ПАКЕТ-СТАНЦИЯ

Общи положения

Това е термин, наложил се за комплекса апаратура, необходим за пакетна радиосвръзка.

Пакет станцията съдържа три основни компонента - радиооборудване, TNC и терминално оборудване.

Терминалното оборудване осигурява интерфейсът потребител-TNC. Чрез клавиатурата потребителят въвежда командите за установяване на свръзка и управление на TNC. След установяване на свръзката отново чрез клавиатурата на терминалното оборудване се предава информацията. Дисплея на терминалното оборудване позволява прочитането на приетата информация. Терминалното оборудване не е задължителен елемент за пакет-станцията. Терминали рядко се използват за пакет-станции. Много по-често се използва терминална емулация с персонален компютър. Емулацията се осъществява със специализиран софтуер. Може да се използва и стандартен софтуер за обикновени телефонни модеми, осигуряващ достъпа до телефонни линии и BBS, но специализирания за пакет-радио софтуер осигурява редица предимства. Като пример може да се посочи използването на отделни прозорци при провеждане на няколко разговора едновременно, което не може да се осигури от стандартните програми за телефонен обмен.

Интерфейсът TNC-терминално оборудване е обикновено сериен 25 изводен RS-232. Повечето компютри поддържат този интерфейс и свързването им с TNC е просто. Някои компютри поддържат RS-422B сериен интерфейс. Той е много близък до RS-232 и лесно може да се приспособи за спрягане с RS-232 на TNC. Най-лесния начин е да се използва готов кабел от Макинтош компютри към телефонен модем. Други (по-стари) компютри са снабдени с TTL интерфейс, който изисква допълнително спрягане с RS-232 на TNC. Тъй като някои от тези компютри (например COMMODORE C-64) са много популярни, като вариант може да се представи и използването на по-стари типове TNC, които поддържат също TNC интерфейс. На практика TNC използва само 8 от 20-те сигнала на RS-232. Това са сигналите от 2 до 8 и 20, т.е. свързващият кабел може да бъде и само 8-жилен.

Блок-схема на пакет-станция

Могат да се обособят следните няколко основни типа пакет-станции:

Обикновена крайна станция

Без особени изисквания. Създадени са множество фърмуери (този термин няма български аналог и описателно може да се определи като програма, разработана от производителя на определено универсално устройство, определящо негови специфични функции и обикновено записана на EPROM, чието съдържание може да се усъвършенства, без да се променя хардуерът на устройството) и най-разнообразен софтуер за подобни станции. TNC може да е и обикновен радиомодем, като изискванията на необходимите протоколи в случая се осигуряват от мощен софтуер.  Компютърът (терминалът) естествено е задължителен елемент, тъй като тази станция е предназначена за непосредствена работа от потребител с нея, тя е основното свързващо звено потребител - пакетна радиомрежа. Радиостанцията е подбрана в зависимост от необходимия честотен диапазон и към нея има редица определени изисквания.

Ретранслатор

Изгражда се по същата схема, но за него постоянното присъствие на терминал или компютър не е необходимо, тъй като той най-често е необслужваем. Има интерфейс, към който при нужда може да се включи компютър, но най-често промените се извършват  от SysOp дистанционно (след осигуряване на достъп с парола). Съществена част от работата се извършва от TNC. Основно изискване - надеждност и безотказна работа, понякога и завишени температурни изисквания.

Сложна пакет-станция

Има изградени много такива, осигуряват много портове, много работни честоти (в различни обхвати), преминаване от телефонната мрежа в радиоканал и обратно, и много други.

Радиофар

Почти всяко TNC осигурява такава възможност. Използва се за контролиране на разпространението на радиовълните, най-често в късовълновия обхват или обозначаването на активността на даден оператор на УКВ. Излъчените сигнали се наричат бийкъни. Разточителство е обаче да се използва цяло TNC само за тази работа, и обикновено се съвместяват функциите, по-точно просто се активира тази функция на ретранслаторите или определени крайни станции.

Спътникова пакет-станция

По същество това е една сложна станция, неразличаваща се по функции от земните. Като такава я определя мястото й на ИСЗ. Към нея се предявяват завишени температурни изисквания.

Наблюдателска пакет станция

Има най-разнообразни схемни решения за наблюдателски станции. Може да бъде дори най-прост демодулатор, свързан към серийния интерфейс на компютъра. 

РАДИООБОРУДВАНЕ

В състава на пакет станциите може да се използва разнообразно радиооборудване. То трябва да отговаря на определени общи и специфични изисквания.

Общите са характерни за всички радиостанции и в предвид ограниченията, наложени от разработката няма да се разглеждат.

Специфичните изисквания са следните.

Едно от най-важните е минимизиране времето за превключване приемане/предаване. TNC прави това превключване много бързо и се налага да изчаква, докато се превключи и радиооборудването, за да започне предаването на информацията. Голяма част от FM радиостанциите имат време за превключване 150-400 mS. TNC може да се спрегне и с много голямо време на превключване, но това значително влошава пропускателната способност както на дадения виртуален канал, така и на всички изградени на същата честота виртуални канали. Освен това се увеличава и вероятността за възникване на конфликти. Времето за превключване приемане/предаване на радиооборудването се определя от най-голямото време за превключване на съставящите го компоненти. Тъй като обикновено се използва една антена за приемане и предаване и превключването и става с електромеханично реле, неговото време е определящо. В някои апаратури всички превключвания стават с електронни ключове. Тези апаратури най-често са със синтезатор и определящо е неговото време за превключване. В съвременните честотни синтезатори това време е снижено до минимум, но не може да клони към нула, тъй като е необходимо известно време за настройка и стабилизация на честотата на синтезатора.

Друго специфично изискване е минимизиране времето за изключване на шумоподавителя. То е особено належащо в случай, че кореспондентите са с малко време за превключване приемане/предаване - възможно е изкривяване началото на пакетите, в което се намира адресната част. Резултата е многократно повторение и снижаване пропускателната способност на виртуалния канал. Лесно се открива при приемане на текстови файлове - в мониторния канал се наблюдават пакетите, тъй като там не се изисква потвърждение, а в конкретния приемащ канал - многократно повторение.

Друг проблем се явява това, че в съвременните радиостанции входа и изхода са настроени към строго определен тип микрофони и високоговорители.  Използват се често различни филтри за изравняване на тяхната амплитудно-честотна характеристика. Целесъобразно е или да се отстранят изобщо тези филтри (в случай, че станцията ще се използва само за пакет) при свързването на радиостанцията към TNC, или да се добави още една коригираща група, която да линеаризира АЧХ или най малко да изравни усилването за двете честоти на изхода на TNC. Това означава, че при смяна на радиостанцията или TNC може да се наложи допълнителна настройка и спрягане помежду им.

Съобразяването с тези изисквания значително намалява проблемите, възникващи при изграждането на пакет-станции. 

TNC

Пакетните кpмуникации се осъществяват с помощта на кадри и пакети, формирани по определени препоръки и протоколи.

За формирането на тези пакети се е утвърдил термина "асемблиране", а за обратната операция - "дизасемблиране". Устройствата, които извършват това се наричат PAD (Packet Assembler -Disassembler). Тъй като входа и изхода на PAD е цифров, между PAD и радиостанцията е необходимо да се осъществи цифрово-аналогово и аналогово-цифрово преобразуване, т.е. необходим е модулатор-демодулатор (модем).

Обикновено PAD и модема са обединени в едно устройство , наречено TNC (Terminal Node Controller). TNC може да се определи като интелигентен модем. Вградените му интелигентни способности не са просто възможност да се изпълнява определени команди - това могат и телефонните модеми - а отразяват спецификата на средата на разпространение - радиовълните. На практика всички тези функции и PAD са осъществени на базата на микрокомпютър (с RAM, ROM, входно-изходен интерфейс) , изпълнен с ИС от серията Z-80.

Като се изключи липсата на автоматиката за отнемане на телефонната линия на телефонния модем и сигналът за превключване приемане/предаване PTT на TNC, двете устройства функционално много си приличат. И за двата е необходима някаква комуникационна среда, и за двата се подава някаква команда за свръзка с желания кореспондент.

Компютрите имат възможност да емулират не само терминали, могат да емулират и TNC. При това всички функции на PAD се поемат от самия компютър, което води до изискването да бъде сравнително мощен.

TNC имат кратка и динамична история.

Предшественик на AX.25 е т.н. VADCG-протокол. Само оригиналните първи TNC отговарят на неговите изисквания.

С възникването на AX.25 се разработва и TNC-1. TNC-1 поддържа и VADCG-протокол, което води до известни компромиси.

TNC-2 (1985 г.) е с разширен списък команди, намери широко приложение и бе възприет от много производители. На това се дължи голямата му популярност днес и насищането с различни клонинги и утвърждаване на списъка параметри и команди за TNC-2 като стандартен. Тези параметри и команди се подават към TNC в диалогов режим.

С TNC могат да се водят три типа диалози:

- определящи параметрите на софтуера;

- диалог със собственото TNC;

- диалог с TNC на кореспондента.

В първия тип диалози се определят параметри на комуникацията между TNC и терминалното оборудване. Това обикновено са:

- скорост на данните между TNC и терминала - най-често 9.6 kB/s;

- ехо - някои терминали го изискват;

- сериен интерфейс - номер, прекъсване и др. данни за него;

- брой на знаците за символ 7 или 8;

- проверка по четност;

- максимален брой символи за един ред, изобразяван на екрана;

- нов ред след символ CR;

- включване на малки и големи букви и др.

В диалозите със собственото TNC се определят параметри, необходими за съвместната му работа с радиостанцията и за правилното функциониране на PAD съобразно параметрите на средата на разпространение на пакетите.

- скорост на данните - скоростта на обмен на данни между двамата кореспонденти-може да бъде 300, 1200, а понякога 600 или 9600 B/s. Установява се по-често хардуерно, с DIP ключе на TNC. До 28 MHz се използва 300 или при качествен канал 600 B/s, а над 28 MHz обикновено 1200. За 9600 B/s са необходими по-специални модеми и радиостанции.
време за изчакване след превключване на предаване - може да се изменя на стъпки от по 10 mS от 0 до 1200 mS. По подразбиране е 300 mS.

- максимален брой непотвърдени пакети (MAXframe) и дължина на пакетите (Paclen) - това са критични параметри, които се установяват в зависимост от състоянието на радиосвръзката - прохождение и активност на работната честота. MAXframe определя максималния брой на едновременно предавани пакети, без да изчака потвърждение. След достигането на този брой, TNC няма да изпрати следващ пакет, докато не получи потвърждение за правилното приемане на някой от вече изпратените. Paclen определя максималния брой байтове за всеки предаден пакет. След получаване на данните, TNC следи колко байта приема и при достигане на стойността на Paclen тези байтове се изпращат за обработка и предаване, а новопристигащите започват отново да се броят. TNC може да обработи и пакети, по-къси от определената с Paclen стойност в случай, че се въведе и CR (ENTER). Стойностите по подразбиране са съответно за MAXframe - 4, за Paclen - 128. Те са подбрани като за качествена УКВ радиосвръзка. За КВ тези стойности трябва да се намалят според качеството на свръзката. MAXframe може да бъде от 1 до 7, а Paclen - от 0 до 255, като 0 е равносилно на задаване на 256 байта.

- максимален брой пъти повторение след неуспешно приемане на пакет - Retry. Когато TNC изпрати пакет, чака установено време за потвърждение, че пакетът е приет правилно. Ако установеното време изтече без потвърждение, TNC отново повтаря същия пакет. Ако не се получи потвърждение и след максималния брой повторения, определен с Retry, TNC преминава отново в несвързано състояние.

- FRACK - установява времето, което TNC очаква да бъде потвърден пакет преди повторното му повтаряне. Retry и FRACK също се определят в зависимост от качеството на свръзката. При качествена свръзка може да се намалят. Ако свръзката е добра, а пакетите не преминават от първия или втория път, има някакъв проблем, който трябва да се отстрани. При средно добра свръзка и средна активност на честотата тези параметри могат леко да се увеличат. При некачествена свръзка (може да се дължи на лошо прохождение, настройка, изключително голяма активност, конфликти и др.), верния път е да се настрои апаратурата (ако причината е в нея) или да се изчака подходящ момент. Retry по подразбиране е 10. Може да се променя от 0 до 255, но логичните граници са от 0 до 15. FRACK по подразбиране е 3 секунди.  Може да се променя от 0 до 15 секунди. При използване на обикновени ретранслатори това време се променя автоматично в зависимост от техния брой по формулата: Frack=(2хБр.ретр+1)хFrackстар - време за изчакване при ретранслация.

- DWait - това е времето, което изчаква станцията, използвана като обикновен ретранслатор, между приемането и излъчването на ретранслирания пакет. По подразбиране е 16, което отговаря на 160 mS. Може да се променя от 0 до 250, т.е. от 0 до 2500 mS на стъпки от по 10 mS. Съседни диджипитри работят най-ефективно, ако се установи за всички еднаква стойност за DWait.

- приоритетно потвърждение - TNC v.1.17 и по нови поддържат протокол за многостанционен достъп, наречен приоритетно потвърждение. Както показва и названието му, този протокол дава приоритет на потвърждаващите пакети ACK и NAK. При протокол без този приоритет предаващата станция изчаква определено време и ако не получи потвърждение, предава отново непотвърдените пакети. С приоритетното преминаване на потвърждаващите пакети се намалява вероятността да бъде предаден отново правилно приет пакет, а с това и броят на повторенията на честотата.

При конфигуриране на TNC за работа с използване на този протокол се препоръчват следните стойности за някой параметри:

- идентификатор на станцията е една от най-важните команди на TNC. С нея се задава позивната на пакет-станцията. Опционално може да се зададе вторичен идентификатор на станцията - цифра от 0 до 15. По подразбиране този идентификатор е 0. Отделя се от основния идентификатор с тире. Използва се за обозначаване на DIGI, NODE и BBS и др. Променя се автоматично при ретранслация за избягване на конфликти (колизии) в случай, че ретранслираният сигнал се чува и от някои от предишните ретранслатори.

ТЕРМИНАЛНО ОБОРУДВАНЕ 

На практика обикновени терминали не се използват, тъй като обезличават повече от предимствата на пакет-станцията. Използват се предимно персонални компютри. В предвид ограничения обем на разработката няма да бъдат разгледани.  Предполага се, че всички, които четат това, са компетентни в тази област.

При решение за използване на компютър трябва да е ясно какво точно се иска от него, за какво ще се използва и как ще се обновява (ъпгрейдва). Всяка програма (включително и част от програмите за пакет-радио) имат определени изисквания за съвместимост, най-често за минималната възможна конфигурация, с която програмата ще е работоспособна,  и препоръчителна конфигурация. Интерфейсите TNC-терминално оборудване и TNC-радиостанция са описани.