Pakke radio - Packet radio

Image
Terminal Node Controller 2400 pakke radiomodem

Packet radio er en digital radio kommunikation, der bruges til at sende pakker af data . Pakkeradio bruger pakkeomskiftning til transmission af datagrammer . Dette ligner meget, hvordan datapakker overføres mellem noder på Internettet . Pakkeradio kan bruges til at overføre data over lange afstande.

Pakkeradio bruges ofte af amatørradiooperatører . Den AX.25 (Amatør X.25) protokol blev afledt af X.25 datalink lag protokol og tilpasset til amatørradio brug. Hver AX.25-pakke inkluderer afsenderens amatørradio-kaldesignal, der opfylder de amerikanske FCC-krav til amatørradioidentifikation. AX.25 giver andre stationer mulighed for automatisk at gentage pakker for at udvide udsendelsesområdet. Det er muligt for enhver pakkestation at fungere som en digipeater , der forbinder fjerne stationer med hinanden gennem ad hoc-netværk . Dette gør pakkeradio især nyttig til nødkommunikation.

Pakkeradio kan bruges i mobilkommunikation . Nogle mobile pakkeradiostationer transmitterer deres placering med jævne mellemrum ved hjælp af APRS ( Automatic Packet Reporting System ). Hvis APRS-pakken modtages af en "igate" -station, kan positionsrapporter og andre meddelelser dirigeres til en internetserver og gøres tilgængelige på en offentlig webside. Dette giver amatørradiooperatører mulighed for at spore placeringen af ​​køretøjer, vandrere, højtliggende balloner osv. Sammen med telemetri og andre meddelelser rundt om i verden.

Nogle pakkeradioimplementeringer bruger også dedikerede punkt-til-punkt-links såsom TARPN. I tilfælde som dette er der opstået nye protokoller såsom Improved Layer 2 Protocol (IL2P), der understøtter fremadrettet fejlkorrektion for støjende og svage signalforbindelser.

Tidslinje

Tidligere digitale radiokommunikationstilstande var telegrafi (ved hjælp af morse-kode ), teleprinter (ved hjælp af Baudot-kode ) og fax .

Aloha og PRNET

Da radio kredsløb i sagens natur have en broadcast netværk topologi (dvs. mange eller alle knuder er forbundet til netværket på samme tid), en af de første tekniske udfordringer i forbindelse med gennemførelsen af pakke radionetværk var et middel til at kontrollere adgangen til en delt kommunikationskanal . Professor Norman Abramson fra University of Hawaii ledede udviklingen af ​​et pakkeradionetværk kendt som ALOHAnet og udførte en række eksperimenter, der begyndte i 1970'erne for at udvikle metoder til at arbitrage adgang til en delt radiokanal via netværksnoder. Dette system fungerede på UHF- frekvenser ved 9.600 baud. Fra dette arbejde blev Aloha multiple access-protokollen afledt. Efterfølgende forbedringer af kanaladgangsteknikker foretaget af Leonard Kleinrock et al. i 1975 førte Robert Metcalfe til at benytte carrier sense multiple access (CSMA) -protokoller i designet af den nu almindelige Ethernet- lokalnetværksteknologi (LAN).

I løbet af 1973–76 oprettede DARPA et pakkeradionetværk kaldet PRNET i San Francisco Bay- området og gennemførte en række eksperimenter med SRI for at verificere brugen af ARPANET (en forløber for Internettet ) kommunikationsprotokoller (senere kendt som IP ) over pakke radioforbindelser mellem mobile og faste netværksnoder. Dette system var ret avanceret, da det benyttede sig af direkte sekvens spredt spektrum (DSSS) modulering og fremadgående fejlkorrektionsteknikker ( FEC ) til at tilvejebringe 100 kbit / s og 400 kbit / s datakanaler. Disse eksperimenter blev generelt betragtet som vellykkede og markerede også den første demonstration af internetbearbejdning , da data i disse eksperimenter blev dirigeret mellem ARPANET-, PRNET- og SATNET-netværk (et satellitpakkeradionetværk) netværk. I løbet af 1970'erne og 1980'erne drev DARPA en række jordbaserede og satellitpakkeradionetværk forbundet med ARPANET ved forskellige militære og statslige installationer.

Amatørpakkeradio og AMPRNet

Hovedartikel: AMPRNet

Amatørradiooperatører begyndte at eksperimentere med pakkeradio i 1978, da - efter at have fået tilladelse fra den canadiske regering - Robert Rouleau, VE2PY; Bram Frank, VE2BFH; Norm Pearl, VE2BQS; og Jacques Orsali, VE2EHP fra Montreal Amateur Radio Club Montreal , Quebec begyndte at eksperimentere med transmission af ASCII- kodede data over VHF- amatørradiofrekvenser ved hjælp af hjemmebygget udstyr. I 1980 begyndte Doug Lockhart VE7APU og Vancouver Area Digital Communications Group (VADCG) i Vancouver , British Columbia, at producere standardiseret udstyr ( Terminal Node Controllers ) i mængde til brug i amatørpakkeradionetværk. I 2003 blev Rouleau optaget i magasinet CQ Amateur Radio for hans arbejde med Montreal-protokollen i 1978.

Ikke længe efter at denne aktivitet startede i Canada, blev amatører i USA interesserede i pakkeradio. I 1980 gav United States Federal Communications Commission (FCC) tilladelse til amerikanske amatører til at transmittere ASCII-koder via amatørradio. Repeatere kan være designet til amatørpakkeradio, disse kaldes "digipeaters". Den første kendte amatørpakkeradioaktivitet i USA fandt sted i San Francisco i december 1980, da en pakkeforstærker blev taget i brug på 2 meter af Hank Magnuski KA6M og Pacific Packet Radio Society (PPRS). I tråd med dominansen af ​​DARPA og ARPANET på det tidspunkt blev det spirende amatørpakkeradionet kaldet AMPRNet i DARPA-stil. Magnuski opnåede IP-adressetildelinger i 44.0.0.0 / 8- netværket til amatørradiobrug over hele verden.

Mange grupper af amatørradiooperatører, der er interesserede i pakkeradio, blev snart dannet over hele landet, herunder Pacific Packet Radio Society (PPRS) i Californien , Tucson Amateur Packet Radio Corporation (TAPR) i Arizona og Amateur Radio Research and Development Corporation (AMRAD) i Washington DC

I 1983 tilbød TAPR den første TNC, der var tilgængelig i kitform. Pakkeradio begyndte at blive mere og mere populær i hele Nordamerika, og i 1984 begyndte de første pakkebaserede opslagstavlesystemer at dukke op. Pakkeradio beviste sin værdi for nødoperationer efter sammenbruddet af en Aeromexico- passagerfly i et kvarter i Cerritos, Californien, Labor Day- weekenden, 1986. Frivillige forbandt flere nøglesider for at overføre teksttrafik via pakkeradio, der holdt stemmefrekvenser fri.

For en objektiv beskrivelse af den tidlige udvikling inden for amatørpakkeradio henvises til artiklen "Packet Radio in the Amateur Service".

Kommercielle systemer

Mange kommercielle operationer, især dem, der benytter forsendelse af køretøjer (dvs. taxaer, bugseringskøretøjer, politi) var hurtige til at bemærke værdien af ​​pakkerejsosystemer for at tilvejebringe enkle mobile datasystemer. Dette førte til den hurtige udvikling af en række kommercielle pakke radiosystemer:

  • MDI (1979)
  • DCS (1984)
  • DRN (1986)
  • Mobitex (1986)
  • ARDIS (1990)
  • CDPD tillod, at pakkedata blev transporteret over AMPS analoge mobiltelefonnetværk
  • GPRS er pakkedatafaciliteten, der leveres af GSM- mobiltelefonnettet

Tekniske detaljer

Voice ikke data

En af de første udfordringer, som amatører står over for, når de implementerer pakkeradio, er at næsten alt amatørradioudstyr (og mest overskydende kommercielt / militært udstyr) historisk er designet til at transmittere tale, ikke data. Som ethvert andet digitalt kommunikationssystem, der bruger analoge medier, kræver pakkeradiosystemer et modem. Da radioudstyret, der skal bruges med modemmet, var beregnet til stemme, brugte tidlige amatørpakningssystemer AFSK- modemer, der fulgte telefonstandarder (især Bell 202- standarden). Mens denne fremgangsmåde fungerede, var den ikke optimal, fordi den brugte en 25 kHz FM-kanal til at sende med 1.200 baud. Når du bruger en direkte FSK- modulering som G3RUHs pakkeradiomodem, foretages en 9.600 baud transmission let i den samme kanal.

Derudover er basebåndkarakteristikkerne for lydkanalen, der leveres af taleradioer, ofte meget forskellige fra telefonlydkanalernes. Dette førte til behovet i nogle tilfælde for at aktivere eller deaktivere præ-fremhævelse eller nedvækst-kredsløb i radioer og / eller modemer.

Asynkron indramning

Et andet problem, som tidlige "packeteers" stod overfor, var spørgsmålet om asynkron versus synkron dataoverførsel. På det tidspunkt havde de fleste personlige computere asynkrone RS-232 serielle porte til datakommunikation mellem computeren og enheder såsom modemer. RS-232-standarden specificerer en asynkron start-stop-tilstand for datatransmission, hvor data sendes i grupper (tegn) på 7 eller 8 bit. Desværre, de simple AFSK modemer typisk anvendes giver ingen timing signal for at indikere begyndelsen af en pakke ramme . Det førte til behovet for en mekanisme, der gjorde det muligt for modtageren at vide, hvornår han skulle begynde at samle hver pakkeramme. Den anvendte metode kaldes asynkron indramning . Modtageren kigger efter "rammebegrænsningsoktet" og begynder derefter at afkode de pakkedata, der følger den. En anden rammebegrænsningsoktet markerer slutningen af ​​pakkerammen.

Deling af kanalen

Et antal data "samtaler" er mulige på en enkelt radiokanal over en begrænset periode.

Stationskonfiguration

En basispakkeradiostation består af en computer eller en dum terminal, et modem og en transceiver med en antenne . Traditionelt er computeren og modemet kombineret i en enhed, terminal node controller (TNC), med en stum terminal (eller terminalemulator ), der bruges til at indtaste og vise data. I stigende grad overtager pc'er funktionerne i TNC, med modemmet enten en enkeltstående enhed eller implementeret udelukkende i software . Alternativt markedsfører flere producenter (inklusive Kenwood og Alinco) nu håndholdte eller mobile radioer med indbyggede TNC'er, hvilket muliggør forbindelse direkte til den serielle port på en computer eller terminal uden andet nødvendigt udstyr.

Computeren er ansvarlig for styring af netværksforbindelser, formatering af data som AX.25-pakker og styring af radiokanalen. Ofte giver det også andre funktioner, såsom et simpelt opslagstavlesystem til at acceptere beskeder, mens operatøren er væk.

Efter OSI-modellen kan pakkeradionetværk beskrives i form af de fysiske protokoller, datalink og netværkslagsprotokoller, som de er afhængige af.

Fysisk lag: modem og radiokanal

Modemer, der bruges til pakkeradio, varierer i kapacitet og moduleringsteknik og vælges normalt for at matche mulighederne i det anvendte radioudstyr. Den mest anvendte metode er en, der bruger lydfrekvensforskydningstastning ( AFSK ) inden for radioudstyrets eksisterende talebåndbredde . De første amatørpakkeradiostationer blev konstrueret ved hjælp af overskydende Bell 202 1.200 bit / s- modemer, og på trods af dens lave datahastighed har Bell 202-modulering forblevet standarden for VHF- drift i de fleste områder. For nylig er 9.600 bit / s blevet et populært, men mere teknisk krævende alternativ. Ved HF- frekvenser anvendes Bell 103- modulering med en hastighed på 300 bit / s.

På grund af historiske årsager er alle almindeligt anvendte moduleringer baseret på en idé om minimal ændring af selve radioen, normalt kun tilslutning af computerens lydoutput direkte til transmitterens mikrofonindgang og modtagerens lydoutput direkte til computerens mikrofonindgang. Efter tilføjelse af en drejning af senderen på udgangssignalet ("PTT") til senderstyring, har man lavet et radiomodem . På grund af denne enkelhed og blot at have passende mikrochips ved hånden blev Bell 202- moduleringen en standard måde at sende pakkeradiodataene over radioen som to forskellige toner. Tonerne er 1.200 Hz for Mark og 2.200 Hz for plads (1.000 Hz shift). I tilfælde af Bell 103- modulering anvendes et 200 Hz skift. Dataene er kodet differentielt med et NRZI- mønster, hvor en data- nulbit er kodet af en ændring i toner, og en data en bit er kodet af ingen ændring i toner.

Måder at opnå højere hastigheder end 1.200 bits / s , herunder brug af telefonmodemchips via mikrofonen og lydudgangsstik. Dette har vist sig at fungere med hastigheder op til 4.800 bit / s ved hjælp af fax V.27- modemer i halv-duplex-tilstand. Disse modemer bruger faseforskydning, der fungerer fint, når der ikke er amplitude-forskydningstastning , men ved hurtigere hastigheder såsom 9.600 bit / s bliver signalniveauer kritiske, og de er ekstremt følsomme over for gruppeforsinkelse i radioen. Disse systemer blev banebrydende af Simon Taylor (G1NTX) og Jerry Sandys (G8DXZ) i 1980'erne. Andre systemer, der involverede lille modifikation af radioen, blev udviklet af James Miller (G3RUH) og fungerede ved 9.600 bit / s.

1.200 bit / s AFSK-node-controllere på 2 meter (144-148 MHz) er den mest almindelige pakkeradio. For 1.200 / 2.400 bit / s UHF / VHF-pakkeradio bruger amatører almindeligt tilgængelige smalbånds FM-taleradioer. Til HF-pakke bruges 300 bit / s-data over single sideband ( SSB ) -modulation. Til højhastighedspakke (9.600 bit / s opad) skal der bruges specielle radioer eller modificerede FM-radioer.

Brugerdefinerede modemer er udviklet, som tillader gennemstrømningshastigheder på 19,2 kbit / s, 56 kbit / s og endda 1,2 Mbit / s over amatørradiolink på FCC-tilladte frekvenser på 440 MHz og derover. Dog er der behov for specielt radioudstyr til at transportere data ved disse hastigheder. Grænsefladen mellem "modemet" og "radioen" er ved den mellemliggende frekvensdel af radioen i modsætning til lydafsnittet, der bruges til 1.200 bit / s-drift. Vedtagelsen af ​​disse højhastighedsforbindelser har været begrænset.

I mange kommercielle dataradioapplikationer anvendes lydbasebandmodulation ikke. Data transmitteres ved at ændre senderens udgangsfrekvens mellem to forskellige frekvenser (i tilfælde af FSK-modulering findes der andre alternativer).

Højhastigheds multimedieradio

Hovedartikel: Hurtig multimedieradio

2,4 GHz "Wi-Fi" -båndet overlapper delvist et amatørradiobånd, så kommerciel Wi-Fi-hardware kan tilpasses og bruges af autoriserede amatørradiooperatører ved højere effektniveauer, skønt begrænsninger på amatørradio begrænser appellen om at bruge pakkeradio til oprette forbindelse til internettet. Amerikanske FCC-regler tillader ikke kryptering eller privat amatørradiokommunikation ud over andre indholdsbegrænsninger.

Datalinklag: AX.25

Pakkeradionetværk er afhængige af AX.25 -datalinklagsprotokollen , afledt af X.25- protokolpakken og beregnet specielt til amatørradiobrug. På trods af navnet definerer AX.25 både de fysiske lag og datalinklagene i OSI-modellen. (Det definerer også en netværkslagprotokol, selvom dette sjældent bruges.)

Netværkslag

Pakkeradio er oftest blevet brugt til direkte, tastatur-til-tastaturforbindelse mellem stationer, enten mellem to liveoperatører eller mellem en operatør og et opslagstavlesystem . Der kræves ingen netværkstjenester over datalinklaget til disse applikationer.

For at tilvejebringe automatisk routing af data mellem stationer (vigtigt for levering af elektronisk post ) er der udviklet adskillige netværkslagprotokoller til brug med AX.25. NET / ROM & TheNET, ROSE, FlexNet og TexNet er mest fremtrædende blandt disse netværkslagsprotokoller.

I princippet kan enhver netværkslagprotokol anvendes, inklusive den allestedsnærværende internetprotokol .

Se også

Referencer

Yderligere læsning

  • Lynch, Clifford A .; Brownrigg, Edwin B. (1987). Pakkeradionetværk . Pergamon Press. ISBN 0-08-035913-2.
  • Okin, JR (2005). Internetrevolutionen: Vejledningen til ikke-dummies til historie, teknologi og brug af internettet . Ironbound Press. ISBN 0-9763857-6-7.
  • Rouleau, Robert; Hodgson, Ian (1981). Packet Radio . TAB-bøger. ISBN 0-8306-1345-5.
  • Don Rotolo, N2IRZ (juli 2015). "Packet Networking og TARPNs". CQ amatørradio . 71 (7): 82-84. ISSN  0007-893X .

eksterne links