Пакетні Радіомодеми

Передача даних по радіоканалу в багатьох випадках надійніше і дешевше, ніж передача по комутованих чи орендований каналах, і особливо по каналах стільникових мереж зв'язку. У ситуаціях, що характеризуються відсутністю розвиненої інфраструктури зв'язку, використання радіозасобів для передачі даних часто є єдино розумним варіантом організації зв'язку. Мережа передачі даних з використанням радіомодемів може бути оперативно розгорнена практично в будь-якому географічному регіоні. Залежно від використовуваних приймачів (радіостанцій) така мережа може обслуговувати своїх абонентів у зоні радіусом від одиниць до десятків і навіть сотень кілометрів. Величезну практичну цінність радіомодеми мають там, де необхідна передача невеликих обсягів інформації (документів, довідок, анкет, телеметрії, відповідей на запити до баз даних і т.п.).

Радіомодеми часто називають пакетними контролерами (TNC - Terminal Node Controller) з причини того, що до їх складу входить спеціалізований контролер, який реалізує функції обміну даними з комп'ютером, управління процедурами форматування кадрів і доступу до загальному радіоканалу відповідно до реалізованим методом множинного доступу. Розглянуті тут радіомодеми багато в чому схожі на інтелектуальні модеми для телефонних каналів КТСОП. Головне ж їх відмінність у тому, що радіомодеми орієнтовані для роботи в єдиному радіоканалі з багатьма користувачами (в каналі множинного доступу), а не в каналі типу "точка-точка".

Алгоритми функціонування пакетних радіомереж регламентуються Рекомендацією АХ.25.

10.1. Стандарт АХ. 25

Рекомендація АХ.25 встановлює єдиний протокол обміну пакетами, тобто обов'язковий для всіх користувачів пакетних радіомереж порядок здійснення обміну даними. Стандарт АХ.25 являє собою спеціально перероблену для пакетних радіомереж версію стандарту Х.25.

Особливість пакетних радіомереж полягає в тому, що один і той же радіоканал використовується для передачі даних усіма користувачами мережі в режимі множинного доступу. Протокол обміну АХ.25 передбачає множинний доступ до каналу зв'язку з контролем зайнятості. Всі користувачі (станції) мережі вважаються рівноправними. Перш ніж почати передачу радіомодем перевіряє вільний канал чи ні. Якщо канал зайнятий, то передача своїх даних радіомодемом відкладається до моменту його звільнення. Якщо радіомодем виявляє канал вільним, то він відразу ж починає передачу своєї інформації. Очевидно, що в той же самий момент може почати передачу і будь-який інший користувач даної радіомережі. У цьому випадку відбувається накладання (конфлікт) сигналів двох радіомодемів, в результаті чого їх дані з високою ймовірністю серйозно спотвориться під впливом взаємних перешкод. Радіомодем-передавач дізнається про це отримавши негативне підтвердження на переданий пакет даних від радіомодеми-одержувача або в результаті перевищення часу тайм-ауту. У такій ситуації він зобов'язаний буде повторити передачу цього пакета по вже описаного алгоритмом.

При пакетного зв'язку інформація в каналі передається у вигляді окремих блоків - кадрів. В основному їх формат відповідає формату кадрів відомого протоколу HDLC, проте є відмінності, що розглядаються далі.

10.2. Формат кадрів

Відповідно до Рекомендації АХ.25 кадри поділяються на службові та інформаційні та мають наступний формат:

Початок і кінець кадру відзначаються прапорами FLAG, тобто комбінаціями виду, що полегшує прийом кадру на тлі перешкод. Поле адреси ADRES містить адреси відправника, одержувача і станцій-ретрансляторів, якщо такі є. Розмір адресного поля може складати від 14 до 70 байт.

Поле управління CONT визначає тип кадру: інформаційний чи службовий. Службові кадри, у свою чергу, можуть підрозділятися на суперві-Зорн і ненумерованих. Супервізорние кадри служать для підтвердження прийому неспотворених перешкодами кадрів або для запиту повторної передачі спотворених кадрів. Ненумерованих кадри призначені для встановлення логічного з'єднання і у випадках управління обміном у мережі.

Довжина інформаційного поля INFORM, що представляє собою пакет мережевого рівня, в пакетних радіомережах зазвичай не перевищує кілька сотень байт. Збільшення довжини інформаційного поля призводить до підвищення вірогідності поразки перешкодою і збільшенням часу очікування передачі пакетів іншими користувачами.

При реалізації мережевого (третього) рівня протоколу АХ.25 використовується поле визначення протоколу, яке виступає як частина інформаційного поля і не є обов'язковим.

Контрольне поле кадру (CRC-16) призначений для виявлення помилок в кадрі під час його передачі.

Адресне поле може містити від двох до десяти логічних адрес. Найпростішим випадком є адресне поле з двох адрес (два користувача). Якщо користувачі знаходяться поза зона радіовидимості, то можуть використовувати радіомодеми інших користувачів мережі в як ретрансляторів. Таких ретрансляторів для одного логічного каналу може бути до восьми. Адреса ретрансляторів також присутні в адресному полі кадру. Таким чином поля адреси ділиться на три підполя: одержувача, відправника і ретранслятора. Формат адресного поля наступний:

, внесені до нього адреси можуть складатися не більше ніж з шести символів. Якщо адреса складається менше ніж з шести символів, він доповнюється відповідною кількістю пробілів.

Після адреси в кожному підполе йде вторинний код користувача (станції) SSID (Secondary Station IDentifier). Це деяке число від 0 до 15. Воно визначає рівень сервісу даного користувача, наприклад, що він має кілька станцій пакетної радіозв'язку, що працюють в різних діапазонах, підтримує функції електронної поштової скриньки BBS, чи є мережевим вузлом-ретранслятором NET/ROM. Звичайний користувач працює без вторинного ідентифікатора або з ідентифікатором рівним 1. Ідентифікатор BBS і вузлової станції може дорівнювати значенням від 2 до 9. При проходженні кадру транзитом через вузол NET/ROM вторинний ідентифікатор отримує значення від 10 до 15, залежно від того, через скільки вузлових станцій він пройшов.

Значення ідентифікатора в двійковому вигляді займає чотири біта - з другого по п'ятий у байті, наступного після кожного адреси. Перший біт байта використовується як ознака кінця адресного поля. Якщо він дорівнює одиниці, то це ознака останнього банта адресного поля. Для шостого та сьомого бітів розглянутого байти немає певного призначення, і вони можуть використовуватися в окремих мережах на розсуд її користувачів або адміністратора мережі, якщо такий є.

Восьмий біт в останньому байті підполя відправника та одержувача завжди встановлюється в нуль. У підполе ретранслятора його встановлюють у одиницю, якщо кадр пройшов через ретранслятор, і в нуль, якщо ні. Встановлення біта ретранслятора необхідно для того, щоб ретранслятори, що знаходяться в зоні радіовидимості один одного, дотримувалися черговості передачі кадрів через себе і виконували цю процедуру строго в порядку, зазначеному відправником кадру.

Управляюче поле містить інформацію про тип кадру, яка використовується для визначення призначення повідомлення. Протокол АХ.25 використовує три основних типи кадрів: I - інформаційні, які містять інформацію користувача або прикладного процесу; S - супервізорние (службові), що підтверджують правильний прийом кадру або які містять запит на видачу чергового інформаційного кадру; U - ненумерованих кадри, керуючі запитами на з'єднання-роз'єднання.

Крім того, що управляє поле містить номер кадру, який очікує прийняти радіомодем кореспондента-одержувача. Для повторної передачі спотворених кадрів використовуються механізм ARQ типу GBN і SR.

Інформаційне поле кадру містить інформаційний пакет розміром до 256 байт. При передачі текстової інформації в термінальному режимі інформаційне поле являє собою послідовність символів користувача, які при прийомі відображається на екрані комп'ютера кореспондента.

Іноді перший байт інформаційного поля виступає в якості самостійного підполя-ідентифікатора протоколу. Це відбувається при використанні мережного (третього) рівня протоколу АХ.25 при проходженні пакета через станції NET/ROM.

Контрольне поле кадру, як і в інших протоколах, служить для перевірки правильності передачі даних. Формування контрольного поля кадру відбувається при використанні утворює полінома CRC-1 б ^ x ^ =- c + х + х 1 у відповідності з алгоритмом, наведеним у Рекомендації ISO 3309, аналогічно правилам формування контрольного поля кадру протоколів HDLC і V.42. При прийомі також підраховується контрольне поле, яке порівнюється з прийнятим значенням. При розбіжності контрольних послідовностей здійснюється запит повторної передачі кадру.

10.3. Фізична реалізація радіомодемів

Типова станція пакетного зв'язку включає в себе комп'ютер (зазвичай портативний типу notebook), власне радіомодем (TNC), приймач (радіостанція) УКХ або КВ-діапазону (рис. 10.1).

Рис. ЮЛ. Склад станції пакетного зв'язку

Комп'ютер взаємодіє з радіомодемом за допомогою одного з відомих ітерфейсов DTE-DCE. Практично завжди застосовується послідовний інтерфейс RS-232. Передані з комп'ютера в радіомодем дані можуть бути або командою, якою інформацією, призначеної для передачі по радіоканалу. У першому випадку команда декодується і виконується, у другому - формується кадр відповідно до протоколу АХ.25. Перед безпосередньою передачею кадру послідовність його бітів кодується лінійним кодом без повернення до нуля NRZ-I (Non Return to Zeroln-verted). Згідно правила кодування NRZ-I перепад фізичного рівня сигналу відбувається у випадку, коли у вихідній послідовності даних зустрічається нуль. Тимчасова діаграма, що пояснюють процес кодування кодом NRZ-I наведена на рис. 10.2.

Пакетний радіомодем являє собою сукупність двох пристроїв:

власне модему і власне контролера TNC. Контролер і модем пов'язані між собою чотирма лініями (на рис. 10.1 не показані): TxD - для передачі кадрів в коді NRZ-I, RxD - для прийому кадрів від модему також в коді NRZ-I, РТТ - для подачі сигналу включення модулятора і DCD - Для подачі сигналу зайнятості каналу з модему до контролера. Зазвичай модем і пакетний контролер конструктивно виконуються в одному корпусі (мал. 10.1). Це і є причиною того, що пакетні радіомодеми називають контролерами TNC.

Рис. 10.2. Процес кодування кодом NRZ-I

Рис. 10.3. Пакетні радіомодеми

Перед передачею кадру контролер включає модем за допомогою сигналу по лінії РТТ, а по лінії TxD посилає кадр в коді NRZ-I. Модем модулює одержувану послідовність у відповідності з прийнятим способом модуляції. Промодулірованний сигнал з виходу модулятора надходить на мікрофонний вхід MIC передавача.

При прийомі кадрів модульований послідовністю імпульсів несуча надходить з виходу EAR приймача радіостанції на вхід демодулятора. З демодулятора прийнятий кадр у вигляді послідовності імпульсів у коді NRZ-I надходить в контролер пакетного радіомодеми.

Одночасно з появою в каналі сигналу в модемі спрацьовує спеціаль ний детектор, що виробляє на своєму виході сигнал зайнятості каналу. Сигнал РТТ, крім включення модулятора, також виконує функцію перемикання потужності передачі. Зазвичай вона реалізується за допомогою транзисторного ключа, який перемикає приймач з режиму прийому в режим передачі.

У пакетної радіозв'язку на базі типових радіостанцій застосовуються два способи модуляції для коротких та ультракоротких хвиль. На KB використовується односмугова модуляція для формування каналу тональної частоти в радіоканалі. Для передачі даних застосовується частотна модуляція під-несе в смузі частот телефонного каналу 0,3 до 3,4 кГц. Значення частоти піднесучій може бути різною, а рознос частот завжди дорівнює 200 Гц.

Таблиця 10.1. Порівняльні характеристики пакетних радіомодемів        Характеристика         РК-88         РК-900         DSP-2232         СТЕК         АТМА             Швидкість передачі, Кбіт/с         0,3,0,6,1.2, 2,4, 4,8. 9,6         0,3-19,2         0,3-19,2         1,2         2,4             Обсяг ПЗУ, Кбіт         32         256         384                             Об'єм оперативної пам'яті, Кбіт                 64         64                             Вихідний рівень, мВ         5300         5-100         5-100                             Вага, кг         1,1         2,84         1,7         4,5         1,5             Габарити, мм         191х152х38         300х305х89         305х249 ^ 74         330х270х90         220х270х45     

У такому режимі забезпечується швидкість передачі, що дорівнює 300 біт/с. У Європі зазвичай використовується частота 1850 Гц для передачі "О" і 1650 Гц для "1".

В У KB діапазоні частіше працюють на швидкості 1200 біт/с при використанні частотної модуляції з розносом піднесуча частот 1000 Гц. Прийнято, що "О" відповідає частота 1200 Гц, а "1" - 2200 Гц. Рідше в діапазоні УКХ застосовують відносну фазову модуляцію (ОФМ). У цьому випадку досягаються швидкості передачі 2400, 4800, а іноді 9600 і 19200 біт/с.

Як приклад на рис. 10.3 наведено фотографії, а в табл. 10.1 - порівняльні характеристики деяких промислово випускаються пакетних радіомодемів.

10.4. Застосування радіомодемів

Для успішного використання радіомодеми необхідне правильне його підключення до комп'ютера з одного боку, і до радіостанції - з іншого.

радіомодеми Для підключення до комп'ютера при використанні послідовного інтерфейсу RS-232 необхідно звернути увагу на правильність (однаковість) установки параметрів обміну між комп'ютером і радіомодемом: швидкість, розмір інформаційного символу (7 або 8 біт), парність (Even - парний біт, Odd - непарний, Mark - завжди 1, Space - завжди 0) і число степових біт (1, 1,5 або 2). Ці параметри в радіомодемів встановлюються DIP-перемикачів, рідше перемичками або програмно. У багатьох сучасних моделях радіомодемів реалізована автоматичне налаштування на необхідну швидкість обміну з комп'ютером. Особливу увагу слід звернути на використовуваний протокол управління потоком: апаратний або програмний. При цьому кожному з протоколів повинен відповідати свій кабель з відповідною розпаюванням. Більш детальна інформація з цього питання була викладена у гл. 3.

Радіомодем з вбудованим контролером є інтелектуальним пристроєм. Він виконує безліч функцій і має свою систему команд. З цієї причини не обов'язково підключати до нього персональний комп'ютер, в простому випадку досить терміналу. Комп'ютер зручніше тим, що дозволяє записувати в пам'ять прийняту інформацію, готувати до передачі дані та виконувати ряд інших сервісних функцій.

Для спільної роботи радіомодеми і комп'ютера, останній необхідно перевести в режим терміналу за допомогою будь-який з доступних термінальних програм. Такі програми існують для будь-яких типів комп'ютерів. Найбільш відомими термінальними програмами для IBM PC-сумісних комп'ютерів є TELIX, PROCOMM, МТЕ, QMODEM і т.д. Використовувати можна будь-яку з них. Існують і спеціалізовані термінальні програми для пакетного зв'язку, наприклад, PC-Pacratt - для Windows, Мас-RATT - для комп'ютерів Macintosh, COM-Pacratt - для комп'ютерів Commodore. Також розроблені і є у продажу програми передачі факсів в пакетних радіомережах. Це програми AEA-FAX, АЕА WeFAX і ряд інших. Продукція радіомодеми, як правило, комплектуються дискетою з термінальної програмою.

Стримуючим фактором застосування для радіомодемів всього спектру програмного забезпечення, розробленого для звичайних модемів, є система команд управління радіомодеми, відмінна від набору АТ-команд.

Єдиного рецепта для підключення радіомодемів і радіостанцій різних типів немає і бути не може. Однак можна зробити кілька загальних зауважень.

Найпростіше підключити радіостанцію, що має роз'єм для виносної гарнітури, - пристрою, який поєднує функції мікрофона, телефону (гучномовець) і переключателя управління прийомом/передачею радіостанції. У цьому випадку підключення зводиться до виготовлення з'єднувального кабелю від радіомодеми до прийомопередавачу. При цьому, як і в будь-якому іншому випадку, необхідно ретельно вивчити технічну документацію як на ра-діомодем, так і на радіостанцію, особливо, що стосується ланцюгів комутації.

Якщо радіостанція не має роз'єму для виносної гарнітури, то доведеться або відмовитися від її використання, або розкривати корпус і підключатися безпосередньо до схеми станції, знову ж таки керуючись документацією. Така модернізація радіостанції є досить складним і ризикованою справою і повинна проводиться кваліфікованими фахівцями.