En radio digital , la radio por paquetes es la aplicación de técnicas de conmutación de paquetes a las comunicaciones por radio digitales. La radio por paquetes utiliza un protocolo de conmutación de paquetes a diferencia de los protocolos de conmutación de circuitos o de conmutación de mensajes para transmitir datos digitales a través de un enlace de comunicación por radio .
La radio por paquetes es utilizada con frecuencia por los radioaficionados . El protocolo AX.25 (Amateur X.25) se derivó del protocolo de capa de enlace de datos X.25 y se adaptó para uso de radioaficionados. Cada paquete AX.25 incluye el indicativo de radioaficionado del remitente, que cumple con los requisitos de la FCC de EE. UU. para la identificación de estaciones de radioaficionados. AX.25 permite que otras estaciones repitan paquetes automáticamente para ampliar el rango de transmisiones. Es posible que cualquier estación de paquetes actúe como digipeater , conectando estaciones distantes entre sí a través de redes ad hoc . Esto hace que la radio por paquetes sea especialmente útil para comunicaciones de emergencia.
La radio por paquetes se puede utilizar en comunicaciones móviles . Algunas estaciones móviles de radio por paquetes transmiten su ubicación periódicamente utilizando el Sistema automático de informes de paquetes (APRS). Si el paquete APRS es recibido por una estación "igate", los informes de posición y otros mensajes pueden enrutarse a un servidor de Internet y hacerse accesibles en una página web pública. Esto permite a los radioaficionados rastrear la ubicación de vehículos, excursionistas, globos de gran altitud, etc., junto con 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 mejorado de capa 2 (IL2P), que admite la corrección de errores directos para enlaces de señales débiles y ruidosos.
Los primeros modos de comunicación por radio digital eran la telegrafía (utilizando el código Morse ), el teleimpresor (utilizando el código Baudot ) y el facsímil .
Dado que los circuitos de radio poseen inherentemente una topología de red de transmisión (es decir, muchos o todos los nodos están conectados a la red simultáneamente), uno de los primeros desafíos técnicos que se enfrentaron en 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 Hawaii 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 funcionaba en frecuencias UHF a 9.600 baudios. De este trabajo se derivó el protocolo de acceso múltiple Aloha . Mejoras posteriores en las técnicas de acceso a canales realizadas por Leonard Kleinrock et al. en 1975 llevaría 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 llevó a cabo 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 paquetes. Enlaces de radio entre nodos de redes móviles y fijas. [1] Este sistema era bastante avanzado, ya que utilizaba técnicas de modulación de espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS) y corrección de errores directos ( FEC ) para proporcionar canales de datos de 100 kbit/s y 400 kbit/s. En general, estos experimentos se consideraron exitosos y también marcaron la primera demostración de Internetworking , ya que en estos experimentos los datos se enrutaron entre las redes ARPANET, PRNET y SATNET (una red de radio por paquetes por satélite). A lo largo de las décadas de 1970 y 1980, DARPA operó varias redes de radio por paquetes terrestres y satelitales conectadas a ARPANET en varias instalaciones militares y gubernamentales.
Los radioaficionados comenzaron a experimentar con la radio por paquetes en 1978, cuando, tras obtener la autorización del gobierno canadiense, Robert Rouleau, VE2PY; Bram Frank, VE2BFH; Norma perla, VE2BQS; y Jacques Orsali, VE2EHP [2] del Club de Radioaficionados de Montreal Montreal , Quebec , comenzaron a experimentar con la transmisión de datos codificados en ASCII a través de frecuencias de radioaficionados VHF utilizando equipos de fabricación propia. [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 sobre el Protocolo de Montreal en 1978. [4]
Poco después de que comenzara esta actividad en Canadá, los aficionados de Estados Unidos se interesaron por la radio por paquetes. En 1980, la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos (FCC) otorgó autorización a los aficionados estadounidenses para transmitir códigos ASCII a través de radioaficionados. [5] Los repetidores pueden diseñarse para radioaficionados por paquetes; estos se denominan "digipeaters". La primera actividad conocida de radioaficionados por paquetes 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 de 2 metros . [6] De acuerdo con el dominio de DARPA y ARPANET en ese momento, la naciente red de radioaficionados por paquetes se denominó AMPRNet al estilo DARPA. [ cita necesaria ] Magnuski obtuvo asignaciones de direcciones IP en la red 44.0.0.0 / 8 para uso de radioaficionados en todo el mundo.
Pronto se formaron muchos grupos de operadores de radioaficionados interesados en la radio por paquetes en todo el país, incluida 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, CC [7]
En 1983, TAPR ofrecía el primer TNC disponible en forma de kit. La radio por paquetes comenzó a volverse 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 operaciones de emergencia luego del accidente de un avión de Aeroméxico en un vecindario de Cerritos, California , en agosto de 1986. Los voluntarios conectaron varios sitios clave para transmitir el tráfico de texto a través de radio por paquetes, lo que mantuvo claras las frecuencias de voz.
Para obtener una descripción objetiva de los primeros desarrollos en la radioafición por paquetes, consulte el artículo "Radio por paquetes en el servicio de aficionados". [8] [5]
La radio por paquetes se puede diferenciar de otros esquemas de conmutación de radio digital por los siguientes atributos:
Esto es muy similar a cómo se transfieren paquetes de datos entre nodos en Internet .
Uno de los primeros desafíos que enfrentan los aficionados que implementan la radio por paquetes es que casi todos los equipos de radioaficionados (y la mayoría de los equipos comerciales/militares excedentes) históricamente han sido diseñados 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 voz, los primeros sistemas de paquetes de aficionados utilizaban módems AFSK que seguían los estándares telefónicos (en particular, el estándar Bell 202 ). Si bien este enfoque funcionó, no fue óptimo porque utilizó 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 9.600 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 "paqueteadores" fue la cuestión de la transferencia de datos asíncrona versus síncrona . En ese momento, la mayoría de las computadoras personales tenían puertos serie RS-232 asíncronos para la comunicación de datos entre la computadora y dispositivos como módems. El estándar RS-232 especifica un modo de transmisión de datos asíncrono, start-stop, donde los datos se envían en grupos (caracteres) de 7 u 8 bits. Desafortunadamente, los módems AFSK simples que se utilizan normalmente no proporcionan ninguna 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 encuadre asincrónico . El receptor busca el "octeto de límite de trama" y luego comienza a decodificar los datos del paquete que le siguen. Otro octeto de límite de trama marca el final de la trama del paquete.
Son posibles varias "conversaciones" de datos en un único 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 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, los ordenadores personales asumen las funciones del TNC, siendo el módem una unidad independiente o implementado íntegramente 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 datos como paquetes AX.25 y controlar el canal de radio. Con frecuencia, también proporciona otras funciones, como un sistema de tablero de anuncios simple para aceptar mensajes mientras el operador está ausente.
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.
Los módems utilizados para radio por paquetes varían en cuanto a rendimiento y técnica de modulación, y normalmente se seleccionan para que coincidan con las capacidades del equipo de radio en uso. El método más utilizado es el que utiliza codificación por desplazamiento de frecuencia de audio ( AFSK ) dentro del ancho de banda de voz existente del equipo de radio. Las primeras estaciones de radioaficionados por paquetes se construyeron utilizando módems Bell 202 de 1200 bit/s sobrantes y, a pesar de su baja velocidad de datos, la modulación Bell 202 sigue siendo el estándar para el funcionamiento de VHF en la mayoría de las áreas. Más recientemente, 9.600 bit/s se ha convertido en una alternativa popular, aunque técnicamente más exigente. En frecuencias 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 propia radio, generalmente simplemente conectando la salida de audio de la computadora directamente a la entrada de micrófono del transmisor y la salida de audio del receptor directamente a la entrada de micrófono de la computadora. Al agregar un giro al transmisor en la señal de salida ("PTT") para el control del transmisor, se crea un módem de radio . Debido a esta simplicidad, y con solo tener a mano los microchips adecuados, la modulación Bell 202 se convirtió en una forma estándar de enviar paquetes de datos de radio a través de la radio como dos tonos distintos. Los tonos son de 1.200 Hz para Mark y 2.200 Hz para el espacio (desplazamiento de 1.000 Hz). En el caso de la modulación Bell 103 , se utiliza un desplazamiento de 200 Hz. Los datos se codifican diferencialmente con un patrón NRZI , donde un bit de datos cero se codifica mediante un cambio de tonos y un bit de datos de un bit se codifica sin cambios de tonos.
Las formas de lograr velocidades superiores a 1200 bits/s incluyen el uso de chips de módem telefónico a través del micrófono y los conectores de salida de audio. Se ha demostrado que funciona a velocidades de hasta 4.800 bit/s utilizando módems de fax V.27 en modo semidúplex. Estos módems utilizan manipulación por desplazamiento de fase , que funciona bien cuando no hay manipulación por desplazamiento de amplitud , pero a velocidades más rápidas, como 9.600 bit/s, los niveles de señal se vuelven críticos y son extremadamente sensibles al retardo de grupo en la radio. Estos sistemas fueron iniciados por Simon Taylor (G1NTX) y Jerry Sandys (G8DXZ) en la década de 1980. James Miller (G3RUH) desarrolló otros sistemas que implicaban pequeñas modificaciones de la radio y funcionaban a 9.600 bit/s.
Los controladores de nodo AFSK de 1200 bit/s en 2 metros (144-148 MHz) son los paquetes de radio más comunes. Para la radio por paquetes UHF/VHF de 1200/2400 bit/s, los aficionados utilizan radios de voz FM de banda estrecha comúnmente disponibles. Para paquetes HF, se utilizan datos de 300 bit/s sobre modulación de banda lateral única ( SSB ). Para paquetes de alta velocidad (9.600 bit/s en adelante), se deben utilizar radios especiales o radios FM modificadas.
Se han desarrollado módems personalizados que permiten velocidades de rendimiento 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 transportar 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 utilizada para un funcionamiento de 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 la 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 "Wi-Fi" de 2,4 GHz se superpone parcialmente a una banda de radioaficionado, por lo que los operadores de radioaficionados con licencia pueden adaptar y utilizar el hardware Wi-Fi comercial a niveles de potencia más altos, aunque las restricciones a la radioafición limitan el atractivo del uso de radio por paquetes para Conectar 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 destinado específicamente al uso de radioaficionados. A pesar de su nombre, AX.25 define las capas física y de enlace de datos del modelo OSI. (También define un protocolo de capa de red, aunque rara vez se utiliza). [10]
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 tablero de anuncios . Para estas aplicaciones no se requieren servicios de red por encima de la capa de enlace de datos.
Para proporcionar enrutamiento automatizado de datos entre estaciones (importante para la entrega de correo electrónico ), se han desarrollado varios protocolos de capa de red para usar 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 .
Muchas operaciones comerciales, particularmente aquellas que utilizan el despacho de vehículos (por ejemplo, taxis, grúas, policía) no tardaron en notar el valor de los sistemas de radio por paquetes para proporcionar sistemas de datos móviles simples. Esto condujo al rápido desarrollo de varios sistemas comerciales de radio por paquetes: [11]
{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )