entweder nach Farbe oder einer anderen Technik unterschieden werden. Diese Attribute sind:

  • Umzug oder Fix
  • Abgesagt oder alt
  • Nachrichtenfähig oder nicht
  • Station, Objekt oder Gegenstand
  • Eigenes Objekt oder anderes Stationsobjekt/Gegenstand
  • Notfall, Priorität oder Spezial

Status/Meldungen

Das Statuspaket ist ein Freifeldformat, das es jeder Station ermöglicht, ihre aktuelle Mission oder Anwendung oder Kontaktinformationen oder andere Informationen oder Daten von unmittelbarem Nutzen für umliegende Aktivitäten bekannt zu geben. Das Nachrichtenpaket kann für Punkt-zu-Punkt-Nachrichten, Bulletins, Ankündigungen oder sogar E-Mails verwendet werden. Bulletins und Ankündigungen werden speziell behandelt und auf einem einzigen "Community-Bulletin-Board" angezeigt. Dieses Community-Bulletin Board hat eine feste Größe und alle Bulletins von allen Postern werden auf dieses Display sortiert. Diese Anzeige soll für alle Betrachter einheitlich und identisch sein, damit alle Teilnehmer gleichzeitig dieselben Informationen sehen. Da Zeilen auf dem Display sortiert sind, können einzelne Poster jederzeit einzelne Zeilen ihrer Bulletins bearbeiten, aktualisieren oder löschen, um das Schwarze Brett für alle Betrachter aktuell zu halten.

Alle APRS-Nachrichten werden den Online-Empfängern live in Echtzeit zugestellt. Nachrichten werden nicht gespeichert und weitergeleitet, sondern bis zum Timeout wiederholt. Die Zustellung dieser Nachrichten ist global, da das APRS-IS alle Pakete an alle anderen IGates in der Welt verteilt und diejenigen, die Nachrichten sind, tatsächlich über jedes IGate, das sich in der Nähe des beabsichtigten Empfängers befindet, an RF zurückgehen.

Email

Eine Sonderfallnachricht kann an EMAIL gesendet werden, wo diese Nachrichten vom Echtzeit-APRS-IS abgerufen und in eine Standard-E-Mail verpackt und an eine normale Internet-E-Mail weitergeleitet werden. Bis 2019 erfolgte dies durch die WU2Z Email Engine, diese wird durch das javAPRSSrvr Email Gateway ersetzt.

Fähigkeiten

In seiner einfachsten Implementierung wird APRS verwendet, um Echtzeitdaten, Informationen und Berichte über den genauen Standort einer Person oder eines Objekts über ein Datensignal zu übertragen, das über Amateurfunkfrequenzen gesendet wird. Zusätzlich zur Positionsberichterstattung in Echtzeit mit angeschlossenen GPS-Empfängern kann APRS auch eine Vielzahl von Daten übertragen, darunter Wetterberichte , kurze Textnachrichten, Funkpeilung , Telemetriedaten , kurze E-Mail-Nachrichten (nur Senden ) und Sturmprognosen. Nach der Übertragung können diese Berichte mit einem Computer und einer Kartensoftware kombiniert werden, um die übertragenen Daten mit hoher Präzision überlagert auf einer Kartenanzeige darzustellen.

Während die Kartendarstellung das sichtbarste Merkmal von APRS ist, sollten die Funktionen für Textnachrichten und die lokale Informationsverteilung in Kombination mit dem robusten Netzwerk nicht übersehen werden; das New Jersey Office of Emergency Management verfügt über ein ausgedehntes Netzwerk von APRS-Stationen, um im Falle eines Ausfalls der konventionellen Kommunikation Textnachrichten zwischen allen Notfallbetriebszentren des Landkreises zu ermöglichen.

Technische Information

In seiner am weitesten verbreiteten Form wird APRS über das AX.25- Protokoll mit 1200-Bit/s Bell 202 AFSK auf Frequenzen innerhalb des 2-Meter-Amateurbands transportiert .

Beispiele für APRS-UKW-Frequenzen

Ein ausgedehntes digitales Repeater- oder "Digipeater"-Netzwerk sorgt für den Transport von APRS-Paketen auf diesen Frequenzen. Internet- Gateway-Stationen (IGates) verbinden das On-Air-APRS-Netzwerk mit dem APRS-Internetsystem (APRS-IS), das als weltweiter Backbone mit hoher Bandbreite für APRS-Daten dient. Stationen können diesen Stream direkt anzapfen, und eine Reihe von Datenbanken, die mit dem APRS-IS verbunden sind, ermöglichen den webbasierten Zugriff auf die Daten sowie erweiterte Data-Mining-Funktionen. Eine Reihe von Satelliten im erdnahen Orbit , darunter die Internationale Raumstation ISS , sind in der Lage, APRS-Daten weiterzuleiten.

Geräteeinstellungen

Eine APRS-Infrastruktur umfasst eine Vielzahl von Terminal Node Controller (TNC)-Geräten, die von einzelnen Funkamateuren eingesetzt werden. Dazu gehören Soundkarten, die ein Radio mit einem Computer verbinden, einfache TNCs und "intelligente" TNCs. Die "intelligenten" TNCs sind in der Lage festzustellen, was bereits mit dem Paket passiert ist und können eine redundante Paketwiederholung im Netzwerk verhindern.

Meldestationen verwenden ein Routingverfahren, das als "Pfad" bezeichnet wird, um die Informationen über ein Netzwerk zu übertragen. In einem typischen Paketnetzwerk würde eine Station einen Pfad bekannter Stationen verwenden, wie beispielsweise "via n8xxx,n8ary". Dadurch wird das Paket durch die beiden Stationen wiederholt, bevor es stoppt. In APRS werden Repeater-Stationen generische Rufzeichen zugewiesen, um einen automatisierteren Betrieb zu ermöglichen.

Empfohlener Pfad

In ganz Nordamerika (und in vielen anderen Regionen) ist der empfohlene Pfad für Mobiltelefone oder tragbare Stationen jetzt WIDE1-1,WIDE2-1. Feste Stationen (Heime usw.) sollten normalerweise kein Pfadrouting verwenden, wenn sie nicht außerhalb ihres lokalen Bereichs digital wiederholt werden müssen, andernfalls sollte ein Pfad von WIDE2-2 oder weniger verwendet werden, wenn die Anforderungen es erfordern. Der Pfadparameter spiegelt das Routing von Paketen über die Funkkomponente von APRS wider, und Feststationen sollten ihre Wahl des Pfadroutings sorgfältig abwägen. Jede Pfadauswahl für Stationen, die sie nicht benötigen, trägt zur Überlastung der APRS-Frequenz bei und kann die Berichterstattung anderer Stationen behindern. Flugzeug- und Ballon-APRS-Stationen sollten Beaconing mit jedem Pfad in der Höhe vermeiden, da Digipeating aufgrund ihrer Antennenhöhe und der Wahrscheinlichkeit, mehrere weitreichende Digipeater und IGates zu erreichen, möglicherweise nicht erforderlich ist. Mobilstationen in überlasteten Gebieten oder dichter besiedelten Gebieten können in Erwägung ziehen, nur 1 Hop (WIDE1-1) zu verwenden, da normalerweise genügend Internet-Gateways in der Nähe sind, sodass kein Pfadrouting erforderlich ist. Eine Lösung für die Pfadauswahl ist die proportionale Pfadführung, wenn die Ausrüstung des Benutzers dazu geeignet ist.

Alter Weg

Früher bestand die weit verbreitete Methode zum Konfigurieren von Stationen darin, den Stationen mit kurzer Reichweite zu ermöglichen, Pakete zu wiederholen, die einen Pfad von "RELAY" anfordern, und Stationen mit großer Reichweite wurden so konfiguriert, dass sie sowohl "RELAY"- als auch "WIDE"-Pakete wiederholen. Dies wurde erreicht, indem die MYALIAS-Einstellung der Station je nach Bedarf auf RELAY oder WIDE gesetzt wurde. Dies führte zu einem Pfad von RELAY,WIDE für Meldestationen. Es gab jedoch keine doppelte Paketprüfung oder Alias-Ersetzung. Dies führte manchmal dazu, dass Beacons hin und her "Ping-Pong" machten, anstatt sich von der Quelle nach außen auszubreiten. Dies verursachte viele Störungen. Ohne Alias-Ersetzung konnte man nicht sagen, welche Digipeater ein Beacon verwendet hatte.

Neuer Weg

Mit dem Aufkommen der neuen "intelligenten" TNCs wurden die Stationen, die früher "WIDE" waren, zu "WIDEn-N". Dies bedeutet, dass ein Paket mit einem Pfad von WIDE2-2 durch die erste Station als WIDE2-2 wiederholt wird, aber der Pfad wird zu WIDE2-1 modifiziert (dekrementiert), damit die nächste Station wiederholt wird. Das Paket wird nicht mehr wiederholt, wenn der Abschnitt "-N" des Pfads "-0" erreicht. Dieses neue Protokoll hat dazu geführt, dass die alten RELAY- und WIDE-Pfade veraltet sind. Digi-Betreiber werden gebeten, "RELAY"-Stationen zum Ausfüllen neu zu konfigurieren, um stattdessen auf WIDE1-1 zu antworten. Dies führt zu einem neuen, effizienteren Pfad von WIDE1-1,WIDE2-1. Während der Großteil der Welt die "neuen WIDEn-N"-Einstellungen übernommen hat, gibt es in Großbritannien eine anhaltende Debatte über dieses Thema.

Verwandte Systeme

Das APRS-Protokoll wurde angepasst und erweitert, um Projekte zu unterstützen, die nicht direkt mit seinem ursprünglichen Zweck zusammenhängen. Die bemerkenswertesten davon sind die FireNet- und PropNET-Projekte.

  • APRS FireNet ist ein internetbasiertes System, das das APRS-Protokoll und weitgehend dieselbe Client-Software verwendet, um Brandbekämpfungs-, Erdbeben- und Wetterinformationen in viel größerem Umfang und Detail bereitzustellen, als das herkömmliche APRS-System in der Lage ist.
  • PropNET verwendet das APRS-Protokoll über AX.25 und PSK31 , um die Funkfrequenzausbreitung zu untersuchen. PropNET-"Sonden" senden Positionsberichte zusammen mit Informationen zu Sendeleistung, Höhe und Antennengewinn auf verschiedenen Frequenzen, damit Überwachungsstationen Änderungen der Ausbreitungsbedingungen erkennen können. Es basiert auf ACDS, einem speziellen Client-Programm, das unter Microsoft Windows läuft.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links