Nie tylko fonia i CW










3. System pakiet radio






  W odróżnieniu od
emisji dalekopisowej w systemie pakiet radio występują mechanizmy pozwalające na wykrycie
i korektę przekłamań, a nadawane dane organizowane są w bloki (pakiety) wyposażone w znaki
nadawcy i adresata. Ze względu na małą długość pakietów i możliwość ich odróżnienia na
podstawie zawartych w nich adresów w jednym kanale radiowym może być prowadzony szereg
niezależnych łączności. Oprócz tego każda ze stacji może służyć innym jako stacja
przekaźnikowa. Mamy tu więc do czynienia z dosyć rozbudowanym protokółem transmisji.
Stosowany w łącznościach amatorskich protokół AX.25 wywodzi się bezpośrednio z
profesjonalnego protokółu X.25 (HDLC). Najważniejsze z różnic między obydwoma
protokółami spowodowane są przez specyficzne potrzeby łączności amatorskich: m.in
przedłużeniu uległo pole adresowe, tak aby mogły się w nim zmieścić znaki wywoławcze
stacji korespondentów i stacji przekaźnikowych oraz przewidziana została możliwość
nasłuchu nieselektywnego (monitorowania pasma). Użycie rozbudowanego protokółu
transmisji oznacza, że stacje pracujące emisją pakiet radio muszą być wyposażone
w inteligentne urządzenia obsujące protokół - są to omówione dalej kontrolery TNC
lub komputery wyposażone w specjalne programy naśladujące działanie kontrolera.

    Łączności w systemie pakiet radio prowadzone są przeważnie w
odcinkach pasm przeznaczonych do pracy dalekopisowej. Najczęściej używanyni
częstotliwościami są:

Zakres KF (kHz) Zakres UKF (MHz)
3575 - 3620 144,800 - 144,990
14075 - 14100 145,300
21080 - 21120 432,625
28050 - 28150 433,625 - 433,775
  438,000 - 438,575 stacje przekaźnikowe
  1296,675
  2320,675
  5760,675
  10368,675

Ostatnio rozpowszechnia się wykorzystywanie odcinków pasm przeznaczonych dla wszystkich
emisji.

    W systemie pakiet radio stosuje się wiele sposobów modulacji w
zależności od stosowanej szybkości transmisji oraz zakresów częstotliwości. W pasmach
UKF ciągle jeszcze najbardziej rozpowszechniona jest szybkość 1200 bit/s. Systemem
modulacji jest tu modulacja z przesuwem częstotliwości (FSK, a właściwie AFSK, ponieważ
zmodulowana podnośna akustyczna doprowadzana jest do wejścia mikrofonowego). Przesuw
częstotliwości wynosi 1000 Hz i używane są częstotliwości 1200 Hz i 2200 Hz (odpowiada
to standardowi BELL 202 znanemu również z zastosowania w modemach telefonicznych).
Nie ma tu stałego przyporządkowania tonów niskiej częstotliwości wartościom "mark"
i "space" a ich rozróżnienie polega na detekcji przejść z jednego tonu na drugi
(jest to kodowanie różnicowe NRZ-I). Na zakresach krótkofalowych szybkość transmisji
wynosi 300 bit/s, stosowany jest przesuw 200 Hz, a odpowiednie tony równe są 1600 i
1800 Hz. Dla szybkości transmisji 2400 bit/s (UKF) stosowana jest czterofazowa modulacja
fazy (QPSK). Faza podnośnej o częstotliwości 1800 Hz przyjmuje jedną z czterech wartości
oddalonych od siebie o 90 stopni (standard V.26). Przy szybkościach 9600 bit/s i większych
stosowana jest bezpośrednia modulacja generatora sterującego nadajnika (FSK). Możliwe
byłoby tu także zastosowanie wielofazowej modulacji PSK lub kwadraturowej modulacji AM
(QAM - standard V.29). Pracę z większymi szybkościami transmisji, stosowane systemy
modulacji i wyposażenie omawiam szczegółowo w dalszych rozdziałach.

    Instrukcje do większości zaprezentowanych dalej programów i
urządzeń (kontrolerów TNC) tłumaczone przez autora książki na język polski są
rozpowszechniane w sieciach pakiet radio i w Internecie.


3.1. PROTOKÓŁ AX.25

    Informacja transmitowana przy wykorzystaniu protokółu AX.25
składana jest w pakiety, które wyposażone są w adresy korespondentów oraz w sumę kontrolną
pozwalającą na stwierdzenie prawidłowości lub błędnego odbioru pakietu. Prawidłowo
odebrane pakiety potwierdzane są za pomocą pakietu kwitującego, po czym możliwa jest
transmisja dalszych pakietów. Pakiety odebrane błędnie lub nieodebrane z powodu braku
miejsca w buforze stacji adresata muszą być powtórzone. W przypadku braku pokwitowania
pakiety powtarzane są po upływie zadanego czasu dzięki czemu zaginięcie pakietu lub
pokwitowania nie przerywa wymiany danych.

    Pakiety AX.25 składają się z bajtu synchronizującego (ang. flag)
zawierającego kombinację bitów 01111110, pola adresowego o długości dochodzącej do 70
bajtów i zawierającego znaki wywoławcze nadawcy i adresata oraz w miarę potrzeby do
ośmiu znaków stacji przekaźnikowych retransmitujących pakiet. Znaki stacji zakodowane
w kodzie ASCII mają długość 6 bajtów, siódmy zawiera ewentualnie dodatkowe rozszerzenie
oraz informację o tym czy pakiet był retransmitowany. Rozszerzenie jest liczbą leżącą
w zakresie od 0 do 15, jest ona oddzielona myślnikiem od głównego znaku (np. SP5GBK-2),
a w polu adresowym jest ona kodowana za pomocą czterech bitów. Wszystkie bajty pola
adresowego mają najwyższy bit równy zero z wyjątkiem ostatniego, gdzie wartość jeden
stanowi sygnalizację końca obszaru. Następnie nadawany jest obszar danych kontrolnych
o długości jednego bajtu. Bajt ten określa typ pakietu i zawiera w miarę potrzeby
kolejny numer nadawanego pakietu i pakietu oczekiwanego. Rozróżniamy tu następujące
typy pakietów:
- pakiety informacyjne - I,
- inicjujące połączenie - SABM,
- inicjujące rozłączenie - DISC,
- pakiety kwitujące poprawnie odebraną informację - RR (ang. receiver ready),
- pakiety kwitujące rozkaz nawiązania połączenia - UA (ang. unnumbered acknowledge),
- pakiety sygnalizujące brak miejsca w buforze adresata - RNR (ang. receiver not ready),
- sygnalizacja błędnie odebranego pakietu - REJ (ang. reject),
- sygnalizacja pakietu niezgodnego z protokołem - FRMR - np. pakietu o niewłaściwym
numerze (ang. frame reject),
- pokwitowanie rozłączenia - DM.

    Oprócz numerowanych pakietów informacyjnych wymienianych w
trakcie połączenia protokół przewiduje też transmisję pakietów nienumerowanych i nie
potwierdzanych, zawierających np. tekst radiolatarni lub wykorzystywanych do transmisji
omówionych dalej datagramów TCP/IP. Są to pakiety UI (ang. unnumbered information).
Pakety przenoszące informację zawierają następnie pole informacyjne o długości do 256
bajtów. Pierwszy bajt pola informacyjnego pakietów I oraz UI zawiera identyfikację
protokółu. Dla protokółu AX.25 jest to wartość 0xF0 szestnastkowo a dla protokółu
sieciowego NET/ROM - 0xCF. W dalszym ciągu pakietu zawarta jest szesnastobitowa
suma kontrolna CRC pozwalająca na stwierdzenie wystąpienia przekłamań w transmisji.
Algorytm CRC jest bardziej skomplikowany od zwykłego sumowania wartości bajtów, ale
też zapewnia większe prawdopodobieństwo wykrycia błędu. Zakończeniem pakietu jest
bajt o zawartości identycznej z zawartością pola synchronizującego.

    Pole synchronizujące, jak sama nazwa wskazuje, służy do
synchronizacji strony odbiorczej, dalsza zawartość pakietu transmitowana jest
synchronicznie, a więc nie zawiera bitów start-stop. Dla zapewnienia jednoznaczności
ciąg sześciu jedynek może występować jedynie w polach synchronizujących. Wewnątrz
pakietu po wystąpieniu pięciu jedynek wstawiane jest dodatkowe zero, usuwane
automatycznie przez stronę odbiorczą. Wstawianie zera określane jest angielską
nazwą "bit stuffing".

    Strukturę pakietu przedstawia rysunek 3.1.

    [rys. 3_01]

    Po nawiązaniu połączenia pakiety informacyjne są kwitowane
przez adresata. Potwierdzenie prawidłowego odbioru pakietu pozwala nadawcy na
transmisję dalszych pakietów, pakiety odebrane błędnie muszą być powtórzone.
Pakiety nie muszą być kwitowane pojedyńczo, ale maksymalna liczba niepokwitowanych
pakietów nie może przekraczać siedmiu. Jeden pakiet kwitujący może zarazem pokwitować
odbiór do siedmiu pakietów. Umożliwia to lepsze wykorzystanie kanału aniżeli w
przypadku kwitowania pojedyńczo. Po wyczerpaniu dopuszczalnej liczby powtórzeń
połączenie zostaje przerwane jako nieużyteczne. W przypadku zakłóceń nierównomiernie
rozłożonych w czasie (np. impulsowych) istnieje jednak duże prawdopodobieństwo
odebrania niezakłóconego pakietu przy którymś z kolejnych powtórzeń. Tak więc
nawet w dosyć trudnych warunkach odbiorczych możliwa jest niezakłócona łączność.
Ponieważ pakiety zawierają adresy obu uczestniczących w łączności stacji, mogą
one być jednoznacznie identyfikowane przez adresata. Jednocześnie, zależnie od
używanej szybkości transmisji i przyjętej długości pakietu, czas jego trwania
wynosi od ułamka sekundy do kilku sekund. W przerwach pomiędzy pakietami kanał
radiowy jest więc wolny, co pozwala na prowadzenie w nim wielu niezależnych
łączności (jest to więc multipleks czasowy). Mamy tu do czynienia z tzw. kanałem
wirtualnym, w odróżnieniu od kanału zarezerwowanego występującego w łącznościach
RTTY, AMTOR, PACTOR lub fonicznych.

    Oprócz tego możliwe jest nadawanie pakietów przeznaczonych
dla wszystkich (typu UI) oraz nieselektywny odbiór wszystkich odebranych pakietów
(monitorowanie kanału).


3.1.1. PROTOKÓŁ DAMA

    Jednym z istotnych problemów występujących w sieciach radiowych
(a właściwie i w wielu rodzajach kablowych sieci komputerowych ale to nie stanowi tematu
naszych rozważań) są kolizje danych nadawanych przez stacje wchodzące w ich skład.
Kolizje te powodują straty danych i konieczność ich powtórzenia. Jak można łatwo
zauważyć zbyt duża liczba kolizji i spowodowanych nimi powtórzeń może w znacznym
stopniu ograniczyć przepustowość sieci lub w krańcowych przypadkach zablokować
całkowicie przepływ informacji. Dlatego też tak ważny jest wybór skutecznych
sposobów ograniczenia liczby kolizji tzn. sposobów przydzielania pozwolenia na
nadawanie. W odróżnieniu od kablowych sieci sieci komputerowych, w których można
oczekiwać że wszystkie podłączone stacje (komputery) odbierają się wzajemnie w
sieciach radiowych przeważnie przynajmniej część stacji nie słyszy się nawzajem.
Oznacza to, że uniknięcie (lub tylko minimalizacja) liczby kolizji jest zadaniem
o wiele trudniejszym i wymagającym podjęcia bardziej złożonych i przemyślanych
sposobów.

    W najbardziej rozpowszechnionym z nich stacja nadawcza
(a właściwie jej kontroler TNC) sprawdza zajętość kanału przed przejściem na
nadawanie i w miarę potrzeby odczekuje do jego zwolnienia. Po stwierdzeniu zwolnienia
się kanału stacja nie przechodzi odrazu na nadawanie, lecz odczekuje losowo wybrany
odcinek czasu (określony omówionym dalej parametrem DWAIT albo parametrami
PERSISTENCE i SLOTTIME), tak aby zmniejszyć prawdopodobieństwo kolizji z
pakietami innych stacji. Gdyby wszystkie stacje przechodziły na nadawanie w
tym samym momencie po zwolnieniu się kanału prowadziłoby to do ciągłych kolizji
i zablokowania kanału. Taka metoda dostępu zwana jest dostępem wielokrotnym z
wykrywaniem nośnej CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Accesss/Carrier Detect).
Pewnym udoskonaleniem algorytmu dostępu jest sposób polegający na generowaniu
liczby losowej i sprawdzaniu, czy jest ona mniejsza od ustalonej granicy (wartości
parametru PERSISTENCE). Jeżeli tak jest kontroler przechodzi na nadawanie, w
przypadku przeciwnym odczekuje ustalony odcinek czasu (określony za pomocą
wartości parametru SLOTTIME) po czym powtarza opisaną procedurę. W jednym i
w drugim przypadku możliwe jest unikniękie kolizji pakietów (lub zmniejszenie
jej prawdopodobieństwa) dla stacji słyszących się wzajemnie.

    Jeżeli stacje korzystające ze stacji przekaźnikowej lub
satelitarnej nie słyszą się wzajemnie na wejściu stacji przekaźnikowej dochodzić
będzie do częstych kolizji pakietów prowadzących w skrajnym przypadku do zablokowania
przekaźnika. Oczywistym sposobem uniknięcia tego jest zmniejszenie zasięgu stacji
przekaźnikowych, aby jak najwięcej jej użytkowników mogło się słyszeć wzajemnie.
Sprawa ta będzie omówiona w dalszym ciągu rozdziału.

    Niestety zmniejszenie zasięgu możliwe jest jedynie w przypadku
stacji naziemnych i nie wchodzi w grę w przypadku stacji satelitarnych albo stacji
krótkofalowych o dużym zasięgu. Spowodowało to opracowanie rozszerzenia protokółu
AX.25 znanego pod nazwą protokółu DAMA. W protokóle DAMA stacje użytkowników nawiązują
łączność ze stacją węzłową, po czym dalsza wymiana danych odbywa się wyłącznie pod
jej kontrolą. Stacja węzłowa DAMA odpytuje po kolei wszystkie połączone z nią stacje
indywidualne, a przypadku braku odpowiedzi po pewnym czasie skreśla je z listy.
Stacje nie mające przez pewien czas danych do nadania otrzymują niższe priorytety
i są rzadziej odpytywane. Po wznowieniu nadawania danych priorytety stacji są znowu
podwyższane. Wystąpienie kolizji możliwe jest jedynie w trakcie nawiązywania
połączenia przez nową stację. Wadą protokółu DAMA jest jednak to, że stacje
oczekujące dłużej na nadejście danych np. z odlegej skrzynki elektronicznej są
też ciągle odpytywane i w przypadku gdy większość stacji właśnie oczekuje na
nadejście danych lub gdy ze stacji węzłowej korzysta jedna albo niewiele stacji
indywidualnych zapytania przeważają nad użyteczną transmisją danych w
kanale.

    Analogicze protokóły stosowane są w profesjonalnych
łącznościach satelitarnych.


3.1.1.1. PARAMETRY KONTROLERÓW TNC DLA WSPÓŁPRACY Z WĘZŁAMI DAMA

    Dla czytelników zaznajomionych już z obsługą kontrolerów TNC
i z najważniejszymi parametrami protokółu AX.25 podaję poniżej zalecenia odnośnie
wartości parametrów istotnych dla współpracy z węzłami DAMA. Czytelnicy nie
zaznajomieni jeszcze w sposób wystarczający z tymi parametrami mogą opuścić ten
paragraf i zapoznać się z jego treścią później.

    Stacje indywidualne nie wyposażone w możliwość krzystania z
protokółu DAMA (posiadające kontorlery wyposażone w oprogramowanie TAPR) powinny ustawić
czas oczekiwania na pokwitowanie (parametr FRACK, czas T1) na wartość maksymalną, a czas
odstępu między odbiorem pakietu a nadaniem pokwitowania (RESPTIME, czas T2) i czas DWAIT
na zero, w niektórych wersjach oprogramowania TAPR wystarczy podanie rozkazu ACKPRIOR ON.
Czas TXDELAY powinien być ustawiony na minimum, zależne od szybkości przełączania na
nadwanie posiadanej radiostacji. Nieprzestrzeganie tych zasad powoduje nadanie przez
stację węzłową meldunków błędu, a po pewnym czasie rozłączenie użytkownika. Nowsze
wersje oprogramowania TF (od 2.6 wzwyż) i sterowniki dla trybu KISS (TFKISS) pozwalają
na automatyczne rozpoznanie użycia przez stację wezłową protokółu DAMA. Użycie
protokółu DAMA zależne jest od wyposażenia stacji węzłowej, a nie od wyposażenia
stacji użytkownika. W chwili obecnej protokół DAMA stosowany jest przez węzły
FLEXNET i TNN.










Wydanie z dn. 20.03.1999.

© Prawa autorskie Krzysztof Dąbrowski, OE1KDA.