PACKET RADIO - пакетная радиосвязь

in RTTY
Обновлено: 06 Июнь 2014
Просмотров: 2950

ЖУРНАЛ "РАДИОКЛУБ"  Image  ОСНОВЫ И ПРАКТИКА ЛЮБИТЕЛЬСКОЙ РАДИОСВЯЗИ  Image  

Пакетная радиосвязь (PACKET RADIO) — это цифровая документальная безошибочная связь, осуществляема с помощью компьютеров, подключаемых к радиостанции через пакетные контролеры, их называют TNC — Terminal Node Controller. Такой контроллер представляет собой небольшую ЭВМ с процессором типа Z80 или аналогичным. Назначение контроллера:
- получать от приемника радиостанции сигналы, декодировать эти сигналы и передавать их на COM-порт компьютера;
- получать от компьютера предназначенный для передачи текст, разбивать его на пакеты нужной длины, кодировать символы пакета и передавать их на передатчик радиостанции.

Контроллеры TNC аппаратного исполнения являются связующим звеном между компьютером и радиостанцией. Как правило, это достаточно дорогие изделия, но качество приема и передачи с помощью этих аппаратов всегда хорошее. Кроме того, существуют пакетные контроллеры, выполненные программно. В качестве примера назову такие программные контроллеры (их часто называют эмуляторами TNC) — L2, TFPCX, TFKISS, AGWPE и многие другие. При использовании таких программных контроллеров в качестве связующего звена между компьютером и радиостанцией необходим аппаратный модем, который будет передавать сигналы от компьютера к радиостанции и наоборот.

В основе пакетной связи находится понятие "кадр", зачастую называемое "пакет". Что такое ПАКЕТ?

Пакетная передача данных по каналу связи осуществляется небольшими блоками данных называемых кадрами. Каждый кадр состоит из меньших по размеру групп называемых полями. В таблице "Служебный кадр" приведена структура служебного кадра. Имеется несколько типов служебных кадров, но все они имеют одинаковую структуру. Служебные кадры, называемые "супервизорные" обозначаются буквой 'S', служебные кадры "ненумерованные" обозначаются буквой 'U'. Вся передаваемая информация идет через "информационные" кадры, обозначаемые буквами 'I' или 'UI'. Структура информационного файла приведена в таблице "Информационный кадр". Каждый кадр делится на отдельные области, называемые "полями". Размеры полей различны, задачи для каждого поля строго определены ПРОТОКОЛОМ. Следует обратить внимание на то, что первый посылаемый бит расположен слева.
Служебный кадр(S,U)

Флаг

Адрес

Управление

Контрольная сумма (FCS)

Флаг

01111110

112 / 560 бит

8 бит

16 бит

01111110


Информационный кадр(I)

Флаг

Адрес

Управление

PID

Информационноеполе

Контрольнаясумма (FCS)

Флаг

01111110

112 / 560 бит

8 бит

8 бит

N * 8 бит

16 бит

01111110

Каждое поле состоит из целого числа байтов и выполняет специальные функции, описанные ниже:

Поле флага
Поле флага имеет длину в один байт. Поскольку флаг используется для разграничивания кадров, он присутствует как в начале, так и в конце каждого кадра. Два кадра могут иметь один общий флаг, обозначающий конец первого кадра и начало следующего. Флаг состоит из нуля, за которым следуют шесть единиц и опять нуль, или 01111110 (7Е в шестнадцатиричной системе исчисления). В результате вставки битов ( см. ниже ВСТАВКА БИТОВ), такая последовательность не может появиться больше нигде внутри полного кадра.

Поле адреса
Поле адреса используется для идентификации как отправителя кадра, так и его получателя. Кроме того, поле адреса содержит информацию типа команда/ответ, а также средства, обеспечивающие работу ретранслятора 2-го уровня.

Поле управления
Поле управления используется для идентификации типа посылаемого кадра и для управления различными признаками соединения 2-го уровня. Его длина составляет один байт.

Поле PID
Поле идентификатора протокола (PID) присутствует только в информационных (I и UI) кадрах. Оно идентифицирует тип протокола 3-го уровня, если он используется.

Информационное поле
Информационное поле используется для переноса данных из одного конца канала связи в другой. Информационные поля разрешены только в трех связках кадров: I кадр, UI кадр, и FRMR кадр. I поле может иметь длину до 256 байтов и должно содержать целое число байтов. Эти ограничения должны применяться до вставки ну¬левых битов. Любая информация в I поле будет посылаться по каналу связи прозрачно, за исключением вставки нулевого бита, необходимого, чтобы воспрепятствовать случайному появлению флагов в I поле.

Вставка битов
Чтобы гарантировать, что последовательность битов флага, случайно не появилась нигде более в кадре, посылающая станция должна контролировать последовательность битов на присутствие в ней группы из пяти и более подряд стоящих единичных битов. Каждый раз, когда посылаются пять подряд стоящих единичных битов, посылающая станция должна вставлять нулевой бит после пятого единичного бита. При получении кадра, каждый раз, когда принимаются подряд пять единичных битов, нулевой бит, непосредственно следующий за этими пятью единичными битами, должен отбрасываться.

Проверочная последовательность кадра
Проверочная последовательность кадра (или FCS — контрольная сумма)- это шестнадцатибитовое число, вычисляемое отправителем и получателем кадра. Она используется, чтобы удостовериться в том, что кадр не был искажен средой, используемой для передачи кадра от отправителя к получателю. Она вычисляется в соответствии с рекомендациями ISO 3309 (HLDC).

Порядок передачи битов
За исключением поля FCS, все поля кадра AX.25 должны посылаться, начиная с младшего значащего бита. FCS посылается начиная со старшего значащего бита.

Недействительные кадры
Любой кадр, состоящий менее чем из 136 битов (включая открывающий и закрывающий флаги), не ограниченный открывающим и закрывающим флагами, или не отвечающий требованию по числу байтов (целому числу байтов), должен рассматриваться в данном канальном уровне как недействительный кадр.

Поле адреса содержит адреса назначения и отправителя, т.е. позывные сигналы радиостанций в коде ASCII (КОИ-7), а также позывные станций-ретрансляторов, если таковые применяются.

Поле управления служит для определения типа кадра. Дело в том, что кроме информационных кадров (I), предусмотрена передача и служебных кадров — так называемых супервизорных и ненумерованных кадров, формат которых показан в таблице. Эти кадры необходимы для выполнения процедур протокола АХ.25. Так, например, супервизорные кадры (S) служат для подтверждения приема неискаженных помехами кадров или для запроса повторной передачи искаженных кадров.

Ненумерованные кадры (U) служат для установления логического соединения и других случаев управления обменом в сети. Поле управления во всех типах кадров определяет тип кадра и функцию, которую должна выполнить приемная сторона при получении этого кадра.

Поле определения протокола (поле PID) служит для определения приемной стороной конкретной версии протокола, применяемого передающей стороной. Это устраняет различные недоразумения, которые могут возникнуть в процессе развития и совершенствования протоколов любительской пакетной радиосвязи. В настоящее врем в ходу у радиолюбителей, по меньшей мере три версии протоколов канального уровня, и необходимо точно знать, какой из них придерживается корреспондент.

Длина информационного поля, т.е. поля, содержащего передаваемую информацию (пакет), ограничивается величиной 2048 бит (256 байтов). Важно, чтобы число бит в этом поле было кратно восьми (количеству полных символов в коде КОИ-7 с контрольным разрядом). Однако с увеличением длины кадра увеличивается время его передачи, что повышает вероятность поражения его помехой, а также увеличивает время ожидания передачи других абонентов, работающих в данной сети. Поэтому радиолюбители редко передают кадры с длиной информационной части более 1024 бит (127 байтов).

Контрольная сумма необходима для обнаружения ошибок в кадре при его приеме. При передаче вся битовая последовательность кадра подвергается подсчету в соответствии с определенным правилом. Результаты подсчета и представляют контрольную сумму. При приёме также выполняется подсчет, результаты которого сравниваются с принятой контрольной суммой. Если они не совпадают — в принятом кадре имеется ошибка и кадр необходимо повторить.

Процедура компоновки кадра при передаче и его распаковка до уровня пакета относятся ко второму уровню эталонной модели МОС — протоколу управления информационным каналом и обычно выполняется в пакетном адаптере аппаратно-программными средствами.

Благодаря этому осуществляется безошибочная связь между корреспондентами непосредственно или же через цифровой ретранслятор (Repeater). Цифровые ретрансляторы — это специальные радиостанции, расположенные на возвышенных местах или высоких сооружениях. Работают круглосуточно в автоматическом режиме. Используют для связи ультракороткие волны. Эти радиостанции ведут прием цифровых (или аналоговых) сигналов, затем переносят принятые сигналы на другую частоту и передают их в эфир уже на новой частоте. Ретрансляторы могут устанавливаться на искусственных спутниках Земли. Заметим, что ретрансляторы можно объединить в цепочки. На каждом этапе происходит проверка кадра на ошибки при приеме и подтверждается безошибочный прием.

Благодаря адресной части кадра возможен обмен между двумя или группой корреспондентов в сетях пакетных радиостанций, т. е. Когда на одной частоте работает большое число логически связанных или не связанных между собой корреспондентов. Понятие логической связи, или, как говорят специалисты, виртуального соединения, состоит в том, что пакеты между парой любых абонентов передаются в общем канале связи, используемом множеством других абонентов, и селектируются по адресам (в любительском варианте — позывным), имеющимся в заголовке кадров, только теми абонентами сети, с которыми установлено логическое соединение.

Для того чтобы пакеты, по возможности, не накладывались друг на друга во времени, существует дисциплина, или, как чаще говорят, протокол доступа в канал (на частоту) коллективного пользования. Любители применяют протокол множественного доступа с контролем занятости канала.

Как это осуществляется практически? Корреспондент перед передачей проверяет занятость канала и немедленно начинает передачу, если канал свободен. Если же канал занят, то передача кадра откладывается на некоторое время, устанавливаемое оператором перед вхождением в сеть (в зависимости от ее загрузки). По истечении этого времени снова проверяется занятость канала и процедура повторяется. Чем больше загружена данная частота, тем больше среднее время ожидания передачи кадра.

Любительская пакетная радиосвязь, кроме связи типа "корреспондент — корреспондент", обращения к PBBS, почтовым ящикам (малым по объему памяти PBBS) и маякам (Beacons -- почтовым ящикам для срочных сообщений, периодически сообщающим о наличии в них телеграмм), позволяет осуществлять передачу через станции -- шлюзы (Gateways), принимающие пакеты на одной частоте и передающие их на другой (например, из одной КВ сети в другую, с УКВ на КВ, с КВ через спутниковый УКВ канал и т. д.). Причем можно передавать не только смысловые и графические сообщения, но и программы для компьютеров. Для этого в каждом контроллере предусмотрен "прозрачный" режим передачи, при котором передача осуществляется не символами семизначного кода КОИ-7, как при обмене смысловой информацией, а непосредственно натуральным двоичным кодом.

Пакетная радиосвязь может осуществляться и через любительские спутники. Так, например, некоторые спутники позволяет обмениваться пакетами через специальный цифровой ретранслятор. Другие спутники позволяют получить от них информационные бюллетени в пакетном режиме. Вообще говоря, пакетная связь чрезвычайно удобна для связи через низкоорбитальные спутники, время радиовидимости которых ограничено минутами. Несмотря на это, за счет достаточно высокой скорости передачи (1200 бод) можно успеть обменяться информацией со многими корреспондентами.

материал для публикации подготовил Виктор Кособоков, R3BB

СОДЕРЖАНИЕ раздела журнала РАДИОКЛУБ

Яндекс.Метрика