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¿Qué es A.P.R.S.?

por Toni Planas, EA3DXR
Revisión 22/01/2000


APRS Automatic Packet/Position Reporting System, o Sistema Automático de Información de Posición, una tecnología que combina el uso de mapas digitales para posicionar en ellos estaciones y objetos, mediante un sistema abierto y transparente, basado en la modalidad de radiopaquete (AX.25).

El protocolo o mejor dicho, la utilización de parte del protocolo, es su única coincidencia con el radiopaquete tal como lo conocemos. Parte de una filosofía operativa completamente distinta e incorpora aplicaciones que aprovechan modalidades digitales tales como SSTV, y otras bien distintas: radiolocalización, telemetría, etc. que la hacen difícilmente encajable dentro del “radiopaquete clásico”. Es más bien un producto de su evolución.

APRS es una marca registrada de su autor, Bob Bruninga, WB4APR.

Un poco de historia

Su ideador y primer desarrollador fue, como se ha dicho, WB4APR quien en ya 1.984 creó un programa soportado en VIC-20 para el seguimiento de una carrera de caballos de larga distancia. Este fue el predecesor de lo que actualmente conocemos como APRS que no hizo su “puesta de largo” hasta Noviembre de 1.992 cuando se presentó oficialmente la primera versión para DOS en la A.R.R.L. Digital Communications Conference, en New Jersey.

Pico Packet Mic-Encoder A partir de entonces ha ido evolucionando e incrementando el número de practicantes, especialmente en América del Norte donde ya se dispone de una vasta red. Paulatinamente ha visto incrementadas sus posibilidades a la par que se desarrollaban tanto programas para diversos entornos y cometidos como interfaces, módems y equipos. Desde hace años, los principales fabricantes norteamericanos de TNC (AEA, Kantronics, MFJ, Paccomm, etc.), han venido incorporado versiones compatibles e incluso específicas con este sistema. TAPR (1) dispone asimismo de kits para módems y TNC específicos y de programas para las eproms de su TNC2. Tal es el auge, que un conocido fabricante japonés de equipos se adelantó a sus competidores lanzando al mercado, hará más de un año, un modelo portátil bibanda y tiene a punto de comercializar otro (anunciado recientemente en las revistas especializadas), para uso móvil. Estos transceptores, además de incorporar un TNC y módem a 1k2 y 9k6, a través de su pantallita y teclado, se convierte en un completo terminal para el sistema APRS, entre otros usos, aparte del clásico servicio analógico.

(1) Tucson Amateur Packet Radio es una asociación norteamericana de radioaficionados, independiente, líder y referencia obligada en el campo de las comunicaciones digitales,. Colaboradora habitual de otras asociaciones como la ARRL o AMSAT.

TM-D700 De la misma forma han aparecido nuevos desarrolladores de programas para los entornos más comunes: Windows, Windows-CE, Macintosh y Linux.

Tal evolución aconsejó la creación de un comité, bajo el amparo de TAPR, en el que han participado los principales desarrolladores. Fruto de sus deliberaciones, llevadas a cabo en los últimos meses, se publicó el pasado mes de diciembre (disponible en www/tapr.org), un documento que es la referencia básica y técnica, con el protocolo y todas las especificaciones del sistema APRS.

En Europa hay actividad APRS en diversos países, pero no se registra aún con la intensidad del otro lado del Atlántico aunque va tomando fuerza, especialmente desde hace un par de años. Por las noticias que tengo se dispone de red estable aunque no muy extensa en el Reino Unido, Países Bajos, Suiza, Finlandia, Italia, Portugal y Grecia. En el Estado Español las primeras experiencias que me constan se hicieron en EA4 (Cuenca) y EA3 (Barcelona). Actualmente existe una incipiente red estable en las comarcas centrales de EA3. Probablemente la relación deba ser en realidad más extensa, pero estas son las únicas noticias contrastadas que dispongo hasta el momento. Si algún lector conoce actividad en otras zonas, ruego me disculpe y se ponga en contacto para intercambio de información y experiencias. No tengo noticias acerca de América Latina. También hay actividad en Japón, Sudáfrica, Australia y Nueva Zelanda.

La instalación básica

Distinguimos dos tipos de estaciones: fijas y móviles. Entre las primeras se hallan las de los QTH de los radioaficionados y las desatendidas, generalmente ubicadas en sedes de radioclubes, lugares aislados e incluso remotos, cumpliendo diversas funciones que detallaré más adelante.
Los elementos mínimos e imprescindibles para disponer de una estación APRS en nuestro QTH, además del sistema transceptor y radiante, son

  • Módem o TNC para radiopaquete.
  • Ordenador con programa específico para el sistema APRS.

Hasta hace muy poco era imprescindible disponer de un TNC, pero ya han aparecido versiones compatibles con AGWPE (SV2AGW) que permiten incorporar un amplio abanico de módems y tarjetas.

TNCplus Generalmente se opera a 1200 baudios. El módem o la TNC no precisan, para esa instalación básica, ninguna característica especial o diferente de los utilizados en la habitual operación de radiopaquete, debido a que, como se ha dicho al principio, se basa en el mismo protocolo.

En cuanto a los programas los hay para los entornos más comunes, aunque los más utilizados lo son bajo Windows (3.x, 95 ó 98). Constan de una pantalla principal en la que se nos presentan mapas que pueden abarcar zonas geográficas amplias o reducidas, a nuestra elección. Se recogen en una base de datos con la habilidad de poder pasar fácil e incluso automatizadamente de uno a otro. Podemos utilizar también reproducciones previamente escaneadas y referenciadas geográficamente, de mapas de carreteras, callejeros, físicos, etc.

El desplazamiento del cursor sobre el mapa nos informa inmediatamente de las coordenadas (longitud/latitud) del punto señalado en cada momento por el puntero y la cuadrícula correspondiente al QTH Locator. Con este mismo movimiento del cursor (por ejemplo a través del ratón) podemos averiguar distancias en línea recta entre dos puntos elegidos y situación geográfica de uno respecto a otro para, por ejemplo, determinar la teórica orientación de una antena.

La información básica que debemos suministrar al programa, previo a cualquier tipo de operación, consta del indicativo de nuestra estación, su ubicación precisa en grados, minutos y centésimas de minuto, características de nuestra instalación (potencia de salida, tipo de antena, ganancia y altura), así como el icono o símbolo con el que queremos ser representados o “vistos” por el resto de estaciones del sistema APRS. Lo habitual, si se trata de la estación de nuestro QTH, es que elijamos el que reproduce el dibujo de una casa con su antena, aunque existen hasta 255 posibilidades, según las circunstancias. Deberemos además informar del tipo de módem, la velocidad y el puerto serie donde se halla alojado.

Con una cadencia predefinida, las estaciones APRS emiten sus peculiares balizas conteniendo identificación e información adicional, que son repetidas por una o más digirrepetidoras especializadas (¡atención! no confundir con los conocidos nodos de radiopaquete). El resto de estaciones recogen esta información balizada y la procesan para posicionar en sus mapas las nuevas estaciones o refrescar la información de las preexistentes. Cuando una estación queda inactiva, pasado cierto lapso de tiempo, desaparece de los mapas de sus corresponsales.

Estaciones móviles y repetidores analógicos.

Entendemos por estación móvil desde la instalada en un artilugio mecánico (camión, tractor, todo-terreno, turismo, motocicleta, bicicleta, barco, barca o yate, aeroplano, ala delta, parapente, etc.) hasta la que pueda llevar consigo un caminante, senderista o montañero. Casi todas ellas tienen un icono específico para identificarlas y distinguirlas del resto.

La característica común que las diferencía de las fijas, es su posibilidad de desplazarse y la necesidad de recoger de una forma automatizada tal desplazamiento, para que pueda ser representado, visto y seguido por el resto de estaciones del sistema. Ello se consigue adicionando otro elemento a la estación: el receptor GPS. Min-Module

El receptor GPS (Global Position System) facilita en tiempo real, entre otros, datos sobre posición en latitud/longitud, altura, rumbo y velocidad. Para este menester resulta imprescindible que disponga de una salida de datos compatible y en un formato estándar: el NMEA 0183. Los datos son entregados a un TNC o similar, apto para el sistema APRS, que los incorpora a las balizas a emitir por la estación móvil. De esta forma el resto puede seguir su evolución a través del mapa y conocer en todo momento su posición y circunstancias (situación, altura, rumbo, velocidad, etc.).

Resulta obvio que las estaciones móviles tienen, en la mayoría de casos, evidentes limitaciones operativas respecto de las fijas. Tanto por el volumen de los utensilios, como por la propia limitación operativa. Por ello habrá desde estaciones plenamente operativas, capaces de interaccionar perfectamente con el sistema: enviar, recibir y analizar datos, a otras que deberán limitarse a ser “sujetos pasivos” emitiendo solamente de forma automatizada los datos de su posición. A las primeras se las conoce como “full trackers” y a las segundas como “stand alone trackers”.

Para paliar esas limitaciones se han desarrollado circuitos extremadamente pequeños, basados en buena parte en tecnología PIC y componentes SMD, (como el MIM Module del recuadro anterior) que integran tanto la parte de CPU (con el protocolo, acceso a datos GPS, etc.) como el módem. Hay un amplio abanico de posibilidades donde escoger: desde diseños capaces de ser incorporados en el soporte de un micrófono de mano, pasando por TNC miniaturizadas y ultraligeras, hasta equipos como los referidos anteriormente, que incorporan “todo en uno” transceptor, TNC y terminal, sin olvidar los programas dedicados a ordenadores de bolsillo.

Paralelamente se ha desarrollado un sistema que aprovecha la red de repetidores analógicos enviando a través de ellos datos APRS durante la habitual operación en fonía de una estación móvil, sin interferirla. Se trata, en resumen, de aprovechar la “cola” de una transmisión a través del repetidor para mandar la trama APRS automatizadamente (al liberar el PTT). Esta trama es recogida directamente del receptor del repetidor por un TNC apto para la operación en squelch abierto. Al comprobar que se trata de una modulación digital la remite a un transmisor, en un canal específico APRS. Paralelamente, la recorta antes de entregarla al transmisor del repetidor. Así las estaciones que estén a la escucha del reemisor analógico solo observan una ligera demora de pocos milisegundos entre el final de la modulación (al pasar el cambio o hacer una llamada) de la estación y la “cola” del repetidor y evitan escuchar el chirrido de la trama, que podría resultar molesto.

Equipo móvil (WT, PDA i GPS) El mismo TNC opera como una estación más del sistema, emitiendo sus propias balizas por el canal APRS, con su indicativo, posición e icono específico de repetidor analógico apto para tal operativa. Así el resto de estaciones pueden identificar fácilmente el origen de una transmisión. Entre la información facilitada por el sistema APRS anexo al repetidor analógico pueden incorporarse datos de canal, potencia, ganancia de antena y obligatoriamente, ubicación geográfica. Así una estación móvil, convenientemente equipada, puede cercionarse ópticamente de los repetidores analógicos que están a su alcance, a la par que cualquier estación fija puede conocer a través de cual de ellos puede efectuar una llamada a otro colega, en móvil o en QTH fijo.

Digirrepetidoras

Cada estación individual puede convertirse en una estación digirrepetidora que dé acceso al sistema a otras a otras de su entorno con menor cobertura (p.e. móviles). Sin embargo el peso de esta operativa, para incorporar vastas extensiones de terreno, se encomienda a estaciones especializadas, anexas frecuentemente a otras analógicas.

Ubicadas en puntos geográficamente prominentes, dan cobertura por un lado a las estaciones base y por otro se enlazan con otras digirrepetidoras, trasvasándose la información disponible en el sistema, de unas a otras.

Lo operativa habitual está en la bandas de V-UHF o superiores. Pero también hay frecuencias específicas en HF para aumentar cobertura y añadir al sistema lugares muy distantes entre si. Se han efectuado experiencias con estaciones espaciales (caso de la MIR) y está previsto en el protocolo la utilización de satélites de radioaficionado para dar cobertura a estaciones móviles.

Otra habilidad, totalmente desarrollada y operativa, consiste en utilizar enlaces punto a punto a través de Internet. Es más, todos los programas aptos para APRS incorporan la posibilidad de conectarse a la red a través de sesiones Telnet, de forma que cualquier estación pueda disponer a la vez de uno o más puertos en radiofrecuencia y otro conectado a Internet, con sesiones simultáneas, trasvasando la información disponible todos ellos. Existen además programas especializados para servidores de este tipo. En USA está reglamentariamente contemplado, siempre que la materia del tráfico originado sea de radioaficionados para radioaficionados o servicios de emergencia civil.

Frecuencias

A fin de facilitar el acceso de las estaciones móviles se utilizan frecuencias comunes a lo largo de todo el territorio. Ya se ha dicho que la operación es a 1200 baudios AFSK. En Europa la frecuencia generalizada para VHF es 144.800. En los enlaces de UHF hay disparidad de criterios. En EA3 se está utilizando 433.625. Resulta casi imprescindible huir de los canales ocupados por servicios de radiopaquete.

Otros tipos de estaciones. Telemetría, meteorología y radiolocalización.

Pic-Encoder+Ultimeter Pic-Encode Independientes o anexas a otras digirrepetidoras, repetidores analógicos o a las del QTH de los radioaficionados, podemos disponer de estaciones que, de forma automatizada, faciliten datos de telemetría.

Ello permite controlar permanentemente de forma cómoda por ejemplo, el sistema de alimentación de un determinado repetidor: la carga de sus baterías, el rendimiento de los paneles solares, si se está alimentando desde la red, la temperatura de un determinado circuito, etc. Es factible incorporar alarmas para avisarnos de situaciones tales como baja carga de batería o desconexión de red, apertura de puertas o detección de presencia, etc.

El protocolo para telemetría está bien desarrollado y especificado en el sistema APRS. Deberemos ayudarnos de módems con interfaces especializados y conversores analógico/digitales. Existen diversos circuitos y kits y además se disponen de bibliotecas de rutinas para programación.

Se han empleado para experimentación en lanzamientos de globos y sondas. Por sus características, APRS es muy apropiado para ese tipo de experimentación puesto que la adición de receptor GPS permite un fácil seguimiento.

Dentro de este tipo, las estaciones más extendidas son sin embargo las meteorológicas. Diversos TNC incorporan habilidades para recoger los datos de las estaciones domésticas de mayor difusión (Davis, Huger, Ultimeter, etc.). Como en el caso de los receptores GPS, imprescindible de que dispongan de salida para datos. Algunos programas permiten compartir un mismo puerto serie para disponer en el de un TNC y una estación meteorológica (o un GPS) al mismo tiempo.

Las estaciones de telemetría y las meteorológicas se identifican con su propio icono. Posicionadas en nuestro mapa, podemos acceder a su información simplemente seleccionándolas con el “clic” del ratón sobre su icono. Podemos obtener en tiempo real temperatura, humedad, velocidad y dirección del viento, evaluación de máximas, mínimas, lluvia, etc.

Menos conocido, pero no por ello menos interesante, resulta otra habilidad del sistema APRS cual es la radiolocalización. Hay básicamente dos métodos: por intensidad de campo y triangulación. Existen utilidades para enlazar con ciertos medidores de campo. Resulta imprescindible que las estaciones participantes tengan perfectamente informadas las características de su sistema: potencia, ganancia, altura y direccionalidad.

Información sobre estaciones de radiopaquete.

Si en sus balizas, otras estaciones operando radiopaquete, bien se trate de individuales o colectivas, incorporan la cuadrícula de su locator y la emiten por un canal APRS bien sea de forma directa o a través de alguna digirrepetidora, el sistema las identifica con un icono específico y pueden representarse en los mapas correspondientes. Por este método su posición diferirá ligeramente de la real. Si en vez de la cuadrícula del locator, se programan balizas con información compatible, la ubicación puede representarse con exactitud.

Información de DX

La escucha de un canal en el que un servidor emita tramas UI (en modo desconectado) con informaciones de DX, permite su captura y, disponiendo previamente de una base de datos de prefijos, pueden representarse gráficamente las estaciones sobre el mapa, con su icono correspondiente, frecuencia, hora y demás datos adicionales entre los que se encuentra los de orientación de antena.

Bases de datos

Otra facilidad del sistema consiste en poder disponer de bases de datos diversas:

  • Repetidores analógicos.
  • Nodos, buzones y servidores de DX.
  • Estaciones de servicio de combustible, áreas de servicio.
  • Puntos de agua.
  • Puestos de primeros auxilios, policía, bomberos, hospitales, Protección Civil, etc.
  • Puertos y aeropuertos, helipuertos, talleres, etc.

Los datos contenidos en estas bases son accesibles y modificables por el operador. Deben referenciarse geográficamente, determinando con exactitud su localización. Pueden incorporar información adicional tal como dirección, teléfono, nombre del responsable, indicativo del mismo y frecuencias utilizadas (caso de repetidores y servidores de radiopaquete).

Accesibles mediante listados en pantalla, permiten además ser incorporadas y retiradas de los mapas y representarlos con su icono distintivo, que facilita los datos adicionales al seleccionarlo.

Los objetos

Hasta ahora hemos visto un buen número de aplicaciones del sistema APRS. En una red bien dotada, las estaciones activas disponen de mapas repletos de informaciones diversas de sus corresponsales, pueden contactar con las móviles y seguir su ruta, conocen las condiciones climatológicas de un determinado punto, monitorizar datos relevantes para el control y mantenimiento de repetidores analógicos. etc. etc. Pero esto no es todo: una de la utilidades más potentes del sistema son los objetos.

Entendemos por objetos, iconos que pueden representar camiones de bomberos, helicópteros, aeronaves, vehículos de policía, ambulancias, personas, animales, etc. Pero también elementos climatológicos: lluvia, granizo, viento, nieve, hielo, tornado, tormenta, etc. Y situaciones diversas: incendio, inundación, hundimiento, presencia humana o animal, colapso de trafico, etc.

Estos objetos pueden ser editados por cualquier estación, que escoge el icono con los que va a representarlos, su ubicación geográfica, nombre y datos adicionales. Es posible, de forma automatizada y mediante la baliza correspondiente, informar de su existencia al resto de estaciones que, automáticamente, los verán representados en sus correspondientes mapas. Si el objeto varía de ubicación, una nueva edición por parte de su originador o de cualquier otra estación, informa de esta circunstancia al resto y refleja la nueva posición en los mapas. También es posible eliminarlos, informando de ello al resto de estaciones y literalmente, “hacerlos desaparecer del mapa”.

Como se deduce, esta es una herramienta muy potente para temas de protección civil e información general. En USA se dispone de enlaces con servicios de emergencia que facilitan telemáticamente datos, como los relativos a la evolución de tornados y huracanes. Esta información es redistribuida a través de la red APRS y, al compararla con la de las estaciones meteorológicas de la zona por donde evoluciona el fenómeno, puede resultar de gran utilidad.

Los programas permiten optativamente conservar las tramas recibidas en sendos ficheros, por lo que a posteriori es posible reproducir (como si de una moviola se tratase) determinadas situaciones o acontecimientos.

También es posible informar automatizadamente sobre la posición de aeronaves comerciales mediante la recepción y proceso de las radiobalizas del sistema ACARS (130 Mhz AM) que entre otros datos facilitan posición, tipo de aeronave y compañía. No es preciso que cada estación disponga de un receptor para ACARS, con una sola de ellas, bien posicionada y con antena adecuada, puede cubrir un amplío espectro e informar y actualizar datos para el resto.

La mensajería

APRS también contempla el envío de mensajería. pero solo como soporte para el diálogo entre operadores (“talk”) y sistema de avisos y noticias. Se trata pues de mensajes personales, boletines y anuncios breves de interés general. El protocolo prevé la confirmación de recepción automatizada por parte del destinatario.

Los anuncios y boletines se retransmiten con una cadencia predeterminada. Mayor al principio, cada vez más espaciada en las horas y días siguientes. Tanto los mensajes personales como boletines son transparentes a todos los usuarios. Al existir utilidades de búsqueda, es posible enviar un aviso a una determinada estación móvil. Cuando alcance área de cobertura recibirá el mensaje y el originador, su acuse de recibo. En resumen, una utilidad que guarda cierto paralelismo a los mensajes de texto para telefonía móvil.

Los grupos de distribución

Como se ha dicho al principio APRS es un sistema abierto y transparente. Ello implica que todas las estaciones tienen acceso a todo el tráfico, mensajería e informaciones, con una única limitación: la geográfica. En una zona con mucha actividad ello puede representar un inconveniente por exceso de saturación informativa en los mapas.

Para evitarlo existen los grupos de distribución. Los originadores de la información pueden dirigirla a grupos de interés genéricos o específicos. Los receptores tienen la potestad de limitar la que desean ver y procesar. Así es posible que una estación tenga únicamente disponible la información meteorológica y obvie el resto. O que un grupo de estaciones que participen en un evento determinado “vean” únicamente al resto de estaciones participantes y hagan “oídos sordos” al resto. Pero ello siempre parte de una autolimitación personal. El sistema le facilita toda la información, de forma abierta y transparente.

Dispersión meteórica (MS)

Las balizas APRS resultan apropiadas para la operativa en MS y el protocolo contempla el desarrollo de contactos tanto en “random” como con cita previa. Aunque los resultados más satisfactorios se obtienen en 50 Mhz, hay actividad también en 144 Mhz. Se suele trabajar con velocidades entre 2k4 y 9k6 bps.

Una estación baliza de la ARRL suele estar activa durante los períodos de lluvias más fuertes.

El protocolo

Lo que sigue es una