Caractéristiques techniques

* Le domaine privilégié sont les ondes ultra-courtes. Sa présence sur les ondes courtes est encore limitée.
* Protocole: AX25 dérivé du protocole X25.
* Transmission synchrone des bits (HDLC).
* Existance de stations-relais fixes appelées DIGIPEATERS.
* L'accès à ce réseau s'effectue en règle générale uniquement dans la bande des 70 cm (430 à 440 Mhz) à un taux de transmission de 1200 bauds.

La généralisation de l'utilisation des ordinateurs par les radio-amateurs s'est traduite, relativement vite, par des expérimentations avec des systèmes numériques de transfert de données. En effet, dans le cas d'un transfert par radio, les conditions techniques sont, si on les compare à celles régissant une liaison par le réseau téléphonique, totalement différentes. Nous allons, dans cet article, nous intéresser au système "Packet Radio" qui s'est beaucoup généralisé au cours des dernières années.

L'équipement (nombre et taille) nécessaire est très simple (?) et peu encombrant. En plus d'un récepteur/émetteur, il faut disposer d'un modem Packet Radio TNC=Terminal Node Controller) et d'un ordinateur. Il ne faut pas oublier non plus qu'il faut disposer impérativement d'une licence de radio-amateur sans laquelle on n'est pas en droit d'utiliser un récepteur/émetteur, voire encore, dans certains pays, même simplement de posséder un tel équipement.

Les données par paquets

L'utilisation quasi-généralisée d'ordinateurs par les radio-amateurs a fait naître le désir de pouvoir échanger des données à l'aide de ce type d'appareil aux applications universelles. Packet Radio est donc un système pour le transfert par radio de données numériques.

Sachant que le terme anglais PACKET signifie paquet, ce n'est pas faire preuve de perspicacité que de deviner que le transfert se fait par ... paquets. Dans le cas présent, le terme de "données" recouvre n'importe quel texte lisible, entré à l'aide du clavier de l'ordinateur. Les possibilités qu'offre le transfert de données par radio ressemblent à celles d'un transfert par réseau téléphonique. Le système Packet Radio a pourtant un caractère très différent. Le risque qu'il se produise des distorsions lors d'une liaison par radio est sensiblement plus élevé que dans le cas d'une liaison téléphonique ou d'une autre liaison par "cible". On est, en outre, (quasiment) jamais le seul utilisateur d'une certaine fréquence à un moment donné. Chaque paquet de données comporte de ce fait l'indicatif de l'émetteur et du récepteur.

Il est possible ainsi qu'il existe sur une même fréquence plusieurs liaisons indépendantes, chacune de ces liaisons donnant l'impression d'être la seule à y trafiquer. Une liaison n'a qu'un seul émetteur et un seul récepteur, il n'est donc pas possible d'établir une liaison de conférance à 3 (ou plus).

Si l'on compare Packet Radio à d'autres systèmes de communication, son aspect "multi-utilisateurs" (multi-user) constitue sans doute la différence la plus évidente; c'est en même temps la raison de la popularité croissante de ce système.

Il existe d'autres systèmes de communication (tels que RTTY et AMTOR pour n'en citer que 2), qui sont plus vieux et dont la structure de protocole n'admet qu'une seule liaison par fréquence.

Types de paquets

Il existe plusieurs types de paquets ayant chacun sa propre fonction. Un paquet se compose toujours de plusieurs parties (figure 2).

Un paquet commence toujours par un indicateur (Flag), suivi d'une zone d' adresse comportant les indicatifs de l'émetteur, du destinataire et, éventuellement, celles des stations-relais. On trouve ensuite la zone de commande et la zone de données, variables en fonction du type de paquet concerné. Chaque paquet se termine avec une zone comportant une somme de contrôle (FCS = Frame Check Sequence) et l'indicateur de fin.

Les différents types de paquet peuvent être classés, selon leur fonction, en paquets de données, d'acquittement et de commande.

Pour l'utilisateur, c'est sans doute le paquet de données qui est le plus important, sachant que c'est uniquement ce genre de paquet qui comporte des renseignements pratiques ou utilisables. Cependant les paquets de données ne suffisent pas à eux seuls.

Les paquets d'acquittement sont indispensables pour indiquer à l'autre participant, que le transfert s'est effectué, soit correctement, soit avec des
erreurs. Le participant a besoin de ces informations pour pouvoir réagir en conséquence. Les paquets de données sont numérotés successivement de 0 à 7. Il est possible de ce fait d'acquitter plusieurs paquets de données (7 au max) avec un seul paquet d'acquittement. Les paquets de commande sont, enfin, nécessaires pour pouvoir établir ou interrrompre une liaison.

La liaison

Si qui que ce soit désire entrer en communication avec un autre correspondant, il lui faut commencer par établir une liaison. Il émet à cet effet un paquet spécial dont la réception de l'autre côté se traduit, après réception par le destinataire, soit en une confirmation, soit en un refus d'établissement de liaison.

Si la station de destination ne répond pas, la transmission du paquet entier est répétée plusieurs fois, car le système suppose qu'il était devenu illisible suite à une interférence ayant lieu en cours de transmission

L'émission répétitive des paquets se fait automatiquement par l'intermédiaire du (modem) TNC et ceci après écoulement d'un certain intervalle -dont la durée est à définir librement- au cours de laquelle il n'est arrivé aucune réponse.

Une fois la liaison établie, l'échange des données entre les deux participants peut commencer (figure 3).

figure 3: Occupation de la fréquence lorsque 2 stations (A et B) seulement échangent des données. La station A envoie un paquet de données, B
l'acquitte, A envoie le paquet suivant, B l'acquitte, etc...

Temps
--------------->
ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿
___³² Paquet de³___³² Acquit-³___³² Paquet de³___³² Acquit-³__ ...
³² données 1³ ³² tement ³ ³² données 2³ ³² tement ³
ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ

² Bloc
² d'idendification

Il est essentiel de tout paquet de données soit confirmée par l'émission d'un paquet d'acquittement. La somme de vérification (FCS) sert alors à vérifier l'exactitude des données. L'alogorithme utilisé lors de cette vérification esttrès complexe et élimine pratiquement tout risque d'erreur de transmission.On est certain, de cette façon, que les données sont reçues correctement par le destinataire.
On dispose également de la possibilité, comme mentionné plus haut, d'envoyer plusieurs paquets, en petit train, pour ensuite procéder à un acquittement général. La numérotation courante et cyclique de 0 à 7 des paquets de données permet de faire appel à cette possibilité. Il faudra pourtant limiter à 7 le nombre de paquets émis consécutivement, de façon à pouvoir évaluer, par l'intermédiaire d'un paquet d'acquittement, ce que le destinataire a effectivement reçu.

Il existe également, pour terminer une liaison, un paquet aux caractéristiques spécifiques. La fin d'une liaison ressemble, du point de vue de sa structure à ce qui a donné lieu à son établissement. Le fin de liaison doit être confirmée par l'autre station.

Si une station n'acquitte plus les paquets entrants pendant un certain temps (le nombre maximal de répétitions d'un paquet est définissable par l'utilisateur), l'autre station, l'émetteur, considère que la liaison est interrompue et dons terminée. Cette approche est nécessaire puisqu'un transfert de données est devenu, dans ces conditions, impossible; il est important surtout d'éviter que les demandes d'acquittement -inutiles dans ces conditions- n'encombrent pas la fréquence.

Dans le domaine des radio-communications, de tels problèmes ne sot pas rares, surtout s'il faut couvrir une distance relativement grande. 2 des problèmes les plus fréquemment rencontrée sont, un changement des conditions de propagation du signal dû à des variations météorologiques, et une distorsion introduite par d'autres stations (interférences) -on notera qu'il s'agit dans les 2 cas de distorsion involontaire!-.

Multi-user

L'une des caractéristiques les plus "sympas" du Packet Radio est sans doute que plusieurs opérateurs, indépendamment l'un de l'autre, peuvent utiliser la même fréquence. Les paquets de données et d'acquittement sont, comme indiqué plus haut, échangés entre les stations.

L'occupation de la fréquence ne se limite (malheureusement) pas à la durée de cet échange (ou de transfert). Il s'agit, en règle générale, de liaisons
"simplex". Cela veut dire qu'une station se trouve, soit en émission, soit en réception. Une commutation du mode émission vers le mode réception ou inversment demande un certain temps. De façon à pouvoir utiliser la même fréquence pour plusieurs opérateurs, un modem donné n'est autorisé à transmettre des données que lorsqu'il détecte qu'à cet instant, la fréquence est libre. Cette opération prend, elle aussi, un certain temps.

Si l'on veut donc envoyer un paquet, il faudra d'abord émettre un bloc d'identification, permettant d'indiquer à la station réceptrice et aux autres stations que la fréquence en question est occupée. Ce n'est qu'après ce bloc d'identification qu'est transféeé le paquet de données voire celui d'acquittement. C'est trrès exactement lors de cette période de reconnaissance d'occupation de fréquence que se produit le problème des interférences mutuelles entre stations.

Pour éviter les "collisions" de paquets il n'est pas permis aux stations, désirant transférer, de débuter l'émission simultanément. C'est pour cette
raison que le modem (TNC) d'une telle station, après avoir détecté que la fréquence est libre, attend un certain temps (défini aléatoirement) pour
vérifier une nouvelle fois qu'elle est toujours libre. Si tel est bien le cas, le TNC commence l'émission des données, sinon cette opération de vérification et de re-vérification se répète.

Ce protocole permet donc l'existence quasi-simultanée de plusieurs liaisons sur une seule fréquence (figure 4). Le transfert d'un paquet ne s'effectue pourtant qu'entre 2 stations seulement.

Figure 4: Plusieurs stations sur la même fréquence. La station A est en liaison indépendante avec 2 autres stations (B et C). Il existe simultanément
une liaison entre les station D et E.

Temps
--------------->

A->B A->C D->E E->D C->A A->C B->A C->A
ÚÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄ¿
___³²data|data³_³²data³_³² Ack³_³² Ack³_³²data³_³² Ack³_³² Ack³___ ...
³² 3 | 0 ³ ³² 7 ³ ³² 7 ³ ³² 0 ³ ³² 1 ³ ³² 3 ³ ³² 1 ³
ÀÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÙ

² Bloc
² d'idendification

data : données
Ack : acquittement

Un TNC a la possibilité d'établir, quasi-simultanément, une liaison avec plusieurs stations. Puisque tout paquet est dotédes indicatifs du destinataire et de l'expéditeur, le TNC n'a pas le moindre problème à les séparer les uns des autres.

Le TNC effectue un filtrage de tous les paquets reçus pour ne présenter au destinataire que ceux destinés à l'opérateur en question. La technique complexe de ce protocole reste cachée pour l'utilisateur . Le TNC est cependant doté d'une option de contrôle, permettant de visualiser toute activité prenant place sur la fréquence en question.

Liaisons indirectes

S'il est impossible d'atteindre directement la station requise, il existe la possibilité d'indiquer dans les paquets des stations intermédiaires. L'appel-
lation d'une telle station-relais est: DIGIPEATER (DIGItal rePEATER = répétiteur (relayeur) numérique). On peut adresser, comme Digipeater, n'importe quelle station à la portée de l'émetteur. Si une station reçoit un paquet dans lequel elle est mentionnée comme Digipeater, elle re-émet ce paquet aussitôt, sans que l'utilisateur ne s'en aperçoive.

figure 2: Structure de principe d'un paquet de donées.
ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿
³ Indicateur ³ Adresse ³ CTL ³ Données ³ FCS ³ Indicateur ³
ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ
1 14...70 1...2 0...256 2 1 Octets

Il est alors mentionné dans la zone des adresses du paquet (figure 2) que cette station a relayé le paquet. Grƒce à cette technique, on garantit une classification univoque des stations émettrices et réceptrices.

On peut indiquer jusqu'à 8 Digipeaters, ce qui permet de couvrir des distances plus que respectables.

Le réseau Packet-Radio

Il existe en Europe un réseau de Digipeaters possédant une licence spéciale fournie par les P&T des différents pays. Ces stations sont opérationnelles 24 heures sur 24. Il s'agit, en règle générale, de Digipeaters "intelligents", reliés tous par des liaisons "Interlink" trafiquant sur des fréquences spéciales autorisées par les P&T, et constituant ainsi un réseau très étendu.
Nombre de ces liaisons Interlink se situent dans la bande des 23 cm (1,2 Ghz) et travaillent à une vitesse de transmission de 9600 bauds.

L'accès à ce réseau se fait dans la bande des 70 cm (430 à 440 Mhz). Dans cette plage de fréquences, la portée d'un émetteur est limitée pratiquement à la portée optique, ce qui explique pourquoi la plupart des Digipeaters se trouvent en des endroits géographiques choisis pour leur bonne exposition.

Ces Digipeaters doivent "traiter" le plus vite possible un nombre important de paquets. Ils doivent en outre être capables de gérer les différentes liaisons Interlink et l'accès des opérateurs au réseau.

Une liaison Interlink se compose de 2 stations seulement. Il est, pour cette raison, pratiquement impossible qu'il se produise des collisions de paquets
(exception faite peut-être du cas d'un émetteur à portée trop importante).

La caractéristique la plus favorable de ce réseau est la fait qu'il est opérationnel en permanence. Il existe même des Digipeaters, fonctionnant sur les ondes courtes, qui permettent ainsi de relayer des paquets dans le monde entier.

Digipeater Intelligent

La plupart des Digipeaters sont du type "Intelligent". Non seulement le Digipeater gère les liaisons les plus diverses, mais, de plus, il met à la
disposition de l'utilisateur des informations concernant les liaisons Interlink et autres utilisateurs par exemple.

Beaucoup de Digipeaters comportent également un dispositif que l'on appelle un "autorouter": un sorte d'algorithme de recherche d'itinéraire, déterminant comment atteindre le Digipeater-destinataire. Ceci permet d'arriver au Digipeater requis sans être obligé de connaître le "chemin" exact à suivre. Pour la même raison, la disparition (panne) d'une liaison Interlink ne pose plus de problème. L'autorouter trouve automatiquement un itinéraire bis (Bison Fûté y est-il pour quelque chose).

On notera que les itinéraires disponibles sont déterminés par le réseau lui même. Un Digipeater détermine et mémorise à cet effet les différentes durées de transfert de paquets à travers différentes lignes Interlink. L'utilisateur a donc la possibilité de demander ces renseignements.

Boîtes aux lettres

Dans le monde des radio-amateurs, les boîtes aux lettres (ou MAILBOX en anglais) du réseau Packet Radio sont de plus en plus populaires. Comme ces boîtes aux lettres, à l'image des Digipeaters, fonctionnent sans surveillance continue, il faut une licence spéciale des P&T pour en créer une et la gérer.

Dans le réseau Packet Radio, ces boîtes sont reliées aux Digipeaters par l'intermédiaire d'une liaison Interlink, permettant de cette façon l'échange
aisé de messages (données) entre les différentes boîtes.

Après avoir établi une liaison avec une boîte aux lettres, l'utilisateur y trouve des informations en tout genre, telles que questions, tubes et astuces
concernant les radio-amateurs par exemple, qu'il peut décharger sous forme d'un fichier-texte (en ASCII quoi!). Il a également la possibilité de déposer un message dans cette boîte aux lettres. Puisque cette boîte fait partie de tout un réseau, le message peut être lu par n'importe quel radio-amateur. On peut limiter cependant la zone de "distribution" d'un message, par l'indication d'une zone de répartition spécifique telle que "Région Parisienne, France, Europe, ..." par exemple.
On se trouve en fait en présence d'un système de BBS (Bulletin Board System) du genre de ceux que connaissent de nombreux pays d'Europe et las USA, système dont le développement en France a été retardé très sensiblement par l'existence du Minitel avec ses possibilités de téléchargement (mais allez donc comparer une liaison à 9600 bauds se traduisant dans certains cas par la transmission de près de 3600 caractères/seconde (V42/MNP5) avec la transmission à 1200 bauds, 120 caractères/seconde d'une liaison Minitel.

Outre la possibilité de lire et d'envoyer des messages, chaque opérateur peut choisir une boîte aux lettres-"mère", dans laquelle il reçoit alors une boîte postale. Dans cette boîte postale, arrivent les messages lui étant adressés personnellement (une sorte de serveur minitel à grande échelle).

Si l'on a du mal, un jour ou l'autre, à joindre un ami opérateur, on peut laisser un message dans sa boîte postale. La boîte aux lettres dans laquelle
on se trouve à cet instant est sans importance. Il suffit de savoir dans quelle boîte au lettres se trouve la boîte postale de celui que l'on veut joindre. Si l'on envoie donc une "lettre" dotée de l'indicatif du destinataire, cette lettre sera déposée, après avoir été relayée par les Digipeaters à travers les liaisons Interlink, dans la boîte postale requise.

Si l'on tient compte des efforts personnels et matériels investis dans ce système, la question concernant les finances vient évidamment à se poser. A l'image de presque tous les services dans le domaine des radio-amateurs, les stations Packet Radio dépendent totalement des dons privés et autres sources philanthropiques. Il est admirable dans ces conditions, qu'à partir d'un système expérimental, on ait réussi, au bout de quelques années seulement, à créer un standard puissant et international.

Le modem Packet Radio

Intéressons-nous, après la description de Packet Radio et ses possibilités, à la technique et aux "finances", deux aspects entrant en jeu pour participer à ce système fort intéressant. Il est essentiel, pour utiliser les différente possibilités de Packet Radio, de disposer d'un modem TNC. En fonction de l'ordinateur dont on dispose, on a plusieurs options:

* Il existe, pour le Commodore 64, un logiciel et un matériel qui ne comporte en fait guère plus que le circuit intégré modem proprement dit. L'ordinateur se charge donc de gérer tout le protocole;
* pour les ordinateurs du type IBM-PC et Compatibles, on peut se procurer un TNC sous forme de carte d'extension à insérer dans l'un des connecteurs libres présents sur la platine principale de l'ordinateur;
* il existe aussi, pour terminer, des modems externes à relier à un ordinateur ou à un terminal.
La photo de la figure 1 montre un TNC2C. Il s'agit d'un modem séparé équipé d' un microprocesseur Z80, qui, grƒce à l'utilisation de composants de technologie CMOS, ne consomme que quelque 45 mA et convient de ce fait à une alimentation par piles.

Il suffit de connecter ce TNC directement à l'ordinateur (par l'intermédiaire du connecteur de son interface RS232). Un logiciel est superflu puisque le TNC se charge lui-même du déroulement complet de protocole. Le prix d'un TNC2C est compris entre 1000 et 1500 FF.

Il existe bien sûr, d'autres TNC réalisés à l'aide de composants standards (non CMOS). La consommation de ce genre de modem étant sensiblement plus élevée, ils ne peuvent pas être alimentés par piles.

Pour les ordinateurs les plus populaires (IBM, Atari, Amiga...) il existe dans le commerce des logiciels de commande de TNC, permettant même d'établir et d'entretenir jusqu'à 4 liaisons simultanément. Chacune des liaisons possède son écran de visualisation distinct, ce qui permet de vérifier continûment l'état instentané des liaisons. Si l'on utilise un terminal avec un TNC, il est recommandé de n'utiliser qu'une seule liaison à la fois, puisqu'un terminal, montre simultanément, les données de toutes les liaisons. La fonction "moniteur" visualise pourtant tous les paquets émis par d'autres stations.

Les caractéristiques de transfert d'un TNC peuvent être configurées par l'intermédiaire de différents paramètres. Sachant que l'on n'est jamais seul sur une fréquence, il est impossible de fournir une configuration polyvalente. La configuration dépend, entre autres, de la densité du trafic sur la fré-
quence, de la distance entre l'émetteur et le récepteur et des caractéristiques de propagation du signal. Il faudra faire appel à quelques expérimentations pour déterminer le réglage idéal.

Packet Radio, système relativement jeune et en pleine expansion, offre d'in nombrables possibilités à tous ceux qui aiment expérimenter. Voici quelques domaines qui méritent que l'on s'y intéresse:
* Le développement de modems plus rapides
* L'optimisation d'émetteurs/récepteurs pour le transfert numérique de données
* La création de nouveaux systèmes à micro-processeurs pour les Digipeaters.

C'est encore l'un des derniers domaines où l'on puisse faire preuve de son esprit de pionnier. Rien ne vous empêche donc de participer et d'adhérer à ce système mondial de tranfert de données par radio... à condition de disposer de la licence adéquate.