In svariate occasioni ci è già capitato di citare questa sigla…  in questo articolo cercheremo di approfondire il discorso e inquadrarne gli aspetti principali.

Da Wikipedia riportiamo testualmente una breve definizione del sistema:

L’APRS Automatic Position (o Packet) Reporting System è un sistema di radiolocalizzazione sviluppato da un radioamatore di nome Bob Bruninga nei primi anni novanta basato sulla trasmissione di segnali radio digitali a pacchetti (packet radio) usato dai radioamatori che permette la ricetrasmissione di informazioni sulla posizione, velocità, direzione, status operativo, ecc. di stazioni radioamatoriali (fisse o mobili), con la possibilità di visualizzare tali dati in tempo reale su mappe digitali (di Personal computer o navigatori GPS) sotto forma di icone, relative alla posizione delle stazioni stesse o ad altri eventi segnalati dai radioamatori, quali ad esempio: situazioni di emergenza, incidenti stradali, allerta civile, ed altro; oppure segnalazioni di tipo meteorologico (con relative indicazioni di pressione atmosferica, direzione del vento, temperatura, ecc.).

Le stazioni vengono solitamente rappresentate dall’icona di un veicolo (auto, camion, moto, natante, ecc.) se operano da postazioni mobili, oppure dall’icona di stazione base (una casetta, una tenda per campeggiatori, sede protezione civile, stazione meteo, ecc.) se operano da stazione fissa.

Con l’avvento della rete Internet l’APRS non è più un sistema locale legato esclusivamente alle trasmissioni radio, ma un sistema globale collegato a livello mondiale tramite server sparsi in tutto il mondo.

Sempre dalla stessa fonte riportiamo una descrizione molto sintetica delle finalità e delle caratteristiche operative del sistema:

Il sistema APRS nasce come progetto sperimentale di ausilio alla protezione civile in caso di catastrofi naturali (terremoti, alluvioni, ecc.), in accordo con gli obblighi/doveri del radioamatore di rendersi disponibile insieme al suo equipaggiamento radio in caso di insufficienza delle normali comunicazioni civili.

Utilizza un protocollo di tipo “uno a molti” (protocollo AX.25) in modulazione AFSK 1200 Bd, ma in modalità non connessa e quindi senza la certezza che il destinatario riceva ciò che è stato trasmesso, ma proprio per questo motivo si ha la diffusione su vasta scala del segnale.

La copertura della rete stessa dipende dal numero di stazioni presenti in quel dato momento, le quali, ricevuti i segnali da postazioni limitrofe, li ripetono a loro volta automaticamente verso stazioni più lontane, fino a raggiungere, talvolta, distanze di centinaia di chilometri.

Inoltre, se in zona si trova una stazione I-GATE di accesso ad internet i segnali giungeranno anche in rete e saranno visibili da tutto il mondo tramite opportuni portali (es. aprs.fi ,  www.aprsdirect.com , etc.)

Le stazioni mobili, se munite di ricevitore GPS collegato alla radio, possono essere localizzate durante la loro marcia, con possibilità di visualizzarne il percorso sulla mappa.

È anche possibile l’invio e la ricezione di brevissimi messaggi di testo, tuttavia non esattamente come una chat, visto che possono essere letti da chiunque e visto che lo scambio ha bisogno di tempi più lunghi (da qualche secondo a qualche minuto in alcuni casi di difficoltà di collegamento).

Per operare da stazione radio è necessario un ricetrasmettitore sulla frequenza di 144.800 MHz per l’Europa (144.390 MHz per gli USA, ma esistono frequenze destinate allo scopo anche in onde corte) collegata ad un PC con scheda audio o, meglio ancora, con un TNC (modem) esterno. Le stazioni mobili, inoltre, possono utilizzare un GPS. La Kenwood (e ultimamente la Yaesu) commercializza ricetrasmettitori con TNC incorporato.

Per operare esclusivamente da internet senza uso della ricetrasmittente, è sufficiente un PC con software apposito di collegamento (come UI-VIEW) e una connessione a internet. Per dispositivi mobili come telefonini/PDA è sufficiente un software adatto allo scopo come APRS/CE^[1] per Windows Mobile o APRSDroid^[2] per Android. E naturalmente un nominativo radioamatoriale valido (in Italia rilasciato dal ministero delle telecomunicazioni superando un esame di ammissione).

Come si può notare il sistema assomiglia molto nelle sue finalità a quello che oggi viene comunemente sotteso con il termine IoT (Internet of Things), anche se inventato oltre venti anni fa. Ovviamente il sistema è stato pensato e sviluppato per essere usato sulle frequenze radioamatoriali ed in particolare sui 144 e 432 Mhz; la velocità di trasmissione è in genere di 1200 bit/sec (con modulazione AFSK) anche se esiste una modalità operativa che consente di arrivare a 9600 bit/sec (con modulazione GMSK).

La figura seguente riporta un esempio di trasmissioni di pacchetti APRS e relativa decodifica; se ci si sintonizza sulla frequenza di 144.800 in modo FM banda stretta, si sentiranno di tanto in tanto dei burst di fischiettii corrispondenti alle due frequenze del segnale AFSK (manipolazione a spostamento di frequenza audio) che codifica i messaggi APRS.

Di per se stesso il sistema consente quindi di inviare dei brevi messaggi contenenti diverse tipologie di dati, verso uno specifico destinatario o più generalmente verso chiunque sia in grado di ascoltare via radio il messaggio… ovviamente viste le frequenze in gioco la distanza raggiungibile è abbastanza limitata… per aggirare questo limite è stata pensata una modalità chiamata “Digipeating” che consente ad un qualsiasi nodo che ascolta e decodifica correttamente un messaggio, di ritrasmettere il messaggio stesso sullo stesso canale, dalla sua posizione fisica: in questo modo è possibile che il pacchetto ritrasmesso possa essere ricevuto da stazioni più lontane.

Il meccanismo di “Digipeater” , siccome sfrutta per la ritrasmissione lo stesso canale radio usato per la ricezione di un certo messaggio qualche istante prima, rischia di creare un aumento notevole del traffico sul canale radio generando quindi congestione…  per evitare o mitigare questo problema un Digipeater può usare varie strategie quale ad es. quella di non inviare tutti i messaggi ricevuti seguendo degli opportuni criteri di selezione.

Il principale criterio di selezione è il cosiddetto “PATH”: per capire di che si tratta bisogna analizzare anche se sommariamente la struttura di un generico pacchetto APRS; la figura seguente rappresenta un generico pacchetto APRS: il formato è conforme (parzialmente) al protocollo AX.25 per quanto riguarda la struttura del pacchetto, ma se ne differenzia per l’utilizzo ad hoc del campo “Digipeater Addresses” che viene sfruttato per indicare una possibile strategia di ritrasmissione del pacchetto tramite il cosidddetto “PATH”…

Nel campo “PATH” viene indicata una sequenza di “nodi” reali (es. un nominativo di una stazione) o virtuali (es. WIDE2-1) tramite cui il pacchetto può transitare… un generico digipeater che riceve un messaggio, ne analizza il “path” e cerca di scoprire se il pacchetto abbia già attraversato troppi nodi; qualora ciò sia il caso, il pacchetto NON viene ritrasmesso, altrimenti il nodo modifica il path aggiungendo il suo nome al path stesso, e modificando la parte rimanente del path per indicare che è avvenuto un ulteriore transito…; di seguito un esempio: in grassetto si nota la sequenza di nodi attraversata dal pacchetto….

IZ8GMP-11>GPSC03,IR8DA,IW8RUI-11,IQ8BB*,WIDE2:$GPRMC,083101.000,A,3857.9498,N,01634.9861,E,0.00

In questo modo un pacchetto APRS potrà al massimo fare un numero limitato di transiti evitando di sovraccaricare il canale radio dedicato all’APRS. Il meccanismo del “path” è in realtà abbastanza complesso e per chi è interessato è possibile consultare un interessante articolo su Descrizione del PATH APRS.

La figura seguente è un esempio degli effetti del meccanismo di “digipeater”: i punti verdi rappresentano messaggi ricevuti da stazioni APRS direttamente tramite radio , mentre i punti rossi rappresentano ulteriori messaggi ricevuti sempre tramite radio ma transitati su altri “digipeaters” prima di arrivare alla stazione ricevente: si nota la significativa estensione della zona di copertura del servizio (l’immagine si riferisce ad una giornata con ottima propagazione sui 144 Mhz; sono ovviamente ESCLUSI i messaggi transitati su internet).

Con l’avvento di Internet è stato possibile estendere il meccanismo di ritrasmissione dei pacchetti APRS, sfruttando appunto internet; la logica è molto semplice: se creiamo degli opportuni server su internet che siano capaci di “riflettere” i messaggi ricevuti da opportune stazioni che chiamiamo I-GATE in grado di interfacciarsi da un lato ad internet e dall’altro alla rete radio APRS di una certa zona, sarà possibile far arrivare anche a distanze enormi tutti i pacchetti voluti… ovviamente anche in questo caso si pone il tema di evitare congestione, per cui un sistema I-GATE implementerà degli opportuni criteri di selezione prima di inviare verso internet o verso la rete radio APRS i messaggi ricevuti…. Il sistema descritto prende il nome di APRS-IS.

Un ulteriore vantaggio della connessione Internet è che potranno essere inviati o ricevuti messaggi APRS anche da terminali collegati direttamente ad internet e destinati o verso internet stessa o anche verso la rete radio APRS. Questo meccanismo viene oggi sfruttato per es. per interfacciare la rete APRS ad altre reti quali ad es. la rete DMR, D-Star o WIRES.

E’ evidente che l’utilizzo di internet come parte del percorso di delivery dei pacchetti fa sì che in caso di interruzione della connettività internet il sistema non funzionerà;  quindi volendo sfruttare l’APRS in maniera “tattica” (termine di derivazione bellica….) non è possibile fare affidamento sulla connettività internet ma ci si dovrà limitare all’uso della rete radio.

Un ulteriore limite dei sistemi che sfruttano servers complessi quali I-GATE o APRS-IS  o gateway specifici di tecnologie quali DMR, D-Star o WIRES è la NON fault tolerance, che invece il sistema dei digipeaters in senso stretto fornisce intrinsecamente. Questa considerazione si applica in particolare all’uso dell’APRS in situazioni di emergenza o in condizioni di indisponibilità dei sistemi tradizionali di telecomunicazione.

Grazie alla rete APRS-IS costituita da una serie di server internet, è possibile agevolmente creare dei portali specializzati con la finalità di aggregare dati APRS di diversa provenienza per costruire delle mappe geolocalizzate di oggetti: un esempio sono i portali indicati in precedenza che consentono per es. di tracciare in tempo quasi-reale le posizioni di diverse tipologie di stazioni quali ad esempio  auto, navi, stazioni meteo, etc.

Alla luce di quanto sopra osservato viene da chiedersi a cosa possa servire questo sistema oggi. Ovviamente come al solito le risposte possono essere molteplici e andare dal semplice “divertimento” di vedersi riportati su una mappa mentre si viaggia in autostrada, ad usi più esoterici quale per es. quello di evidenziare eventi ad uso e consumo di un gruppo di interesse, e per finire ad usi un poco più “professionali” quali ad es. il reporting di dati di telemetria o di altro tipo associati ad un opportuno insieme di “sensori” collegati al terminale APRS.

Un ulteriore uso, anche se abbastanza complesso nel suo utilizzo, è quello di sfruttare l’APRS per comunicare in maniera bidirezionale tra punti anche molto distanti sfruttando la sola rete APRS radio; un tale utilizzo trova ovviamente spazio unicamente come sistema di emergenza in quanto è caratterizzato da una banda disponibile molto limitata, anche se di notevole robustezza non usando punti di transito obbligati o tratti di rete d telecomunicazione tradizionale.

La prossima domanda che viene è ovviamente la seguente:  ma come faccio ad operare su rete APRS ?

La risposta è abbastanza articolata in quanto oggi esistono numerose modalità per “iniettare” messaggi sulla rete APRS e per “monitorare” i messaggi trasportati dalla rete stessa; proviamo a sintetizzare i modi principali e le attrezzature necessarie:

• direttamente da un PC o altro terminale collegato alla rete internet:  esistono numerosi programmi che consentono da un PC di inviare messaggi sulla rete APRS e monitorare i messaggi che circolano in rete APRS tramite uno dei tanti portali ad hoc: ovviamente in questo caso non è richiesta alcuna apparecchiatura radio ma basta un PC o anche solo uno smartphone.
• tramite uno dei tanti dispositivi radio digitali quali ad es. RTX in tecnica DMR, D-Star o Wires: anche in questo caso si potrà monitorare i messaggi tramite uno dei portali internet, oppure , se l’RTX lo consente, tramite il display del RTX; in questo caso non è richiesta la connessisone internet, ma è richiesta la connettività verso un ripetitore specializzato per la tecnologia radio utilizzata.
• tramite un RTX tradizionale che integri al suo interno un TNC ( codificatore digitale  per dati); si tratta in genere di apparecchiature di costo elevato che però spesso includono anche un GPS per il reporting in tempo reale della posizione in maniera trasparente per l’utilizzatore.

• tramite un RTX tradizionale associato ad  un opportuno dispositivo esterno in grado di co/decodificare il segnale audio dell’RTX implementando un  modem AFSK a 1200bit/sec; un esempio minimale è per es. uno dei tanti Baofeng da 30 € associato ad uno smartphone + adattatore audio/PTT . La spesa totale di una simile soluzione low cost si può aggirare sui 100€

• Esistono dei dispositivi già pronti per essere direttamente collegati ad un RTX 144/432 per riportare la propria posizione: si chiamano Tracker e costano tra i 50-100 € a seconda che contengano o meno un GPS

 

Come si può notare la spesa minima per poter usare l’APRS difficilmente scende sotto i 100€ a patto di portarsi dietro almeno uno scatolotto aggiuntivo oltre al RTX; ovviamente l’uso come APRS non potrà essere simultaneo all’uso come radio normale per parlare.

Un ulteriore elemento da considerare è il consumo energetico di  un sistema di accesso all’APRS: per quanto sopra osservato difficilmente si scende sotto i 2-10 W di potenza richiesta a meno di usare dei dispositivi a bassissima potenza emessa ( es. 100mW) con i quali peraltro si ha una portata di collegamento ovviamente molto limitata.

Come si può notare il sistema APRS ha delle significative barriere di accesso in termini di costi e di necessità di alimentazione, e questo spiega come fino ad oggi si sia sempre fatto un uso abbastanza  limitato della tecnologia e quasi mai in situazioni di tipo “no power supply”.

Se infine si considera l’APRS come un sistema di “raccolta di dati” o di “controllo remoto” viene agevole il confronto con i sistemi M2M ( machine-to-machine) basati sull’uso delle reti cellulari tradizionali GSM/GPRS/4G:  senza addentrarci in dettagli possiamo osservare che anche queste ultime tecnologie presentano costi di accesso e di gestione significativi e peraltro introducono la dipendenza da una rete radio di un certo operatore, con tutti i problemi di congestione conseguenti a situazioni di emergenza.

Volendo quindi sintetizzare i discorsi fatti finora potremmo osservare che il sistema APRS, nella sua semplicità, è sicuramente molto interessante come sistema di raccolta e distribuzione di dati a bassa velocità in situazioni tattiche e in particolare di tipo emergenziale, ma per poter essere utilmente sfruttato necessità di tecnologie radio diverse da quelle finora utilizzate e basate sull’uso del sistema di trasmissione AFSK o anche GMSK sulle bande dei 144 e 432 Mhz.

Un tema su cui pensiamo quindi di avventuarci è quello di sfruttare per la parte radio nuove tecnologie, in particolare la tecnologia LoRa, che per loro caratteristica abbattono significativamente sia i costi delle apparecchiature necessarie che soprattutto i consumi di energia richiesti.