home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Hot Shareware 32 / hot34.iso / ficheros / VUBBS / 800TO814.ZIP / README / MIRTEST.TXT < prev    next >
Text File  |  1998-03-27  |  15KB  |  268 lines

  1.                         APRS/MIR Test 11 March 1998
  2.                            Bob Bruninga, WB4APR
  3.                          
  4.  
  5. On 11 March 1998 a special APRS/MIR test was conducted via the packet
  6. system on the Space Station MIR.  The test was to show possible methods 
  7. for improving the visibility of MIREX communications to students and 
  8. schools.  The objectives were to:
  9.  
  10.    1) Demonstrate the use of a one-to-all protocol using UI frames 
  11.    for more effective use of the MIR downlink to multiple 
  12.    participating ground stations.
  13.  
  14.    2) Demonstrate the usefullness of spacecraft beaconing their
  15.    GPS position a few times per footprint to identify their position.
  16.  
  17.    3) Use APRS map displays to display the moving position of the
  18.    spacecraft and to display the locations of all participating
  19.    ground stations.
  20.  
  21.    4) Demostrate the use of linked internet groundstations to 
  22.    distribute the live downlink collected from ground stations all 
  23.    over the US to users worldwide in real time.
  24.  
  25. BACKGROUND:  The Automatic Packet/Position Reporting System (APRS) is a 
  26. connectionless protocol using UI frames to communicate information 
  27. effeciently among a large group of stations in real time.  Each station
  28. with information transmits, and all stations capture, sort and accumulate
  29. the information on a variety of display pages or windows as follows:
  30.  
  31.    BULLETINS  Lists bulletins in sequence regardless of receipt order
  32.    MESSAGES   Displays messages to and from your station
  33.    TRAFFIC    Displays messages between other stations
  34.    STATUS     Displays the current status of all stations
  35.    POSITIONS  Displays the current position of all stations
  36.    TELEMETRY  Displays any telelmetry packets
  37.    HEARD LOG  Shows number of packets per station per hour, etc
  38.  
  39. Although most people associate APRS with GPS position reporting, a GPS
  40. is not required unless a station is moving.  Moving stations
  41. use a GPS to automatically update their position, instead of
  42. requiring manual entry.   Otherwise, the primary advantage of APRS
  43. is sharing information between the largest possible number of users
  44. effeciently over a single shared channel.
  45.  
  46. MIR BULLETINS:  The MIR packet radio link is ideal for a one-to-all
  47. protocol for distributing BULLETINS, ANNOUNCEMENTS and other information
  48. to all users in the footprint.  Although MIR currently transmits a
  49. few single line bulletins, these are sometimes lost among the 
  50. hundreds of other ACKS, REJECTS, and BUSY packets in the downlink
  51. that sometime overshadow any transfer of information.  By using a 
  52. protocol like APRS to receive the MIR downlink, monitoring stations
  53. can capture such properly formatted BULLETINS and ANNOUNCEMENTS of 
  54. interest to everyone and display them in a user friendly manner.
  55.  
  56. MIR POSITION TRACKING:  Since APRS has a full maping capability, it can
  57. not only display the location of all ground stations, it can also 
  58. plot the moving position of a spacecraft with an onboard GPS.   But 
  59. since a hardware upgrade to add a GPS to Mir is not likely, the
  60. same effect can be accomplished by a few strategicly placed MIR
  61. tracking stations that transmit up a pseudo-GPS position to be
  62. digipeated by MIR to all ground stations.  Three such stations could
  63. provide this service whenever MIR is over the USA.  These stations
  64. transmit only a single 1/2 sec packet every minute (1% of channel
  65. capacity) and the result is an accurately moving MIR ICON on all
  66. ground station maps.
  67.  
  68. PARTICIPATING STATION DISPLAY:  Since the MIR PBBS is a single user
  69. system, it can usually only be accessed by one or two users per 
  70. footprint under good conditions.  Meanwhile, within the same footprint
  71. are often dozens if not hundreds of users sending useless and 
  72. competing CONNECT-REQUEST packets which only reduce channel effeciency.
  73. The constant stream of DISCONNECT-BUSY packets in the downlink
  74. conveys the number of users participating in the pass, but carries
  75. no useful information.  If instead of useless connect requests, these
  76. same stations simply transmitted a single compressed position report
  77. it would not only show who is participating in the pass, but also
  78. show the distribution of these stations on the APRS map displays at
  79. no additional loading on the channel.  The flavor conveyed to the
  80. users in this case is a feeling of camaraderie as a participant with
  81. others in a pass instead of individuals fiercely competing with each
  82. other for the single user access.  This in itself is a better 
  83. attitude to convey to students and the map display is certainly more
  84. visually appealing than a scrolling display of disjoint packets.
  85.  
  86.  
  87. INTERNET INTERLINKED GROUNDSTATIONS:  With the worldwide connectivity
  88. of the internet, the downlink packets from MIR can be received by
  89. groundstations anywhere and made available to all users everywhere.
  90. For over a year, the APRServe system has been providing that kind
  91. of connectivity to APRS packets genearated nationwide.  During
  92. the APRS/MIR test it allowed stations even out of the footprint to
  93. observe the event.  Similarly for schools, it gives easy access 
  94. even to individuals and classes with no amateur radio equipment.
  95.  
  96. THE APRS/MIR TEST:  Since the Mir packet system has been operating well
  97. the last few weeks, Dr. Larson of the MIREX group suggested the APRS
  98. Mir test be conducted as soon as possilbe since precession was taking 
  99. Mir passes earlier every day and it would soon be out of view during
  100. school hours.  He authorized the APRS/MIR test on only two orbits on 
  101. the 10th of March.  Unfortunately the MIR packet system went off the 
  102. air on these two orbits, so the test was extended to the next few 
  103. orbits over the USA.  The test was limited to the USA only because 
  104. it had the largest numbers of existing APRS ground stations ready to 
  105. test in sufficient numbers to fully load the system.  But the delay 
  106. further complicated matters since the next orbits over the USA were 
  107. between 0230 AM and 0400 AM local time.  As a result, the test was 
  108. extended for a full 5 orbits to allow testers to choose a pass and 
  109. still get some sleep.
  110.  
  111. With the short notice of the test, and since the more effecient SPACE 
  112. mode of APRS had not been used or tested since the STS-74 and 78 
  113. SAREX and SPRE Missions over two years ago, APRS users were told to 
  114. just operate normally on the MIR frequency but to shorten their 
  115. position comments where possible.  The SPACE mode compresses the
  116. station's position report into his gridsquare to save 16 bytes per
  117. packet.  Due to the typical 10 minute duration of a pass, they were 
  118. told to transmit their position reports once every 3 to 4 minutes 
  119. to get a reasonable probability of success per orbit.
  120.  
  121. To make Mir appear to move on all groundstation maps, three special 
  122. tracking-uplink stations beaconed the moving position of MIR via the 
  123. MIR digipeater.  One from California using the callsign MIR-6, one 
  124. from Michigan using MIR-8, and one in Maryland using MIR-3 to match 
  125. their callsign areas.  West coast stations would see the moving 
  126. MIR-6, midwest stations would see the incoming MIR-6 change to 
  127. a MIR-8 and then east coast stations would see the moving ICON on their 
  128. maps change to a MIR-3.
  129.  
  130. Although MIR was not programmed to transmit any special Bulletins,
  131. several ground stations transmitted such BULLETIN, STATUS and 
  132. MESSAGE packets.  Over 65 separate such packets were successfuly captured
  133. during the test.  On average these packets were transmitted  
  134. successfully twice (110 times).  The advantage of using the few 
  135. specially authorized uplink sites to digipeat bulletins instead of 
  136. MIR means that the bulletins may be updated instantly on the ground 
  137. and then digipeated to ALL users at once without requiring an upload 
  138. to the BBS nor hundreds of individual downloads.  Only bulletins 
  139. originated by the MIR crew would need to be entered by the crew.
  140.  
  141. Each of the participating stations transmitted their brief position
  142. packet once every 3 to 4 minutes.  These packets were far less frequent
  143. than the usual once-every-10-seconds of all of the usual CONNECT-
  144. REQUEST packets normally which congest the uplink.  Each time one of
  145. these packets was successfully digipeated by MIR, all user map displays 
  146. in the footprint would be updated with colorful Icons showing all
  147. stations locations.  During the test 202 station position reports were
  148. displayed averaging about 40 per pass.
  149.  
  150. To inject the downlink from Mir into the Internet, a few of the normal
  151. APRS I-Gates tuned their radios from the normal APRS frequency to the 
  152. Mir downlink frequency.  These Mir packets were intermingled with the 
  153. normal stream of APRS packets into the APRServe Internet
  154. system.  Although they would be seen on the main www.aprs.net maps
  155. they would be hard to distinguish from the usual 1000 to 1200 or more
  156. APRS stations on the air.  To provide a unique display of the APRS/Mir
  157. packets alone, a special WEB page was designated to filter out only 
  158. the APRS/MIR packets and display them spearately to users.  During 
  159. the day of the event there were over 11,000 hits on the server system 
  160. representing a peak load of 150 simultaneous users and as many as 
  161. 1000 users on the special MIREX page.
  162.  
  163. STATISTICS:  In raw numbers, the following table compares the APRS
  164. packets during the test to the other packets observed on the downlink.
  165. These statistics were mostly derived from observations on the 
  166. east coast (Maryland) plus the APRS packets logged elsewhere.  
  167.  
  168. PASS  TOTAL   PBBS  PBBS  BUSY  R0MIR  R0MIR  APRS  APRS
  169.       PKTS    PKTS  USERS REJ   PKTS   USERS  PKTS  USERS
  170. ----- ------- ----- ----- ----  -----  -----  ----  -----
  171. 0740z  229      88    3   18    30     1       89   44
  172. 0910z  153      46    3    7    14     0      102   41
  173. 1050z  122      47    3    5    11     0       75   51
  174. 1220z  170      96    3   15    35     4       72   39
  175. 1400z  188      94    5   12    41     3       53   27
  176.  
  177. Of the 202 APRS stations, 6 were associated with schools and 5 were 
  178. mobiles inclusing one Naval Academy boat, and one railroad car.
  179. Individual APRS packets were also reported by one station
  180. in each of Tiawan, South Africa, Australia, Japan and Hawaii.  
  181. Although APRS  users were encouraged to only send their position 
  182. report until the total load on the channel could be assessed, there 
  183. were still 65 Bulletins and Messages that were successfully relayed.
  184. Since the test was conducted over multiple passes, the 202 successful
  185. stations actually represent 104 different stations.
  186.  
  187. SUCCESS RATE:  Of these 104 different stations, all were running 10 
  188. watts or more, but two were successful at 5 and 7 watts.  Of the
  189. ten stations reporting a lack of success, 3 were running only 
  190. 1 watt, and two were running 4 and 9 watts.  One was only transmitting
  191. once an hour, and one was transmitting once every 5 minutes.  Another 
  192. was using an inside antenna.  Two were running 10 watts and 50 watts
  193. but beacon rate was unreported.  If you consider a 10 watt baseline
  194. and proper setup with a 3 to 4 miunte rate, then the success rate 
  195. appears to be near 98%.  Although there may be many more stations that 
  196. did not report their lack of success, these numbers clearly show that 
  197. the channel was not saturated nor congestion limited.  In fact, during 
  198. this test a nominal 3 Mir PBBS users logged onto the BBS per pass, but 
  199. typically only one was successful at uploading and downloading any 
  200. traffic.  Actually this is rather typical on most passes during user 
  201. hours, but in the middle of the night, as in this test, these BBS 
  202. users would have expected a less congested channel.
  203.  
  204.  
  205. LESSONS LEARNED:
  206.  
  207. 1)  Due to the short lead time to the test, there was insufficent
  208. time to educate all users to use the short Gridsquare or compressed
  209. SPACE mode, and to remove unnecessary verbage from their position
  210. reports.  For this reason there were many quite verbose packets.
  211. A 30% improvement could be expected here.
  212.  
  213. 2)  Similarly, the SPACE mode was not used.  This further reduces 
  214. bandwidth by automaticlly canceling all further transmission as 
  215. soon as one's own packet is successfuly digipeated.  With the 3 to 4
  216. minute cycle time used and without the automatic cancelation on
  217. success, there were probably double the number of packets
  218. transmitted than were actually required.  
  219.  
  220. 3)  Non APRS stations were recommended to use the very efficient
  221. grid square method of reporting position by placing their gridsquare
  222. in the UNPROTO TOCALL or their packets.  Unfortunately, this does
  223. not work on Kantronics TNC's which always send their BText UI frames 
  224. to the callsign of BEACON.  THus their packets conveyed no position 
  225. information.
  226.  
  227. 4)  For the pseudo moving MIR-6, MIR-8, and MIR-3 uplinked posits, these
  228. should have all used the same ICON name of just MIR.  Although the 
  229. numbered MIR Icons made it possible to easily see which uplink station
  230. was responsible for the ICON, the changing calls meant that as the
  231. MIR-6 and Mir-8 uplink stations passed out of range, these posits
  232. were stuck on the map at their last uplinked position and stopped
  233. moving.  By using the same Icon name of Mir, then the single Icon
  234. would have continued to move as long as there was at least one
  235. uplink station in range.
  236.  
  237. 6)  The uplinked MIR positions were more static than dynamic since 
  238. only about 20 were recorded on all 5 passes.  At one per minute,
  239. this shows only a 20 % success rate for the possible 100 pass minutes.
  240. Higher power or tracking antennas may be required.
  241.  
  242. CONCLUSIONS:   The test was successful in meeting all of the original 
  243. objectives.  The short notice and early morning hours helped to reduce 
  244. the number of participants to about 104 stations.  We think this number 
  245. is representative of the nominal number of schools that could be 
  246. authorized to simultaneously participate in future such Mir experiments.  
  247. A total of 12 stations associated with schools and students were 
  248. reported.  One station even displayed 5 APRS stations while operating
  249. with a whip antenna inside a motel room on travel.
  250.  
  251.      The test demonstrated the value of using a UI frame one-to-all 
  252. packet protocol to improve the delivery of information to all ground 
  253. stations.  Further, the test demonstrated the value of a few special 
  254. MIREX ground stations to uplink the moving Mir position reports and 
  255. to relay real-time MIREX bulletins and announcements that can be 
  256. received by all stations in the footprint including receive-only 
  257. school stations.  Finally, the test showed the value of multiply 
  258. internet connected ground stations for not only providing a continuum 
  259. of data from the downlink across the whole country, but also for 
  260. providing WEB access to students and schools outside of the footprint 
  261. or without amateur radio equipment.  You may see a replay of the event 
  262. by using APRS to replay the file MIRTEST.HST or by visiting 
  263. www.aprs.net/mirex.html.
  264.  
  265. All of the APRS stations want to thank the MIREX team and also those 
  266. normal Mir BBS users who were inconvenienced by this test, for this 
  267. opportunity to conduct this important experiment. 
  268.