APRS esittely

Radioamatööriwikistä
Versio hetkellä 23. helmikuuta 2008 kello 20.03 – tehnyt >Oh7lzb (→‎APRS ja VHF keliseuranta)
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Luonnos artikkeliksi Vipuseen

Tämän artikkelin laajempi verkkoversio on osoitteessa: http://wiki.ham.fi/APRS_esittely

Mitä on APRS ?

Systeemikuva

APRS on radioamatöörien käyttämä liikennöintimuoto, joka on suunniteltu luonteeltaan taktiseen käyttöön. Tavoitteena on välittää järjestelmän käyttäjille yhtenevä, karttapohjalla näkyvä lähialueen 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, kuten autoista, veneistä ja lentokoneista, 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 1200 bit/s nopeudella 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:tä ei olisi, radion voi kytkeä tietokoneen äänikorttiin ja ajaa tietokoneessa sellaisen ohjelmallista vastinetta. Liikkuvalla asemalla paikkatietojen lähettämiseen on näppärintä käyttää tarkoitukseen erikseen suunniteltua trackeriksi kutsuttua radion ja GPS-vastaanottimen väliin kytkettävää laitetta tai radiota, joka sisältää GPS:ää lukuunottamatta kaikki mainitut komponentit (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 lähettää kerrallaan vain yksi asema. 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.

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. Paikallaan ollessa 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.

APRS-aseman lähettämissä paketeissa määritellään toistinasemapolku (path), joka kertoo, kuinka monen peräkkäisen toistinaseman toivotaan toistavan paketin. Suomessa suositeltava polku liikkuville asemille on WIDE2-2 ja kiinteille asemille (esim. digipeaterit, kotiasemat) WIDE2-1.

On tärkeää huomata, että polku määrittelee paketin levitysalueen säteen eikä absoluuttista toistinasemien määrää. Jos WIDE2-2 paketin kuulee suoraan kaksi toistinasemaa, molemmat toistavat paketin ja vaihtavat toistettuun pakettiin poluksi WIDE2-1. Tämän jälkeen molempien toistinasemien edelleen lähettämät paketit voivat kukin suunnallaan tulla yhden tai useamman toistimen toistamiksi, riippuen siitä, moniko toistin sattuu nuo WIDE2-1 paketit kuulemaan.

Esimerkki 1: Jos toistimia olisi 4 kappaletta suorassa rivissä ja kukin toistin kuulisi vain viereiset toistimet, kahden keskimmäisen toistimen kuulema WIDE2-2 paketti tulisi kaikkien neljän toistimen toistamaksi.

Esimerkki 2: Jos toistimia olisi 4 kappaletta neliön kulmissa ja ne kaikki kuulisivat neliön sisältä WIDE2-1 polulla lähetetyn paketin, tämäkin paketti tulisi kaikkien neljän toistamaksi.

Esimerkki 3: Jos paketilla olisi polku WIDE2-2 ja edellisen esimerkin neliön ulkopuolella olisi 8 toistinta lisää, paketti lähetettäisiin samalla taajuudella helposti 12 kertaa peräkkäin.

Harvaan asutulla seudulla ei tarvita kovin tiheää digipeater-verkkoa, jos digit vain ovat kyllin korkealla. Hyvin sijoitettu digi kattaa helposti 100 km halkaisijaltaan olevan alueen. 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, mutta toistin kuulee silti hyvin eri katvealueilta lähetetyt paketit. Tampereella tällainen järjestelmä on jo tehty ja Helsingissä sellaisen rakentamista on aloiteltu. Myös korkeamäkisillä seuduilla tiheämmästä vastaanotinverkosta on paljon hyötyä.

Yhdellä antennilla yhdessä paikassa toimiva digi on toki hyvä sekin. 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 törmäilyjen lisääntymisen myötä jopa pienentää aluetta, jolle tietty paketti saadaan toistimilla kuultavaksi. Digipiitterien rakentamiseen ja sijoittamiseen kannattaa pyytää vinkkejä aprs@sral.fi-postituslistalta.

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 voidaan 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.

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.

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 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.

Liikkuvan aseman tekeminen

Liikkuvalla APRS-asemalla tarvitaan GPS-vastaanotin, joka kertoo aseman kulloisenkin sijainnin. GPS:n sarjaportti kytketään ns. Tracker-laitteeseen, joka muodostaa sijainnin sisältävän APRS-paketin ja lähettää sen 2 metrin lähettimen avulla APRS-radioverkkoon.

Tracker-laitteita ovat mm.:

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

Oleellista ovat seuraavat asetukset, detaljit hieman vaihtelevat:

  • Sanoman lähettäjän AX.25-osoite eli oma radioamatöörikutsu
  • Sanoman vastaanottajan AX.25-osoite on yleensä "APRS" tai joskus jotain muuta joka kertoo ohjelmiston, esim. APZMDR
  • Sanoman digipeater-polku (path): WIDE2-2
  • Paikkatiedon lähetysintervalli, joko:
  • Smart Beaconing, minimiaika lähetysten välillä 1-2 minuuttia, maksimi 30 minuuttia
  • Ilman smart beaconingia: 4-8 minuuttia

Paikkatiedon toistaminen kahden peräkkäisen digin kautta (WIDE2-2) saavuttaa Suomessa halkaisijaltaan 300-400 km kuuluvuusalueen. Pidempi polku aiheuttaa jo tarpeetonta ruuhkaa. Lyhyellä polulla 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 pelastuspalvelu

APRS:n muodostama tilannekuva soveltuu hyvin vapaaehtoisen pelastuspalvelun käyttöön. Mikäli etsintä ei tapahdu olemassaolevan APRS-verkon kuuluvuusalueella, tapahtumapaikalle voi viedä väliaikaisen digin tai igaten, jolle saa nettiyhteyden vaikkapa 3G-verkon avulla. Tällöin tilannekuvaa voi seurata netin yli vaikka aluehälytyskeskuksesta. Norjalaiset meripelastajat ovat aprs.fi-palvelua näin jo hyödyntäneetkin. Useissa suomalaisten meripelastajien aluksissa on automaattiaseman luvilla toimivat APRS-trackerit.

APRS ja VHF keliseuranta

APRS-digit ja TX-igatet lähettelevät omia tietojaan melko säännöllisesti. Keräämäällä tietoa siitä, mitkä kaikki asemat ovat ne kuulleet, voidaan seurata 144 MHz bandin kelien kehittymistä. Koska APRS-IS suodattaa pois saman paketin duplikaatit, tämä ei onnistu normaalin APRS-IS verkon läpi. Kehitteillä onkin kotimainen APRS-IS-serveriohjelmisto, johon kytkeytyneistä igateista kuullut paketit saataisiin välitettyä kelivaroittimelle ilman duplikaattien suodatusta.

Lisätietoja

http://wiki.ham.fi/Luokka:APRS
CWOP: http://www.wxqa.com/
APRS-postituslista: http://sral.fi/mailman/listinfo/aprs/
Aktiivisia suomalaisia APRS-harrastajia löytyy IRCnet:n kanavalta #aprs