Mitä on APRS ?

Systeemikuva

APRS on radioamatöörien käyttämä liikennöintimuoto, joka on suunniteltu luonteeltaan taktiseen käyttöön. Tavoitteena on välittää järjestelmän käyttäjille yhtenevä karttapohjalla näkyvä tilannekuva tapahtumasta, etsintätilanteesta tai esimerkiksi urheilukilpailusta, ja mahdollistaa lyhyiden tekstimuotoisten viestien välittäminen käyttäjien välillä. Viestejä voidaan lähettää bulletiineina suuremmalle joukolle vastaanottajia, tai henkilökohtaisina viesteinä käyttäjältä toiselle. Paikkatietoja voidaan lähettää liikkuvista kohteista (autot, veneet, lentokoneet) tai kiinteistä kohteista, kuten toistinasemista.

Paikkatietojen ja viestien lisäksi APRS mahdollistaa telemetrian, eli mittaustulosten välittämisen. Tyypillisesti tämä tarkoittaa akun jännitettä, toistinaseman jäähdytysrivan lämpötilaa tai jonkin kytkimen asentoa. Myös sääaseman keräämien tietojen välittämiseen on sovittu menetelmä.

Halpojen GPS-paikantimien yleistymisen ansiosta suosituin APRS:n käyttötarkoitus on kuitenkin liikkuvan aseman, esimerkiksi amatöörin oman auton, seuranta. Kotiväki näkee missä amatööri liikkuu, ja amatööri voi katsoa, mihin auto tuli jätettyä edellisiltana.

APRS-paketteja lähetetään pakettiradiosta tutulla tekniikalla, AX.25-protokollalla kapeakaistaisen FM-lähetteen päällä, yleensä 144 MHz amatöörialueella. Kun pakettiradion käyttö amatöörien välisessä suorassa viestinnässä on menettänyt merkitystään, on käytöstä poistuneille pakettiradiomodeemeille eli TNC:ille ja radioille löytynyt uusiokäyttöä APRS:n parissa. Suomessa ja valtaosassa eurooppaa on käytössä taajuus 144.800 MHz.

Radion ja TNC:n lisäksi tarvitaan tietokone, jossa on jokin APRS-käyttöön soveltuva ohjelma. Vaikka erillistä TNC:täkään ei olisi, radion voi kytkeä tietokoneen äänikorttiin, ja ajaa tietokoneessa sellaisen ohjelmallista vastinetta. Liikkuvalla asemalla paikkatietojen lähettämiseen on näppärintä käyttää tarkoitukseen erikseen suunniteltua tracker:ksi kutsuttua radion ja GPS-vastaanottimen väliin kytkettävää laitetta, tai GPS:ää lukuunottamatta kaikki mainitut komponentit sisältävää radiota (esim. kotimainen hamdr tai tietyt Kenwood:n mallit).

Sanan APRS selitetään nykyisin olevan lyhenne englanninkielisistä sanoista: Automatic Packet Reporting System, mutta alunperin se tuli kehittäjänsä Bob Bruningan, WB4APR:n kutsumerkistä. P-kirjaimella on ollut selitteenä myös "Position", mutta kun systeemille keksittiin paikkatiedottomia viestintäkäyttöjä, selitesanakin vaihtui.

APRS-verkon toiminta

APRS-asemat lähettävät tietoa vuorotellen samalla taajuudella APRS-paketteina. Yksi paketti sisältää esimerkiksi aseman sijainnin tai yhden tekstiviestin. Kuten FM-lähetteellä yleensä, samalla taajuudella ja kuuluvuusalueella voi kerrallaan lähettää vain yksi asema kerrallaan. Yhden paketin lähettäminen kestää asetuksista ja viestin pituudesta riippuen noin puoli sekuntia, ja kun paketti kulkee toistinasemien kautta, vie se maltillisillakin asetuksilla (WIDE2-2) helposti seitsemänkin sekuntia. Pureudumme tähän asiaan tarkemmin toisessa artikkelissa.

APRS-aseman lähettämissä paketeissa määritellään toivottu toistinasemapolku (path)

Kiinteät asemat lähettävät paikkatietonsa yleensä kiinteästi säädetyn ajan välein. Olisi toivottavaa, että intervalli olisi eri asemilla hieman eri pituinen, mieluiten joku satunnainen aika 20 ja 30 minuutin väliltä, etteivät kaikki asemat yrittäisi lähettää pakettiaan yhtä aikaa.

Liikkuvat asemat voivat liikkuessaan lähettää paikkatietoa useammin, mutta kuitenkin sen verran harvoin, että kanavalle mahtuvat muutkin asemat lähettämään. Fiksuimmat asemat käyttävät Smart Beaconing-algoritmia, joka lähettää paikkatiedon suoraan ajettassa aika harvoin, mutta kulkusuunnan muuttuessa useammin. Näin kartalle piirtyy kaunis reitti vähemmällä kanavan kuormituksella. Liikkuvan aseman ei normaalitilanteessa liikkuessaan kannata lähettää paikkatietoaan tiheämmin kuin kerran minuutissa. Paikalla ollessaan sopiva intervalli on kerran puolessa tunnissa.

Toistinasemat

Useimmilla APRS-asemilla on melko pienitehoiset lähettimet, ja ennen kaikkea niiden antennit sijaitsevat hyvin alhaalla. Jotta niiden lähettämät paketit kuuluisivat laajemmalla alueella, tarvitaan toistinasemia, jotka sijaitsevat korkealla olevissa mastoissa, kuulevat signaaleja laajalti ja joilla on hieman enemmän lähetystehoakin. Nämä toistinasemat toimivat pakettiradion alkuaikona käytettyjen digipeater-asemien tavoin, ja niitä kutsutaankin yleensä digipeatereiksi tai yksinkertaisesti digeiksi.

Harvaan asutulla seudulla ei tarvita kovin tiheää digipeater-verkkoa, jos digit vain ovat kyllin korkealla. Ruuhkaiselle seudulle, jossa APRS-liikennettä on enemmän, kannattaa rakentaa järjestelmä, jossa on yksi hyvälle paikalle sijoitettu tehokkaampi lähetin ja monta siihen kytkettyä vastaanotinta eri puolilla aluetta. Näin saadaan APRS-taajuuden kuormaa laskettua merkittävästi, kun samaa pakettia ei lähetetä moneen kertaan eri toistimien toimesta, mutta toistin kuulee silti hyvin eri katvealueilta lähetetyt paketit. Tampereella tällainen järjestelmä on jo tehtykin, ja Helsingissäkin sellaisen rakentamista on aloiteltu. Myös korkeamäkisillä seuduilla tiheämmästä vastaanotinverkosta on paljon hyötyä.

Yhdellä antennilla yhdessä paikassa toimiva digi on toki parempi kuin ei yhtään, mutta niiden sijoittelua ja asetuksia kannattaa harkita huolellisesti niin, ettei ruuhkaisen alueen liikenne kuulu kauas ympäristöönsä häiriten ruuhkattomampia seutuja. Digejä ei myöskään kannata rakentaa yhdelle seudulle liikaa, koska yksi digi voi paketteja toistaessaan kaksinkertaistaa APRS-taajuuden liikennemäärän, puolittaa taajuudelle mahtuvien pakettien määrän, ja näin jopa pienentää aluetta, jolle tietty paketti saadaan toistimilla kuultavaksi. Digipiitterien rakentamiseen halukkaille opastusta antaa "APRS-verkkoryhmä."

Toistinasema, joka ei ole luvanhaltijan välittömässä valvonnassa, tarvitsee radioamatöörimääräysten mukaisen automaattiaseman luvan.

(Oheiskuvitukseen http://wiki.ham.fi/Kuva:Pitka_aprs-polku.jpg - tai mielummin siitä painokelpoinen versio OH2MNI:ltä ?)

APRS ja Internet

APRS:n suosiota on voimakkaasti kasvattanut 1990-luvulla kehitetty APRS Internet System, APRS-IS. Se on Internetissä toimiva verkko, joka välittää paikallisista radioverkoista kuultuja sanomia, ja johon kytkeytymällä voi vastaanottaa koko muun maailman APRS-liikennettä. Verkkoon voi kytkeytyä APRS-ohjelmalla, ja siitä voidaan kerätä tietoa esimerkiksi WWW-pohjaisen karttapalvelun tietokantaan.

OH7LZB:n kehittämä http://aprs.fi/ on esimerkki mahdollisista lisäpalveluista. Web-palvelun kautta voidaan katsella APRS-näkymää Googlen karttojen ja satelliittikuvien avulla, selailla viestejä, ja seurata mitattuja sää- ja telemetriatietoja.

(Tämän voisi siirtää johonkin yleisempään vapepa-kappaleeseen pois Internetin luota, mainita siinä nettioptiona:) Esimerkiksi VaPePa:n toimintapaikalla voisi olla yksisuuntainen yhdyskäytäväasema (jos paikkakunnalla ei ole kiinteää vastaanottoon kykenevää iGatea/verkkoa) ja nettiyhteys (vaikkapa 3G:llä). Lopputuloksena on mahdollisuus seurata etsintäpartioita karttapohjalla lähes reaaliajassa ja niin monella selaimella kuin mille löytyy nettiyhteydet. Lisäksi vaikkapa aluehälytyskeskus voi seurata samaa näkymää internetistä. Norjalaiset ovat palvelua näin jo hyödyntäneetkin.

APRS-IS-verkkoa käytetään myös Citizens Weather Observer Program:n (CWOP) datan keruuseen. Siinä ei-amatöörit lähettävät kotonaan olevien havaintolaitteiden (esim. Davis:in säämittarit) mittaustuloksia verkon kautta 10-15 minuutin välein eri tietokantoihin.

(nettiversioon)

http://www.findu.com/

CWOP URL ?

Yksisuuntainen yhdyskäytäväasema: RX-igate

Paketteja radioverkosta yksisuuntaisesti APRS-IS-verkkoon välittävää asemaa kutsutaan RX-igateksi. Koska viestintä on kenen tahansa vapaasti vastaanotettavissa olevaa radioviestintää, RX-igaten pystyttämiseen ei tarvita erillisiä lupia, ei edes radioamatöörilupaa. Pystyttäminen on varsin helppoa, eikä vastaanottimia voi olla koskaan liikaa. Suomessa vastaanottimien verkko kattaa hyvin vain tiheämmin asutun seudun, suuremmat kaupungit sekä länsirannikon. Kalustoksi riittää jatkuvasti päällä oleva tietokone, 144 MHz vastaanotin ja TNC tai äänikortti. Ohjeita igaten pystyttämiseen seuraa toisessa artikkelissa ja niitä löytyy tämän artikkelin verkkoversion viitteissä.

Kaksisuuntainen yhdyskäytäväasema: TX-igate

TX-igate lähettää APRS-IS-verkosta vastaanottamiaan paketteja takaisin radioverkon puolelle, ja mahdollistaa APRS-tekstiviestien maailmanlaajuisen välittämisen. TX-igatella voidaan myös saada syrjäisellä ja muusta APRS-verkosta etäisyyden vuoksi täysin eristäytyneellä seudulla taajuudelle hieman aktiviteettia.

TX-igaten pystyttämisessä on kuitenkin käytettävä harkintaa, ettei siitä synny enemmän haittaa kuin hyötyä. Mikäli igate lähettää laajalta alueelta lähtöisin olevia paketteja, lähettää paketit toistinaseman läpi, tai esimerkiksi hyvän antennin ja suuren tehon ansiosta kuuluu laajalla alueella, se voi helposti saada APRS-taajuuden tukkoon niin, etteivät pienitehoisten liikkuvien asemien lähettämät paketit enää mene läpi. APRS on alunperin suunniteltu vain paikkatiedon välittämiseen pienehkön paikallisen alueen sisällä ja sen rajoituksien vuoksi on mahdotonta saada yhden aseman paikkatietoja näkymään koko maassa ilman että verkko alkaa sulaa käsiin.

Mikäli TX-igaten lähettämät paketit kulkevat digipeaterin kautta, ne saattavat aiheuttaa liikenteen moninkertaistumisen kauempana, ennestään ruuhkaisella alueella, vaikka igaten hiljaisilla kotikulmilla mitään ongelmaa ei syntyisikään. Vaikutus voi olla erittäin dramaattinen pienen kelipiikin sattuessa, jos alunperin etelästä kotoisin olevat paketit kuuluvat useamman pohjoisemman TX-igaten kautta uudelleen takaisin etelään.

Pääsääntöisesti TX-igaten kannattaa lähettää vain seudulla olevalle asemalle kohdistetut tekstiviestit. Mikäli muuta liikennettä lähetetään, sitä ei kannata lähettää digipeater-verkon yli, eikä kovin suurella teholla. Ennen uuden TX-igaten pystyttämistä kannattaa kysyä neuvoa parametreihin allekirjoittaneilta tai aprs@sral.fi-postituslistalta.

Muistathan että: kaksisuuntainen yhdyskäytävä, joka ei ole luvanhaltijan välittömässä valvonnassa tarvitsee radioamatöörimääräysten mukaisen automaattiaseman luvan.

Liikkuvan aseman tekeminen

Liikkuvalla APRS-asemalla tulisi olla jonkinlainen navigointilaite (nykyisin GPS) joka kertoo aseman ajantasaiset koordinaatit. Tällainen GPS-laite kytkettynä sarjalinjalla sopivaan ns. Tracker laitteeseen ja radioon mahdollistaa hetkittäisten sijaintikoordinaattien lähetyksen radioverkkoon ja sieltä edelleen kaiken nielevään internetin päällä palvelevaan APRS-IS runkoverkkoon, josta tiedot kulkeutuu mm. http://aprs.fi/ webiin.

Tracker laitteita ovat mm.:

Hamdr - MDR150 softamodifikaatio radioamatöörikäyttöön
Kenwoodin monet VHF radiot
TinyTracker sarja
OpenTracker sarja

Kahdessa ensimmäisessä on radio mukana, TT ja OT ovat yksinäisiä laitteita jotka tarvitsevat GPS:n ja ulkoisen radion.

Oleellista ovat seuraavat asetukset, detaljit hieman vaihtelevat:

Sanoman lähettäjän AX.25 osoite
Sanoman vastaanottajan AX.25 osoite on yleensä "APRS" tai joskus jotain muuta joka kertoo ohjelmiston
Sanoman välityspolkutiedoiksi mieluiten: WIDE1-1,WIDE2-1
Paikkatiedon oletuslähetysväliksi 5-8 minuuttia
Käynnistetään ns. "Smart Beaconing", jos sellaista laitteesta löytyy.

Paikkatiedon toistaminen enemmän kuin kahdesti tuolla WIDEn-N systeemillä ei ole suotavaa, eikä sellainen ole edes tarpeen. Mitä useammin pakettia toistetaan radioverkossa, sitä laajemmalle alueelle se leviää, yhdelläkin välittimellä helposti 100 kilometriä, mitä laajempi radiojakelu ei lähiseudun taktisen tilannetiedon suhteen välttämättä ole tarpeen. Sanoman välityspolun liika laveus on jopa erittäin haitallista: sen sijaan että sanoma leviäisi vain 100-200 km etäisyydelle, se saattaakin levitä Tampereen tienoilta lähetettynä kaikkialle Suomeen (WIDE4-4 riittää moiseen ylilyöntiin.) Lisäksi se saa tyypillisen 0.5 sekuntia kestävän lähetteen varaamaan radiokanavaa vastaavasti pitempään - jopa 20 sekuntia, kun sitä toistellaan useasti.

Lyhyellä välitysjakelulla ja harvalla toistovälillä kanavalle mahtuu enemmän käyttäjiä!

Aiheesta lisää:

http://wiki.ham.fi/APRS_digipiittauspolkuesimerkki

APRS ja koti-PC

TODO: PC ohjelmia ? Viite erillisiin artikkeleihin ?

APRS-IS-yhteyteen kykenevä aprs-sovellus, xastir, aprs-scs, winaprs, jne

APRS ja VHF keliseuranta

APRS digit ja Tx-iGatet lähettelevät omia tietojaan melko säännöllisesti radiolle ja keräämällä tietoa että mitkä kaikki digit/igatet ovat ne kuulleet, voidaan seurata 144 MHz bandin kelien kehittymistä.

Tämä ei onnistu normaalin APRS-IS verkon läpi, vaan ainoastaan silloin kun kaikki iGatet lähettävät kuulemansa paketit palvelimeen finland.aprs2.net porttiin 14580. Siellä on keino ottaa kaikki kuultu liikenne tutkintaan ilman duplikaattisuodattimia, jotka normaalitilanteessa poimivat samasta kuullusta paketista vain ensimmäisen palvelimelle ehtineen. Etenkin jos iGate lähettää liikennettä jonnekin muualle kuin edellämainittuun palvelimeen, normaali duplikaattisuodatin hävittää keliseurannan kaipaamat duplikaatit.