Инициаторы разработки и использования в эфире – Евгений UA9AR и Роман R8CHN.
Идеология сети EMRAD: что это, зачем и как, или «мартовские тезисы».
EMRAD (EMergency RADio) – радиолюбительская сеть автономной и аварийной связи. Первоочередной смысл здесь сделан на свойстве «автономности», то есть способности функционировать вне каких-либо внешних средств инфраструктурной поддержки, кроме средств самой сети.
То есть, Вы, к примеру, турист-экстремал, и забрались в такую глушь, что там не только сотовой связи нет, но и даже спутники не летают (ну или у Вас нет средств на такой дорогостоящий вид связи). И, при всём при этом, у Вас всё в порядке, всё идёт по плану, но семья ж волнуется, ей же хочется знать, что Вы живы и здоровы и скоро приедете. И как-то надо бы послать ей (семье) весточку, но как? Вот и пригодилась бы здесь сеть автономной связи, да ещё и с выходом в привычные сети, чтобы ещё и семье то морзянку не учить…
Свойство автономности любой сети связи само по себе делает её пригодной и для нужд связи аварийной. Поэтому в определении EMRAD применимость «аварийности» идёт на втором по значению месте, если под «аварийностью» принимать условие выхода из строя систем инфраструктуры и любой иной связи, кроме тех, что находится лично у вас в руках и в руках других добровольцев-энтузиастов.
Отсюда проистекает, что, в условиях нормальной (не аварийной) ситуации сеть EMRAD должна быть интегрирована в существующие, привычные обществу, каналы связи: мессенджеры, электронную почту, сотовую связь и др., но, в случае их отсутствия, должна сохранить свою базовую функцию — передачу информации между абонентами сети. Но только лишь — самой сети!
Таким образом, сеть EMRAD может, в случае аварийной ситуации, предоставить дополнительную возможность обеспечения канала связи при отсутствии других, более привычных. Здесь следует акцентировать внимание на термине «может». Может — это не обязана, не призвана заменить собой никакие другие и лишь способна предоставить дополнительные (либо взаимодополняющие) возможности связи в условиях отсутствия любой другой связи вообще.
Ну и, в заключение блока «что это и зачем», важное заявление: сеть EMRAD строится на основе абсолютной добровольности и бесплатности, силами энтузиастов и за их личные средства, не требуется никаких разрешений и оплат лицензий (кроме обязательных государственных лицензионных сборов) для желающих участвовать в работе сети или развивать её в любом качестве, не предъявляется никаких требований ни к абонентам, ни к узлам. Всё ПО всегда будет с открытым кодом и все инструкции по использованию и настройке этого ПО всегда будут в свободном доступе.
На сегодняшний день:
- постоянно работающий узел UA9AR (3578кГц, USB, JS8 mode, 20W, Inv-Vee)
- на нём погодный информер JS8WX-Call (интеграция сайта openweathermap.org)
- на нём же отправка E-mail через JS8WX-Server
- написан TG бот для отправки сообщений через узел UA9AR в Телеграм группу EMRAD (в стадии тестирования)
В стадии разработки:
- Телеграм-бот для мониторинга всех сообщений сети и их форвардинга в ТГ-группу средствами WebSDR приёмников (многоканальный разнесённый приём)
Что по аппаратуре:
- опорным трансивером выбран uSDX – лёгкий, компактный и недорогой. Работа на нём уже проверена Романом.
- в текущий момент установлена JS8Call на Orange Pi Win Plus (относительно слабый комп), работа на нём так же проверена.
На Orange Pi Win Plus установлен JS8Call-WX_Server надстройкой на ранее установленную JS8Call. Теперь это полноценная базовая станция RY9AAA, такая же, как и UA9AR на стандартном десктопе! Только антенна у неё пока что – эквивалент нагрузки. Текущий функционал БС:
– почтовый ящик (хранит сообщения для любой станции)
– запрос погоды для указанного места (координаты или квадрат)
– отправка электронной почты на указанный адрес
– оповещение по е-мэйл о полученном базовой станцией сообщении
Вывод: Для работы JS8Call, в том числе в качестве базовой станции, достаточно OrPi, что делает проект весьма гуманным по стоимости.
Монитор – не обязателен, в системе установлен tightvnc, можно “цепляться” смартфоном.
Сеть EMRAD работает (в настоящее время) с применением модуляции JS8 и программы JS8Call (http://js8call.com/) на любительском диапазоне 80м, частота 3591 кГц, USB (опять же, в настоящее время) в режиме NVIS (пространственная волна с близковертикальным отражением), что позволяет обеспечить круглосуточную связь между абонентами (либо узлами) сети на расстоянии нескольких сот километров.
Подробнее о режиме NVIS здесь: https://www.emrad.ru/glavnaya/kv-svyaz/n/.
О программе JS8Call очень интересно пишет «товарищ Ласто»: http://lasto.com/blog/index_post_1597474800.htm
Сама программа JS8Call предоставляет возможность прямого обмена произвольными сообщениями, обмена сообщениями через промежуточные станции (маршрутизацию придётся строить вручную), почтовые ящики для хранения сообщений любому абоненту.
Модуляция JS8 родилась из FT8 и обладает теми же свойствами помехоустойчивости, что и родительская FT8.
Однако, какими бы суперсвойствами не обладала бы аппаратура связи и протоколы, все эти чудесные качества сводятся «на нет» в случае отсутствия в радионаправлении или радиосети нужного абонента «здесь и сейчас». Ну вот выключена у него сейчас станция и что делать? Сидеть у аппарата и ждать, пока абонент появится? Создавать расписание сеансов связи (schedules)? А если он не смог в это время? Кто будет дежурить у приёмника, чтобы обеспечить связь?
Поэтому была выбрана стратегия автоматизации связи и был выбран именно цифровой протокол JS8, благо опорная программа JS8Call и куча интерфейсных утилит, созданных к ней сообществом, позволяет это сделать без чрезмерных усилий. Например, сообществом JS8Call сделан погодный информер и интерфейс электронной почты, а волонтёрами EMRAD написано несколько Телеграм-ботов.
Логика построения, принципы и структура базируется на следующих постулатах:
1) В сети есть абоненты. Это для них строится и работает вся сеть. Абонентам присущи следующие свойства: это часто легкоснабжённые пешие группы (туристы, альпинисты, охотники-промысловики и т.п., далее сами придумайте), для которых каждые 100 граммов поклажи — существенны. Да и другие мобильные удалённые группы, типа геологов, сейсмографов, археологов и др., даже при наличии у них транспорта, вынуждены считаться с весом и объёмом груза. То есть у них должен быть ЛЁГКИЙ, малогабаритный и надёжный комплект связи, а значит — с ограниченной мощностью передатчика. На связь они могут выходить только эпизодически, на остановках или ночёвках, часто без возможности соблюдения заранее установленных по времени сеансов (расписаний).
Как же обеспечить связь абоненту в то время, когда именно ему удобно? Очевидно, что кто-то или что-то должно дежурить на заранее оговоренной частоте постоянно, быть «дежурным оператором». Ну и, поскольку, людей на подобное дежурство на добровольной основе подрядить сложно да и не надёжно, то наш выбор оборачивается в сторону робота или, другими словами, автоматизированного узла передачи сообщений. Так мы естественным образом приходим к ещё одной составляющей сетевой структуры — узлам.
2) Узлы — основа сети, её «хребет». Они работают постоянно в автоматическом режиме и именно посредством узлов абонент в любое удобное ему время имеет возможность передать и принять информацию, то есть реализовать базовую функцию сети. Ну и поскольку узлы располагаются в стационарных местах с электричеством и интернетом, то они:
а) не имеют ограничений по мощности передатчиков, а так же могут использовать более громоздкие и эффективные антенные сооружения,
б) имеют доступ к интернету, а значит, дополнительно к своей базовой функции почтового ящика и ретранслятора, могут выполнять функцию интеграции радиоканала в другие, обеспеченные наземной инфраструктурой, каналы связи (электронная почта, СМС, интернет-мессенджеры и пр.), более привычные и удобные для «той стороны», с кем желает связаться автономный абонент,
в) в случае аварийных ситуаций, при наличии систем резервного питания, узлы продолжают своё функционирование и обеспечивают аварийную связь своим абонентам даже в отсутствии любой другой связи вообще.
3) Распределенные WebSDR приёмники
Сеть EMRAD, кроме приёмопередающих узлов, включает в себя серверы обработки данных географически распределённых WebSDR приёмников и обеспечивают:
а) Глобальное покрытие
Как говорилось ранее, короткие волны имеют свойство отражаться от ионосферы, что позволяет сигналам распространяться на большие расстояния, однако качество сигнала может сильно зависеть от местоположения, времени суток и состояния ионосферы. WebSDR-приёмники, расположенные в разных точках, обеспечивают возможность принимать сигналы даже в тех регионах, где базовая станция не имеет покрытия.
б) Резервирование
Если базовая станция временно выходит из строя или теряет связь из-за локальных проблем, WebSDR-приёмники могут служить резервным каналом для мониторинга и приёма данных.
в) Устойчивость системы.
В условиях чрезвычайных ситуаций или при работе в сложных условиях (например, при высоком уровне шума или помехах) использование WebSDR-приёмников значительно повышает надёжность системы путём:
Кратного подтверждения приёма сообщений. Сигнал, переданный полевой станцией, может быть принят одновременно несколькими WebSDR-приёмниками, расположенными в разных географических точках, что повышает вероятность успешной доставки сообщения от полевой станции в сеть Интернет либо позволяет выбрать лучшую точку приёма.
Преодоление локальных ограничений. В некоторых случаях базовая станция может находиться в зоне радиомолчания (например, из-за ионосферных явлений или географического расположения относительно полевой станции). WebSDR-приёмники, находящиеся за пределами этой зоны, могут компенсировать этот недостаток. В таком случае, базовая станция, имея высокую мощность, может передавать сообщения на полевую станцию, а сообщения от маломощной полевой станции принимать через WebSDR. Отметим, что такой режим работы потребует участия оператора.
Мониторинг условий прохождения. Сеть WebSDR приёмников позволяет отслеживать условия прохождения радиосигнала путём подтверждения приёма переданного сообщения различными WebSDR приёмниками.
К плюсам применения WebSDR можно отнести неограниченное географическое расположение приёмников и возможность расширения зоны покрытия сети путём получения и обработки данных из интересующих регионов.
Недостатком является одностороннее направление передачи данных – из радиосети в интернет. WebSDR способны только принимать сообщения из радиосети и передавать в сеть интернет, но не обратно. Запросить погоду или получить почту не получится. Так же, недостатком является зависимость от стабильности работы сети интернет и наличия электропитания сервера обработки данных и самих WebSDR приёмников.
.В настоящее время запущен мониторинг рабочей частоты EMRAD (3.591 МГц) на шести WebSDR приёмниках: Санкт-Петербург, Москва, Ярославль, Череповец, Ижевск, Иркутск.
В ближайшей перспективе на очереди: Зеленчук, Ростов, Новосибирск и другие. Сейчас мы упёрлись в производительность нашего сервера, мощность которого не позволяет обрабатывать больше 6 потоков. Куплен новый сервер, более чем на порядок мощнее. После его доставки и настройки, работа в этом направлении будет продолжена.
Текущую активность можно наблюдать в теме ”EMRAD monitor” группы EMRAD.
Рекомендуемый абонентский комплект состоит из крайне компактного, лёгкого и дешёвого трансивера uSDX, одноплатного компьютера Orange Pi Zero 3 (или Zero 2W), внешней звуковой карты 3D SOUND, батареи питания и антенны (для диапазона 80м — это диполь с плечами длиной ~20м, развешиваемый по кустам или любым естественным либо искусственным подпоркам на высоте 1.5-2 метра от поверхности земли). Устройством ввода-вывода (консолью) служит смартфон, подключенный к Orange Pi по Wi-Fi.
Цена такого абонентского комплекта составляет (максимально) от 10 до 15 тысяч рублей (6-10 тысяч — uSDX, в зависимости от модели, 1.5-2 тысячи рублей за Orange Pi Zero 3 плюс дополнительный радиатор к нему, 200-300 рублей за звуковую карту). Дополнительно нужен будет какой-то корпус (можно всё закрепить прямо внутри подходящего гермо-бокса) и литиевая батарея питания 12В, а так же аудиокабель трансивер — звуковая карта. Провода для диполя — любые.
Вес подобного комплекта укладывается менее, чем в 1кГ (всё зависит от конкретных составляющих) и занимает объём не более, чем 20х10х5см вместе с небольшой батареей питания.
Вместо uSDX подойдёт любой имеющийся в наличии SSB трансивер. Одноплатный компьютер тоже можно применить любой имеющийся, если ставить минималистичные сборки ОС для IoT (Armbian, DietPi), – то требования к железу невысоки. Можно применить имеющийся нетбук или «что там завалялось под столом?». Наша группа, из любопытства, установила программу JS8Call даже на старенький Raspberry Pi 1 ver B+ с одноядерным процессором 700МГц (пришлось, всё же, разогнать его до 1ГГц) и 512МБ ОЗУ. Да, она еле шевелилась, но работала!
Для тех, кто хочет организовать свой узел:
Минимальное оборудование для узла не отличается от абонентского, всё отличие — всего лишь в дополнительном ПО, обеспечивающим «связь с внешним миром». Хотя, лучше всё же применить трансивер с бОльшей выходной мощностью.
В общем, узлы можно создавать на любой вкус и цвет, с любым оборудованием радиотракта, АФУ и компьютеров. Необходимо лишь постоянное электропитание и место для размещения антенн(ы). Интернет — понадобится, если узел будет предоставлять прогноз погоды, работу с электронной почтой, мессенджерами и пр.
Ссылки: