home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Hacker Chronicles 2 / HACKER2.BIN / 611.PAC-INTR.TXT < prev    next >
Text File  |  1986-03-02  |  17KB  |  314 lines

  1.  
  2.  
  3. INTRODUCTION to PACKET RADIO
  4. ------------ -- ------ -----
  5.  
  6.    Radio amateurs in Canada, Sweden, and the United States have
  7. been experimenting with packet radio, a system of computer-based
  8. communications. This new mode can provide high-speed communication
  9. with efficient use of the spectrum, and is resistant to inter-
  10. ference due to other stations and to signal degradation due to
  11. adverse band conditions. Not only can packet radio be used for
  12. informal amateur QSO's and traffic handling, but it has additional
  13. possibilities for exchange of data between hams with computers,
  14. "bulletin boards" and message systems, and remote computer
  15. programming.
  16.  
  17. WHAT IS PACKET RADIO?
  18.    Packet radio is a communication system in which information is
  19. digitally encoded. In this respect it is similar to RTTY or ASCII,
  20. but with important differences. These differences are the key to
  21. insuring error-free reception and at the same time allowing max-
  22. imum use of the spectrum through shared frequency use.
  23.    Data integrity is provided by packet radio through a "hand-
  24. shaking" technique and error detection. Along with each trans-
  25. mission, a computed value called a "frame check sequence" (FCS)
  26. is sent, which allows the receiving station to check for errors.
  27. The receiving station acknowledges an error-free packet with a
  28. special acknowledgement (ACK) signal. If the sending station does
  29. not receive such a signal within a certain period of time, it
  30. automatically retransmits the packet.
  31.    A packet also contains identification of the destination
  32. station, permitting several QSO's to take place on the same
  33. frequency. A packet radio station can automatically ignore any
  34. packets which are not addressed to it. Due to the fact that the
  35. duration of most packet transmissions is very short, a user does
  36. not need the channel most of the time. The time between trans-
  37. missions is available to other users on frequency. This system is
  38. called time-domain multiplexing. On a very busy channel, the user
  39. will notice an increased delay time before getting replies to
  40. transmissions, but the packet radio equipment will take care of
  41. automatic retransmissions and sorting out the replies meant for
  42. the station. The user never "hears" the QRM.
  43.  
  44. WHAT IS A PACKET RADIO STATION?
  45.  
  46.    Packet radio requires the use of a microprocessor-based con-
  47. troller at each station, and it will obviously appeal to the
  48. ham who already has a computer in his shack. However, it does
  49. not require that the operator be a programmer, or even that the
  50. station have a personal computer. All that is really nec-
  51. essary is a terminal, a terminal node controller (TNC), and an
  52. amateur radio transceiver.
  53.    The terminal can be a simple display (CRT) or typewriter
  54. terminal that produces ASCII characters, a personal computer,
  55. or even a commercial mainframe computer. What you need is a
  56. terminal with a keyboad to allow you to talk and a screen or
  57. a printer to allow you to read incoming information. You can
  58. even get an inexpensive terminal that uses a TV set for the
  59. display.
  60.    The way in which most terminals encode ASCII characters is
  61. in "asynchronous" format. SInce characters are encoded as they
  62. are typed, there is a flag consisting of one or more "mark"
  63. (binary 1) values to mark the beginning and end of each char-
  64. acter. The device decoding the characters expects a specific
  65. "baud rate", or number of transitions from "mark" to "space"
  66. (binary 0) per second during the character, but no particular
  67. time interval between characters themselves.
  68.    The terminal node controller is the heart of the packet
  69. radio system. It has one port that is connected to the term-
  70. inal or computer, and communicates through it by asynchronous
  71. ASCII format at the baud rate required by the terminal. The
  72. TNC converts the data stream from the terminal to a packet
  73. by attaching a "header" showing the destination of the packet
  74. and control information for the network, a "tail" containing
  75. the result of the FCS calculation for error detection, and
  76. flags to mark the beginning and end of the packet.
  77.    The second port of the TNC connects it to the trans-
  78. ceiver microphone and speaker audio lines, and the PTT line.
  79. Ordinarily, the TNC will produce AFSK modulation by putting
  80. one of two tones into the microphone input, corresponding
  81. to a "mark" or "space". In this fashion, the packet is sent
  82. out on the air at the packet channel baud rate, which is
  83. unrelated to the terminal baud rate at the other port of
  84. the TNC.
  85.    The receiving TNC reverses this procedure, decoding the
  86. audio tones from the speaker audio line of the radio, re-
  87. moving and reading the header and tail information, and
  88. passing a successfully received packet to the terminal at
  89. the terminal baud rate.
  90.    The part of the TNC that does the translation between the
  91. sequence of tone levels and the characters is called a
  92. "modem", short for MOdulator-DEModulator. This device may or
  93. may not be built into the TNC board. Most packet radio
  94. modems operate at 1200 baud, which corresponds to about 1200
  95. wpm, although the FCC now authorizes much higher baud rates
  96. on some amateur bands. The audio tones used are 1200 hz and
  97. 2200 hz. This choice of frequencies is that of the Bell 202
  98. modem, which is available as surplus.
  99.    The final component of a packet radio station is an
  100. amateur radio transceiver. Most packet radio activity so far
  101. has been in the 2-meter band. The only important requirement
  102. of the radio is that its audio frequency response at 2200
  103. hz be adequate. In other words, the 2-meter FM rig you
  104. already have is probably just fine.
  105.  
  106. WHAT THE TNC DOES
  107.  
  108.    The TNC consists of a special purpose microcomputer, con-
  109. taining all the necessary software and hardware to communicate
  110. with your terminal, assemble a packet, operate your trans-
  111. mitter and receiver to send and receive a packet, and decode
  112. a packet. The special functions of the TNC which would be
  113. difficult to implement with an ordinary personal computer are
  114. the use of protocol to communicate with other TNC's and
  115. real-time control.
  116.    The encoding and decoding of packets involves a carefully
  117. standardized set of procedures called "protocol". The proto-
  118. col basically determines the exact form of the header and tail
  119. parts of the packet. The header allows receiving TNCs to auto-
  120. matically determine the purpose of the packet, e.g., net
  121. check-in, part of a QSO, or ACK to a previous transmission. The
  122. tail contains the FCS which allows the TNC to automatically
  123. determine whether the packet was received correctly, and if so,
  124. to automatically acknowledge it. Since the protocol is pro-
  125. grammed into the TNC, the operator does not need to know exactly
  126. what his packet looks like. In particular, he does not need to
  127. know how the destination of his packet is indicated. The oper-
  128. ator communicates with other amateurs by call sign, and the
  129. TNC translates the call sign into the identification required
  130. by the protocol.
  131.    The TNC is required to perform a number of tasks simultan-
  132. eously, including responding to events such as the receipt of
  133. a packet or instructions from the operator in "real time", in
  134. other words, as they happen. This makes programming in BASIC,
  135. the common language of personal computers, undesirable. This
  136. is because BASIC use┬ an "interpreter" which reads each line
  137. of the program and translates it into machine-type instructions
  138. every time the line is executed. The time required for the
  139. translation would prevent a program from responding rapidly
  140. enough in a packet radio environment. In order to meet the
  141. speed requirement, an assembly-language program or equivalent
  142. is required. While BASIC looks pretty much the same on any
  143. computer, assembly language is different for every machine.
  144. If the TNC were replaced by personal computers, program dev-
  145. elopment would have to be redone for each variety of com-
  146. puter. In addition to maintaining the right pace, the TNC also
  147. must be constantly "listening" at both ports simultaneously
  148. while putting packets together or taking them apart. The
  149. hardware of personal computers may not even be capable of this
  150. sort of multi-task application.
  151.    Programming of individual TNC's must be as easy as possible,
  152. since there will inevitably be unforseen problems in the
  153. initial software. In addition, hardware changes may necessitate
  154. software changes. For this reason, TNCs are designed around
  155. erasable programmable read-only memories (EPROM's), which
  156. normally function like the ROM of a personal computer, where
  157. the vital software is storaed in an indestructible form.
  158. However, if the need arises, they can be reprogrammed by
  159. "burning in" the new program using special equipment.
  160.  
  161. WHAT IS A PACKET?
  162.  
  163.    A packet is the basic message unit in packet radio. It ord-
  164. inarily consists of a text message typed in by the operator,
  165. sandwiched between the header and tail information required by
  166. the protocol. In a typical QSO, a packet would be encoded and sent
  167. out by the TNC when the operator ends a line of typing by hitting
  168. the RETURN or ENTER key. In any event, the length of a packet is
  169. limited, usually to 128 characters. This helps to prevent a single
  170. user from "hogging" the channel, as well as making sure that the
  171. sending and receiving TNC's don't get swapmed with information.
  172.  
  173.    A packet need not consist of ASCII or Baudot character strings,
  174. however. It could contain information in other coding systems, such
  175. as BCD or EBCDIC, or even binary data such as a compiled computer
  176. program. The TNC, which uses a "bit oriented protocol" based on a
  177. standard called High Level Data Link Control (HDLC), can encode
  178. any of these equally easily. An advantage to this choice of proto-
  179. col is that the functions it requires are available on a single
  180. large-scale integration (LSI) chip, which simplifies the TNC hard-
  181. ware and software. A second advantage of HDLC protocol is that the
  182. beginning and end of the entire message are flagged, making the
  183. "start" and "stop" bits for each character unnecessary when the
  184. packet is transmitted in "synchronous" format.
  185.  
  186.    The "frame" of an HDLC packet is represented below. Each field
  187. of the packet is encoded as a sequence of 1's and 0's (bits) to
  188. be transmitted as "mark" and "space" tones. With the exception of
  189. the DATA field, all these fields are generated by the TNC as it
  190. assembles the packet for transmission. The operator is concerned
  191. only with the contents of the DATA field.
  192.  
  193.  ------------------------------------------------------------
  194.  | Flag | Address | Control |        Data       | FCS | Flag |
  195.  ------------------------------------------------------------
  196.  
  197.    The FLAG is a unique bit sequence which identifies the begin-
  198. ning of a packet to the HDLC controller. This pattern corresponds
  199. to no sequence which would be encountered in any of the other
  200. fields, except possibly in the transmission of binary data. Even
  201. in this case, there are provisions for distinguishing data from
  202. the flag sequence.
  203.  
  204.    The ADDRESS field contains routing information for the packet.
  205. This information may include the destination station, the origin-
  206. ating station, and possibly intermediate routing information if
  207. the packet will be relayed to the destination. The destination
  208. and originating stations mights be identified by a network address
  209. number of by amateur call sign, depending on the exact form of the
  210. protocol being used.
  211.  
  212.    The CONTROL field describes the purpose of the packet to the
  213. network. It identifies packets with such functions as network
  214. check-in or check-out request, packet acknowledgements, or
  215. request for information from net control. It may also contain a
  216. sequence number for a multi-packet message which must be received
  217. in the correct order.
  218.  
  219.    The DATA field contains the message being sent, which will
  220. ordinarily be the text typed in by the user, converted into an
  221. ASCII data string. In the case of a packet identified in the
  222. control field as performing a control function, the DATA field
  223. may be absent.
  224.  
  225.    The FCS allows the receiving station to verify that the packet
  226. has been received correctly. If the FCS calculated by the
  227. receiving TNC matches the FCS of the packet, an acknowledgement
  228. is sent; otherwise the packet is ignored.
  229.  
  230. WHAT IS A PACKET NETWORK?
  231.  
  232.    A local area packet radio network (LAN) consists of a net
  233. control station and a number of individual operators. The net
  234. control station is sometimes referred to as the "station node"
  235. and the individual stations as "terminal nodes". The net may also
  236. contain a digital repeater or "digipeater", which may be the net
  237. control station or a separate repeater station. The repeater
  238. station may be a single-frequency simplex repeater which re-
  239. transmits any correctly received packets, or it can be "normal"
  240. split frequency repeater.
  241.  
  242.    As operators sign on to the net, they are recognized by the
  243. net control and given net address codes. An operator desiring to
  244. start a QSO with another net station will subsequently have his
  245. transmissions addressed to that station. Any operator may choose
  246. to have his TNC receive all transmissions, rather than just those
  247. addressed to his station. Of course, the TNC will only acknowledge
  248. those transmissions intended for that station. The operator whose
  249. station is functioning as net control participates in exactly the
  250. same way as other operators. The net control functions are taked
  251. care of automatically by his TNC.
  252.  
  253.    As more packet radio LAN's become active, there will be the
  254. possibility of link stations with access to two distinct LAN's.
  255. These stations can be members of both nets and serve as communic-
  256. ations links thorugh which packets originating in one net can be
  257. funneled to an addressee in the other net.
  258.  
  259.    A more sophisticated possibility is that of a "gateway"
  260. station, which will be a specialized station having access to some
  261. long-distance mode of communications. The gateway station will
  262. reformat packets with another layer of protocol containing inter-
  263. network linking information and transmit it to another gateway
  264. station in a distant LAN. Three possibilities are being explored
  265. for long-distance links.
  266.  
  267.    TERRACON will be a high-speed ground-based linking system
  268. utilizing UHF and/or microwave relays. It could potentially
  269. handle most long-distance packet radio communications in the
  270. United States and Canada. It will probably be a few years before
  271. TERRACON is implemented as a useful system, and somewhat longer
  272. before the continent is linked.
  273.  
  274.    AMICON will be a satellite-based network utilizing one of the
  275. special-services channels on the AMSAT Phase III-B satellite.
  276. AMICON will allow intercontinental linking and contact with
  277. isolated areas not accessible to TERRACON. High data rate exper-
  278. iments are being planned for the 23cm uplink/70cm downlink (mode
  279. L) translator. There are also plans for a packet radio digital
  280. repeater aboard the AMSAT Phase III-C satellite.
  281.  
  282.    SKIPCON is AMRAD's projected HF network of LAN gateway
  283. stations. The nature of HF propagation will require slower data
  284. rates (75 to 600 baud) and error correction as well as error
  285. detection protocol. SKIPCON experiments have been conducted
  286. since the end of 1981.
  287.  
  288. HOW TO GET IN ON PACKET RADIO
  289.  
  290.    There are currently two TNC designs available. The first
  291. packet radio TNC was designed by the Vancouver Amateur Digital
  292. Communications Group (VADCG). The Vancouver TNC is available
  293. as a bare board, and requires a power supply, and external
  294. modem, and parts. It comes with instructions and notes on the
  295. power supply. A modem kit is also available from VADCG. The TNC
  296. design is based on the Intel 8085 CPU and 8273 HDLC controller
  297. and includes 4K bytes of 2114 RAM and 4 K bytes of 2708 EPROM.
  298. The TNC requires an 8250 (serial ports) or an 8255 (parallel
  299. ports) for interface to the terminal, as well as an interface
  300. to the radio.
  301.  
  302.    The Tucson Amateur Packet Raàio group (TAPR) is currently
  303. testing a second TNC design. This TNC has the modem, radio
  304. interface, serial and parallet terminal interfaces, and power
  305. supply circuitry (exclusive of the transformer) on a single
  306. board. It is based on the 6502 microprocessor (Editor's note:
  307. the board will now use the Motorola 6809E microprocessor),
  308. and can hold a total of 48K bytes of RAM and ROM on the board.
  309. the 1933 HDLC chip it uses is compatible with the 8273 chip
  310. used on the VADCG board, and the TAPR TNC will be capable of
  311. VADCG-compatible protocol.
  312.    Additional information on TAPR activites is available from
  313. Tucson Amateur Packet Radio, PO Box 22888, Tucson, AZ 85734.
  314.