Radio por paquetes
Forma de comunicación de datos de radioaficionados utilizando el protocolo AX25
Controlador de nodo terminal Módem de radio por paquetes de 2400 baudios

En la radio digital , la radio por paquetes es la aplicación de técnicas de conmutación de paquetes a las comunicaciones por radio digital. La radio por paquetes utiliza un protocolo de conmutación de paquetes en lugar de un protocolo de conmutación de circuitos o de conmutación de mensajes para transmitir datos digitales a través de un enlace de comunicación por radio .

Los radioaficionados utilizan frecuentemente la radio por paquetes . El protocolo AX.25 (Amateur X.25) se derivó del protocolo de capa de enlace de datos X.25 y se adaptó para el uso de radioaficionados. Cada paquete AX.25 incluye el indicativo de radioaficionado del remitente, que satisface los requisitos de la FCC de EE. UU. para la identificación de estaciones de radioaficionados. AX.25 permite que otras estaciones repitan automáticamente los paquetes para ampliar el alcance de las transmisiones. Es posible que cualquier estación de paquetes actúe como un repetidor digital , vinculando estaciones distantes entre sí a través de redes ad hoc . Esto hace que la radio por paquetes sea especialmente útil para las comunicaciones de emergencia.

La radio por paquetes se puede utilizar en las comunicaciones móviles . Algunas estaciones de radio por paquetes móviles transmiten su ubicación periódicamente mediante el Sistema Automático de Informes de Paquetes (APRS). Si una estación "i-gate" recibe el paquete APRS, los informes de posición y otros mensajes se pueden enviar a un servidor de Internet y se pueden hacer accesibles en una página web pública. Esto permite a los operadores de radioaficionados rastrear la ubicación de vehículos, excursionistas, globos aerostáticos, etc., junto con la telemetría y otros mensajes en todo el mundo.

Algunas implementaciones de radio por paquetes también utilizan enlaces punto a punto dedicados, como TARPN. En casos como este, han surgido nuevos protocolos, como el Protocolo de Capa 2 Mejorado (IL2P), que admite la corrección de errores de reenvío para enlaces con señales débiles y ruidosas.

Historia

Los primeros modos de comunicación por radio digital fueron la telegrafía (usando el código Morse ), la teleimpresora (usando el código Baudot ) y el fax .

Aloha y PRNET

Dado que los circuitos de radio poseen inherentemente una topología de red de difusión (es decir, muchos o todos los nodos están conectados a la red simultáneamente), uno de los primeros desafíos técnicos a los que se enfrentó la implementación de redes de radio por paquetes fue un medio para controlar el acceso a un canal de comunicación compartido para evitar colisiones de señales. El profesor Norman Abramson de la Universidad de Hawai dirigió el desarrollo de una red de radio por paquetes conocida como ALOHAnet y realizó una serie de experimentos a partir de la década de 1970 para desarrollar métodos para arbitrar el acceso a un canal de radio compartido por parte de los nodos de la red. Este sistema operaba en frecuencias UHF a 9.600 baudios. De este trabajo se derivó el protocolo de acceso múltiple Aloha . Las mejoras posteriores en las técnicas de acceso al canal realizadas por Leonard Kleinrock et al. en 1975 llevarían a Robert Metcalfe a utilizar protocolos de acceso múltiple con detección de portadora (CSMA) en el diseño de la ahora común tecnología de red de área local (LAN) Ethernet .

Entre 1973 y 1976, DARPA creó una red de radio por paquetes llamada PRNET en el área de la bahía de San Francisco y realizó una serie de experimentos con SRI para verificar el uso de los protocolos de comunicaciones ARPANET (un precursor de Internet ) (más tarde conocido como IP ) sobre enlaces de radio por paquetes entre nodos de redes fijas y móviles. [1] Este sistema era bastante avanzado, ya que utilizaba técnicas de modulación de espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS) y corrección de errores hacia adelante ( FEC ) para proporcionar canales de datos de 100 kbit/s y 400 kbit/s. Estos experimentos se consideraron generalmente exitosos y también marcaron la primera demostración de interconexión de redes , ya que en estos experimentos los datos se enrutaban entre las redes ARPANET, PRNET y SATNET (una red de radio por paquetes satelitales). A lo largo de los años 1970 y 1980, DARPA operó varias redes de radio por paquetes terrestres y satelitales conectadas a ARPANET en varias instalaciones militares y gubernamentales.

Radio Amateur por Paquetes y la AMPRNet

Los radioaficionados comenzaron a experimentar con la radio por paquetes en 1978, cuando, después de obtener la autorización del gobierno canadiense, Robert Rouleau, VE2PY; Bram Frank, VE2BFH; Norm Pearl, VE2BQS; y Jacques Orsali, VE2EHP [2] del Club de Radioaficionados de Montreal , Quebec , comenzaron a experimentar con la transmisión de datos codificados en ASCII sobre frecuencias de radioaficionados VHF utilizando equipos de fabricación casera. [3] En 1980, Doug Lockhart VE7APU y el Grupo de Comunicaciones Digitales del Área de Vancouver (VADCG) en Vancouver , Columbia Británica, comenzaron a producir equipos estandarizados ( controladores de nodo terminal ) en cantidad para su uso en redes de radioaficionados por paquetes. En 2003, Rouleau fue incluido en el salón de la fama de la revista CQ Amateur Radio por su trabajo en el Protocolo de Montreal en 1978. [4]

Poco después de que esta actividad comenzara en Canadá, los aficionados en los EE. UU. comenzaron a interesarse por la radio por paquetes. En 1980, la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos (FCC) otorgó autorización para que los aficionados de los Estados Unidos transmitieran códigos ASCII a través de la radioafición. [5] Los repetidores pueden estar diseñados para la radioafición por paquetes, estos se denominan "digipeaters". La primera actividad de radioafición por paquetes conocida en los EE. UU. ocurrió en San Francisco durante diciembre de 1980, cuando Hank Magnuski KA6M y la Pacific Packet Radio Society (PPRS) pusieron en funcionamiento un repetidor de paquetes en 2 metros . [6] En consonancia con el dominio de DARPA y ARPANET en ese momento, la naciente red de radioafición por paquetes se denominó AMPRNet al estilo de DARPA. [ cita requerida ] Magnuski obtuvo asignaciones de direcciones IP en la red 44.0.0.0 / 8 para uso de radioafición en todo el mundo.

Pronto se formaron en todo el país muchos grupos de operadores de radioaficionados interesados ​​en la radio por paquetes, entre ellos la Pacific Packet Radio Society (PPRS) en California , la Tucson Amateur Packet Radio Corporation (TAPR) en Arizona y la Amateur Radio Research and Development Corporation (AMRAD) en Washington, DC [7].

En 1983, TAPR ofrecía el primer TNC disponible en formato kit. La radio por paquetes comenzó a ser cada vez más popular en América del Norte y en 1984 comenzaron a aparecer los primeros sistemas de tablones de anuncios basados ​​en paquetes . La radio por paquetes demostró su valor para las operaciones de emergencia después del accidente de un avión de Aeroméxico en un vecindario de Cerritos, California , en agosto de 1986. Los voluntarios conectaron varios sitios clave para pasar el tráfico de texto a través de la radio por paquetes, lo que mantuvo despejadas las frecuencias de voz.

Para una descripción objetiva de los primeros desarrollos en la radio por paquetes para aficionados, consulte el artículo "La radio por paquetes en el servicio de aficionados". [8] [5]

Conceptos

La radio por paquetes se puede diferenciar de otros esquemas de conmutación de radio digital por los siguientes atributos:

  • Los datos transmitidos se dividen en paquetes, cada uno de los cuales contiene una dirección de destino (y normalmente la de origen).
  • Un mensaje transmitido puede dividirse en una secuencia de paquetes antes de la transmisión, que luego se vuelven a ensamblar en el mensaje original al recibirse.
  • Los paquetes para múltiples destinos se pueden transmitir en el mismo enlace de radio de manera asincrónica
  • Un paquete puede estar dirigido a todos los destinatarios posibles en lugar de a uno específico ( difusión )
  • Un paquete puede ser almacenado y posteriormente reenviado hacia su destino por un nodo de red.

Esto es muy similar a cómo se transfieren los paquetes de datos entre nodos en Internet .

Uno de los primeros retos a los que se enfrentan los radioaficionados al implementar la radio por paquetes es que casi todos los equipos de radioaficionados (y la mayoría de los equipos comerciales/militares excedentes) han sido diseñados históricamente para transmitir voz, no datos. Como cualquier otro sistema de comunicaciones digitales que utiliza medios analógicos, los sistemas de radio por paquetes requieren un módem. Dado que el equipo de radio que se utilizaría con el módem estaba destinado a la voz, los primeros sistemas de radio por paquetes para aficionados utilizaban módems AFSK que seguían los estándares telefónicos (en particular, el estándar Bell 202 ). Si bien este enfoque funcionaba, no era óptimo, porque utilizaba un canal FM de 25 kHz para transmitir a 1200 baudios. Cuando se utiliza una modulación FSK directa como el módem de radio por paquetes de G3RUH, se realiza fácilmente una transmisión de 9600 baudios en el mismo canal. Además, las características de banda base del canal de audio proporcionado por las radios de voz suelen ser bastante diferentes de las de los canales de audio telefónicos. Esto llevó a la necesidad en algunos casos de habilitar o deshabilitar circuitos de preénfasis o desénfasis en las radios y/o módems.

Otro problema al que se enfrentaron los primeros "paqueteros" fue la cuestión de la transferencia de datos asíncrona frente a síncrona . En ese momento, la mayoría de las computadoras personales tenían puertos serie RS-232 asíncronos para las comunicaciones de datos entre la computadora y dispositivos como módems. El estándar RS-232 especifica un modo asíncrono de transmisión de datos de inicio y parada en el que los datos se envían en grupos (caracteres) de 7 u 8 bits. Desafortunadamente, los módems AFSK simples que se usan normalmente no proporcionan una señal de temporización para indicar el inicio de una trama de paquete . Eso llevó a la necesidad de un mecanismo que permitiera al receptor saber cuándo comenzar a ensamblar cada trama de paquete. El método utilizado se llama trama asíncrona . El receptor busca el "octeto límite de trama" y luego comienza a decodificar los datos del paquete que lo siguen. Otro octeto límite de trama marca el final de la trama de paquete.

Es posible realizar varias "conversaciones" de datos en un solo canal de radio durante un período finito.

Una estación de radio por paquetes básica consta de una computadora o terminal tonta, un módem y un transceptor con una antena . Tradicionalmente, la computadora y el módem se combinan en una unidad, el controlador de nodo terminal (TNC), con un terminal tonto (o emulador de terminal ) utilizado para ingresar y mostrar datos. Cada vez más, las computadoras personales están asumiendo las funciones del TNC, con el módem como una unidad independiente o implementado completamente en software . Alternativamente, varios fabricantes (incluidos Kenwood y Alinco) ahora comercializan radios portátiles o móviles con TNC incorporados, lo que permite la conexión directa al puerto serie de una computadora o terminal sin necesidad de otro equipo. La computadora es responsable de administrar las conexiones de red, formatear los datos como paquetes AX.25 y controlar el canal de radio. Con frecuencia, también proporciona otras funciones, como un sistema de tablón de anuncios simple para aceptar mensajes mientras el operador está ausente.

Capas

Siguiendo el modelo OSI , las redes de radio por paquetes se pueden describir en términos de los protocolos de capa física , de enlace de datos y de red en los que se basan.

Físico

Ejemplo de transmisión de paquetes de radio a 1.200 bits por segundo
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Los módems utilizados para la radio por paquetes varían en cuanto a capacidad de procesamiento y técnica de modulación, y normalmente se seleccionan para que coincidan con las capacidades del equipo de radio en uso. El método más comúnmente utilizado es el que utiliza modulación por desplazamiento de frecuencia de audio ( AFSK ) dentro del ancho de banda de voz existente del equipo de radio. Las primeras estaciones de radio por paquetes para aficionados se construyeron utilizando módems Bell 202 de 1200 bit/s excedentes y, a pesar de su baja velocidad de datos, la modulación Bell 202 ha seguido siendo el estándar para la operación VHF en la mayoría de las áreas. Más recientemente, 9600 bit/s se ha convertido en una alternativa popular, aunque técnicamente más exigente. En frecuencias de HF , se utiliza la modulación Bell 103 , a una velocidad de 300 bit/s.

Por razones históricas, todas las modulaciones comúnmente utilizadas se basan en una idea de modificación mínima de la radio en sí, generalmente simplemente conectando la salida de audio de la computadora directamente a la entrada del micrófono del transmisor y la salida de audio del receptor directamente a la entrada del micrófono de la computadora. Al agregar una señal de salida de encendido del transmisor ("PTT") para el control del transmisor, se ha creado un módem de radio . Debido a esta simplicidad, y simplemente teniendo microchips adecuados a mano, la modulación Bell 202 se convirtió en la forma estándar de enviar los datos de radio por paquetes a través de la radio como dos tonos distintos. Los tonos son de 1200 Hz para Mark y 2200 Hz para Space (desplazamiento de 1000 Hz). En el caso de la modulación Bell 103 , se utiliza un desplazamiento de 200 Hz. Los datos se codifican de forma diferencial con un patrón NRZI , donde un bit de datos cero se codifica mediante un cambio en los tonos y un bit de datos uno se codifica sin cambio en los tonos.

Las formas de lograr velocidades superiores a 1200 bits/s incluyen el uso de chips de módem telefónico a través de los conectores de salida de audio y micrófono. Se ha demostrado que esto funciona a velocidades de hasta 4800 bit/s utilizando módems de fax V.27 en modo semidúplex. Estos módems utilizan modulación por desplazamiento de fase que funciona bien cuando no hay modulación por desplazamiento de amplitud , pero a velocidades más rápidas, como 9600 bit/s, los niveles de señal se vuelven críticos y son extremadamente sensibles al retardo de grupo en la radio. Estos sistemas fueron desarrollados por Simon Taylor (G1NTX) y Jerry Sandys (G8DXZ) en la década de 1980. Otros sistemas que implicaban una pequeña modificación de la radio fueron desarrollados por James Miller (G3RUH) y funcionaban a 9600 bit/s.

Los controladores de nodo AFSK de 1200 bit/s en 2 metros (144–148 MHz) son los más comunes en la radio por paquetes. Para la radio por paquetes UHF/VHF de 1200/2400 bit/s, los aficionados utilizan radios de voz FM de banda estrecha que se encuentran comúnmente disponibles. Para los paquetes de HF, se utilizan datos de 300 bit/s sobre modulación de banda lateral única ( SSB ). Para los paquetes de alta velocidad (9600 bit/s en adelante), se deben utilizar radios especiales o radios FM modificadas.

Se han desarrollado módems personalizados que permiten velocidades de transmisión de 19,2 kbit/s, 56 kbit/s e incluso 1,2 Mbit/s a través de enlaces de radioaficionados en frecuencias permitidas por la FCC de 440 MHz y superiores. Sin embargo, se necesita un equipo de radio especial para transmitir datos a estas velocidades. La interfaz entre el "módem" y la "radio" se encuentra en la parte de frecuencia intermedia de la radio, a diferencia de la sección de audio que se utiliza para el funcionamiento a 1200 bit/s. La adopción de estos enlaces de alta velocidad ha sido limitada.

En muchas aplicaciones comerciales de radio de datos no se utiliza modulación de banda base de audio. Los datos se transmiten alterando la frecuencia de salida del transmisor entre dos frecuencias distintas (en el caso de la modulación FSK, existen otras alternativas).

La banda de 2,4 GHz "Wi-Fi" se superpone parcialmente a una banda de radioaficionados, por lo que los operadores de radioaficionados con licencia pueden adaptar y utilizar hardware Wi-Fi comercial a niveles de potencia más altos, aunque las restricciones a la radioafición limitan el atractivo de utilizar la radio por paquetes para conectarse a Internet. Las regulaciones de la FCC de EE. UU. no permiten que las comunicaciones de radioaficionados sean cifradas o privadas, además de otras restricciones de contenido. [9]

Las redes de radio por paquetes se basan en el protocolo de capa de enlace de datos AX.25 , derivado del conjunto de protocolos X.25 y pensado específicamente para el uso de radioaficionados. A pesar de su nombre, AX.25 define tanto la capa física como la capa de enlace de datos del modelo OSI. (También define un protocolo de capa de red, aunque rara vez se utiliza). [10]

Red

La radio por paquetes se ha utilizado con mayor frecuencia para conexiones directas de teclado a teclado entre estaciones, ya sea entre dos operadores en vivo o entre un operador y un sistema de tablón de anuncios . No se requieren servicios de red por encima de la capa de enlace de datos para estas aplicaciones.

Para proporcionar un enrutamiento automático de datos entre estaciones (importante para la entrega de correo electrónico ), se han desarrollado varios protocolos de capa de red para su uso con AX.25. Los más destacados entre estos protocolos de capa de red son NET/ROM y TheNET, ROSE, FlexNet y TexNet.

En principio, se puede utilizar cualquier protocolo de capa de red, incluido el omnipresente Protocolo de Internet .

Implementaciones

Muchas operaciones comerciales, en particular las que utilizan el servicio de despacho de vehículos (por ejemplo, taxis, grúas, policía) se dieron cuenta rápidamente del valor de los sistemas de radio por paquetes para proporcionar sistemas de datos móviles simples. Esto condujo al rápido desarrollo de una serie de sistemas comerciales de radio por paquetes: [11]

  • MDI (1979)
  • El sistema de control de la droga (1984)
  • DRN (1986)
  • Mobitex (1986)
  • ARDIS (1990)
  • La CDPD permitió que los datos de paquetes se transportaran a través de redes de telefonía celular analógicas AMPS
  • GPRS es el servicio de paquetes de datos proporcionado por la red de telefonía celular GSM.

Véase también

Referencias

  1. ^ Okin, JR (2005). La revolución de Internet: una guía para principiantes sobre la historia, la tecnología y el uso de Internet , pág. 81. Ironbound Press. ISBN  0-9763857-6-7 .
  2. ^ Escribí el código para la demostración el 31 de mayo de 1978 en la reunión MARC en Montreal
  3. ^ Rouleau, Robert y Hodgson, Ian (1981). Packet Radio . Tab Books, Blue Ridge Summit, PA. ISBN 0-8306-9628-8 . 
  4. ^ "El Salón de la Fama de la Radio Amateur de CQ" (PDF) . Radio Amateur de CQ . Junio ​​de 2007. Archivado desde el original (PDF) el 2008-12-03 . Consultado el 2009-05-02 .
  5. ^ ab Mendelsohn, Alex. «Amateur Packet – A Brief Chronology: Phase 1 (1970–1986)». Archivado desde el original el 29 de enero de 2001. Consultado el 9 de agosto de 2009 .Vea cómo la FCC da el visto bueno y realiza modificaciones
  6. ^ Kenney, Larry "Introducción a la radio por paquetes – Parte 1", "Una breve historia – Cómo empezó todo". Consultado el 9 de agosto de 2009.
  7. ^ Liga Americana de Retransmisiones por Radio (2008). "Manual digital VHF de la ARRL", págs. 1–2, Liga Americana de Retransmisiones por Radio. ISBN 0-87259-122-0 . 
  8. ^ Karn, P. Price H. Diersing, R. (mayo de 1985). "Radio por paquetes en el servicio de aficionados", págs. 431–439, "Revista IEEE sobre áreas seleccionadas en comunicaciones". ISSN 0733-8716.
  9. ^ Seguridad e integridad de datos en una red de radioaficionados moderna – Por: Paul J. Toth – NA4AR "HSMM y seguridad de la información", por K8OCL CQ-VHF otoño de 2004 – vista previa a través del sitio web de CQ-VHF "El cifrado de datos es legal", N2IRZ, CQ Magazine agosto de 2006 – vista previa del TAPR PSR de verano de 2006 http://www.arrl.org/files/file/About%20ARRL/Committee%20Reports/2004/July/HSMM.pdf
  10. ^ Protocolo de acceso al enlace AX.25 para radioaficionados por paquetes: la especificación oficial, de Tucson Amateur Packet Radio
  11. ^ DeRose, James F. (1999). "The Wireless Data Handbook", págs. 3-7. Wiley-Interscience; 4.ª edición. ISBN 0-471-31651-2 . 

Lectura adicional

  • Lynch, Clifford A.; Brownrigg, Edwin B. (1987). Redes de radio por paquetes . Pergamon Press. ISBN 0-08-035913-2.
  • Okin, JR (2005). La revolución de Internet: una guía para principiantes sobre la historia, la tecnología y el uso de Internet . Ironbound Press. ISBN 0-9763857-6-7.
  • Rouleau, Robert; Hodgson, Ian (1981). Radio por paquetes . TAB Books. ISBN 0-8306-1345-5.
  • Don Rotolo, N2IRZ (julio de 2015). "Redes de paquetes y TARPN". CQ Amateur Radio . 71 (7): 82–84. ISSN  0007-893X.{{cite journal}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )
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