Struktura sieci APRS

APRS jest taktyczną komunikacją opartą na sieci przekaźników i bramek. Podstawowa komunikacja odbywa się na simpleksowej częstotliwości 144.800 MHz. Z założenia APRS nie służy pracy dx-owej, ale pozwala na przemierzanie długich dystansów przez stacje ruchome i pracę w sieci na tej samej częstotliwości i przy użyciu ogólnych standardowych adresów. W tym celu regiony pokryte są przekaźnikami (digi) o szerokim zasięgu nazywane WIDEn-n. Digi w pojęciu APRS jest przekaźnikiem cyfrowym pracującym na jednej i tej samej częstotliwości. Natomiast bramki w pojęciu APRS są przejściem pomiędzy różnymi warstwami sieci, a więc są powiązaniem komunikacji na różnych pasmach radiowych albo pomiędzy falami radiowymi a APRS-IS.

Digi na 144.800

Warstwa sieci na 144.800 jest podstawowa dla komunikacji APRS. Jej zasadniczym elementem jest przekaźnik cyfrowy, czyli digipeater, popularnie określany jako digi. Regionalny digi pozwala na wzajemne skomunikowanie stacji znajdujących się w jego zasięgu, a także pośredniczy w komunikacji z sąsiednimi regionami. Digi w APRS posiadają ogólne aliasy, takie jak WIDEn-n, oraz SSn-n (dla Polski jako SPn-n). W regionie może być tylko jeden digi pracujący jako WIDEn-n. W miejscach słabszego pokrycia przez digi regionalny, jego pracę wspierają domowe digi obsługujące alias WIDE1-1.

Wejście i wyjście każdego digi pracuje na tej samej częstotliwości. Nie tylko digi, ale także wszystkie inne stacje korzystające z sieci komunikują się na tej samej częstotliwości. W APRS nie ma węzłów i linków, jak w tradycyjnym packet radio. W Europie podstawowa sieć APRS funkcjonuje na częstotliwości 144.800 MHz, natomiast w USA na 144.390 MHz.

1. Na rysunku widać zasięg stacji ruchomej, której ramka packetowa dociera tylko do bliższej stacji mobilowej oraz do przekaźnika we własnym regionie Digi A.

2. Digi A powtarza odebraną ramkę packetową i dociera ona do wszystkich pozostałych stacji w jego zasięgu (w regionie) oraz do sąsiednich regionów – Digi B oraz Digi C.

3. Ramka zostaje powtórzona przez przekaźniki w sąsiednich regionach – Digi B oraz Digi C. Wówczas dociera ona do wszystkich stacji znajdujących się w zasięgu tych przekaźników. A także wraca do pierwotnego przekaźnika Digi A. Jednak Digi A teraz jej nie powtarza skoro powtarzał ją w ostatnich sekundach (duplicate checking).

Jeśli w którymś regionie znajduje się bramka internetowa (I-Gate), dane zostają przekazane do APRS-IS (APRS – Internet System). Na rysunku I-Gate znajduje się w regionie objętym przez Digi C. APRS-IS pozwala na bieżące korzystanie z bazy danych oraz na odtwarzanie danych archiwalnych.

Czy moja stacja powinna pracować jako Digi?

Nie! Chyba, że:

mobile - gdy jest taka potrzeba w czasie specjalnych akcji
portable - gdy jest taka potrzeba w czasie specjalnych akcji
domowa - WIDE1-1, jeśli uzupełnia pokrycie pobliskiego WIDEn-n
jest to regionalny Digi

Czy moja stacja powinna pracować jako IGate?

Nie! Chyba, że:

nie ma w tym terenie IGate pracującej 24/7
przekazujesz tylko i wyłącznie z radia do Internetu
pracujesz w koordynacji z innymi IGate w Twoim terenie

Dlaczego?

Bo inaczej następuje zapychanie lokalnej sieci APRS ramkami z Internetu.

Zalecane jest uaktywnienie swojej stacji jako jednostronny IGate podający do APRS-IS wszystko, co jest odbierane na antenie, ale bez wysyłania niczego z APRS-IS na fale radiowe. Taka konfiguracja jest bardzo pomocna dla zbierania danych APRS i przekazywania ich do systemu internetowego. Nawet jeśli każda stacja uaktywni taką opcję, to sieć radiowa na tym nie cierpi.

Digi uruchamiaj tam, gdzie jest taka potrzeba; RX-IGate uruchamiaj tam, gdzie tylko możesz!

Płynność sieci APRS

System APRS pozwala na pracę nieskończonej ilości stacji - wszystkie mogą odbierać podawane raporty, jednak liczba wysyłanych informacji do sieci ma swoje granice. W podstawowej warstwie sieci APRS na UKF stosowana jest prędkość 1200 bps i jest to podstawowy wyznacznik, ile informacji może być przekazanych w danym okresie do lokalnej sieci. Na falach krótkich, gdzie stosowane jest 300 bps, liczba ta będzie czterokrotnie mniejsza. Niekiedy spotyka się eksperymentalnie stosowane 9600 bps na paśmie 70 cm, ale sprzęt nie zawsze pozwala na pracę packet radio z taką prędkością i zauważane są komplikacje w pracy urządzeń GPS, których odbiór sygnałów z satelitów jest bliski czwartej harmonicznej pasma 70 cm.

Bob Bruninga WB4APR, określa maksymalną liczbę, lokalnie pracujących stacji w podstawowej warstwie sieci UKF, na około 50. Taka liczba stacji pozwala na zachowanie płynności sieci UKF. Wyliczenie to opiera się na założeniach, że w ciągu 30 minut może być wysłanych 360 ramek packetowych przy prędkości 1200 bps. Większa liczba ramek powoduje, że tylko część z nich jest czytelna, a liczba spada znacznie poniżej 360, gdyż często kolizja sygnałów eliminuje obie ramki. Częstotliwość wysyłania ramek jest szacunkowo przyjęta jako:

Rodzaj stacji	Liczba wysyłanych ramek przez stację w ciągu 30 minut	Całkowita liczba wysłanych ramek	Procentowy udział w zajmowaniu częstotliwości radiowej
30 stacji domowych	2	60	16%
3 lokalne DIGI (wysyłają beacon co 10 minut)	3	9	2,5%
9 DIGI z regionów nie sąsiadujących bezpośrednio	1	9	2,5%
5 stacji pogodowych w danym terenie	6	30	8%
4 stacje mobilowe wysyłające beacon co 5 minut	6	24	6%
4 stacje mobilowe wysyłające beacon co 3 minuty	10	40	11%
4 stacje mobilowe wysyłające beacon co 2 minuty	15	60	16%
4 stacje mobilowe wysyłające beacon co 1 minutę	30	120	33%

Wysyłane ramki to są zarówno beacony pozycji, jak też inne ramki, a więc status, wiadomości, obiekty, raporty dx itp.
Należy pamiętać, że ramki pochodzą od lokalnych stacji oraz docierają z innych regionów, a także niekiedy bramki internetowe dorzucają kolejną liczbę ramek. Lokalnie można zapanować nad pracą bramek internetowych, ale ramki przychodzące z odległych regionów z długą ścieżką, są zwykle poczytywane jako QRM.
Stacje niekiedy wydłużają swoje ramki przez przesadne komentarze w polu informacji i to pogarsza płynność sieci APRS. Komentarz powinien być zwięzły i istotny.
Bardzo pożyteczny dla płynności sieci jest skompresowany format pozycji Mic-E. W takim formacie wysłana ramka potrzebuje tylko 0,3 sekundy, a przekazuje te same informacje, które są zawarte w zwykłym formacie pozycji wymagającym dwu- lub nawet trzy- krotnie więcej czasu. Co więcej, krótkie ramki są skuteczniejsze, gdyż jest mniejsza szansa, że zostaną zagłuszone innymi sygnałami. Stephen WA8LMF przeprowadzał próby w zatłoczonej aglomeracji Los Angeles. W czasie jazdy w jedną stronę zaprogramował TinyTraka, aby beacony były wysyłane w skompresowanym formacie Mic-E, natomiast w drodze powrotnej, aby były wysyłane w zwykłym formacie. Kiedy sprawdził po powrocie w swojej domowej stacji, liczbę zalogowanych ramek, okazało się, że ramek Mic-E dotarło blisko dwa razy więcej niż zwykłych. Przemierzana trasa w obu kierunkach była identyczna.
Ścieżka wysyłanych wiadomości powinna być na tyle krótka, że dotrze do najbliższej bramki internetowej. Poprawnie skonfigurowane IGate będą pośredniczyły w przekazywaniu wiadomości do odpowiedniego regionu, gdzie znajduje się adresat, bez narażania ich na kolizje z innymi ramkami i bez obciążania sieci w pośrednich regionach.
Częstotliwość wysyłanych ramek od stacji mobilowych ma swoje odzwierciedlenie w płynności sieci, jak to widać w powyższej tabelce. Zalecane jest posłużenie się funkcją SmartBeaconning, która jest dostępna w TinyTraku, pozwala na uzależnienie odstępów czasowych w wysyłaniu beaconów od własnego ruchu, a co za tym idzie - nie blokowanie częstotliwości radiowej w czasie postoju, czy podczas korków ulicznych. I tak, gdy np. samochód stoi na parkingu będzie wysyłał beacony co pół godziny, jak stacja stała, ale kiedy jest na trasie, to będzie wysyłał co kilka minut albo i częściej. Ich natężenie będzie zależne od prędkości jazdy i zmian kierunku.
Płynność naszej lokalnej sieci możemy sprawdzić poprzez zwykłe odsłuchanie zajętości sygnałami packetowymi. Kiedy nie ma chwil ciszy na częstotliwości radiowej, to jest to symptom przeładowania sieci. Tak, jak my czekamy na ciszę radiową, tak oczekują inne stacje na swoją transmisję, im dłużej oczekują, tym więcej ich przybywa, kiedy pojawia się przerwa, to jest duże prawdopodobieństwo, że będą chciały równocześnie wysłać swoją ramkę.
Inny sposób, to obserwacja ilości pojawiających się ramek od stacji, o której wiemy, jak często je wysyła. Możemy procentowo policzyć, ile jej ramek skutecznie do nas dotarło. Do tego celu, dla stacji stałych, został wprowadzony kolejny parametr do PHG - mianowicie PHGR - ostatnia piąta cyfra mówi o ilości wysyłanych beaconów pozycji w ciągu godziny.