Lorsque l’on découvre l’APRS, la première image qui vient souvent à l’esprit est celle d’une carte couverte de symboles représentant des radioamateurs en déplacement. On pourrait donc croire que l’APRS n’est qu’un système permettant de transmettre une position GPS.
En réalité, il est beaucoup plus que cela.
L’APRS — Automatic Packet Reporting System — est un système de communication numérique conçu pour diffuser en temps réel de petites quantités d’informations utiles : position d’une station, vitesse, direction, messages courts, données météorologiques, télémétrie, objets, événements ou encore informations concernant des relais.
Mais comment la position d’une station mobile peut-elle être reçue à plusieurs dizaines de kilomètres et parfois apparaître quelques secondes plus tard sur Internet ?
Pour le comprendre, suivons simplement le voyage d’une trame APRS.
De la position GPS à la radio
Prenons un exemple : F5KEE-9 circule en voiture avec une station APRS.
Un récepteur GPS détermine régulièrement sa latitude, sa longitude, mais également sa vitesse et sa direction. Ces informations sont transmises au tracker APRS.
Celui-ci construit alors un paquet contenant plusieurs informations :
- l’indicatif de la station ;
- sa position ;
- son symbole APRS ;
- éventuellement sa vitesse et sa direction ;
- un commentaire ou d’autres informations.
Ces données doivent ensuite être transformées en un signal pouvant être transmis par la radio.
Dans une installation APRS classique, on rencontre donc une chaîne ressemblant à ceci : GPS → tracker/TNC → émetteur-récepteur → antenne
Certains appareils radio modernes intègrent directement le GPS, le modem et les fonctions APRS. Il suffit alors de les configurer.
Du GPS jusqu’à Internet : les différentes étapes parcourues par une information APRS.
Un peu de packet radio derrière l’APRS
L’APRS repose historiquement sur le protocole AX.25, bien connu des amateurs de packet radio.
Mais contrairement à une liaison packet classique dans laquelle deux stations établissent une connexion, l’APRS utilise principalement des trames dites UI — Unnumbered Information.
Une station diffuse son information sans établir préalablement une communication avec chaque destinataire.
On pourrait comparer cela à une station de radiodiffusion annonçant : « Ici F5KEE-9, voici ma position actuelle. »
Toutes les stations situées à portée peuvent recevoir cette information.
Sur la bande des 2 mètres, l’APRS européen utilise principalement la fréquence 144,800 MHz.
La transmission traditionnelle se fait à 1200 bauds en AFSK, suivant le principe du modem Bell 202. Deux tonalités audio représentent les états numériques et modulent ensuite un émetteur FM.
C’est ce qui produit le bref son caractéristique que l’on entend lorsqu’on écoute une fréquence APRS avec un récepteur FM.
À quoi ressemble une trame APRS ?
Une trame peut sembler assez mystérieuse lorsqu’on la découvre dans un logiciel de décodage.
Prenons une représentation simplifiée : F5KEE-9>APRS,WIDE1-1,WIDE2-1:...
Elle contient pourtant des informations parfaitement organisées.
F5KEE-9 est l’indicatif de la station émettrice.
Le suffixe -9 est appelé SSID. Il permet notamment de différencier plusieurs équipements utilisant le même indicatif. Par convention, -9 est très couramment utilisé pour une station mobile automobile, même si ces usages ne constituent pas une obligation absolue.
APRS occupe ici le champ de destination. Selon le matériel ou le logiciel utilisé, ce champ peut également permettre d’identifier le type d’équipement ou d’application.
Vient ensuite : WIDE1-1,WIDE2-1
Il s’agit du chemin de digipeating, c’est-à-dire des indications permettant aux relais APRS de savoir comment retransmettre le paquet.
Après les deux-points se trouve le contenu proprement dit : position, message, télémétrie ou autre information APRS.
Une trame APRS contient l’identité de l’émetteur, un chemin éventuel de retransmission et les informations à diffuser.
Le digipeater : le relais numérique de l’APRS
Notre voiture F4LER-9 émet maintenant sa trame sur 144,800 MHz.
Les stations situées à proximité peuvent la recevoir directement. Mais la portée d’une station mobile reste limitée par le relief, les bâtiments, la puissance et surtout la hauteur de l’antenne.
C’est là qu’interviennent les digipeaters.
Le terme vient de Digital Repeater, autrement dit « répéteur numérique ».
Contrairement à un relais phonie qui retransmet continuellement ce qu’il reçoit sur une autre fréquence, un digipeater reçoit un paquet numérique, l’analyse puis, si les conditions prévues sont remplies, le retransmet.
Notre paquet peut ainsi parcourir : F5KEE-9 → DIGI 1 → autres stations voire : F5KEE-9 → DIGI 1 → DIGI 2 → autres stations
Chaque retransmission constitue un saut, ou hop.
Que signifient WIDE1-1 et WIDE2-1 ?
Ces expressions déterminent la manière dont les digipeaters pourront retransmettre la trame.
WIDE1-1 est notamment utilisé pour permettre l’intervention d’un relais de proximité compatible.
WIDE2-1 autorise ensuite une retransmission supplémentaire par l’infrastructure APRS.
Le mécanisme exact est un peu plus complexe, car le digipeater modifie le chemin contenu dans la trame lorsqu’il la traite. Mais pour comprendre le principe général, retenons ceci :
plus on demande de sauts, plus notre paquet risque d’être retransmis de nombreuses fois.
Et ce n’est pas nécessairement une bonne chose.
Un canal radio partagé par tout le monde
Contrairement à Internet, la capacité d’un canal APRS 1200 bauds est très limitée.
Toutes les stations d’une région utilisent la même fréquence.
Chaque émission occupe donc momentanément le canal et empêche potentiellement une autre station d’émettre.
Si chaque station envoyait sa position toutes les quelques secondes avec plusieurs retransmissions successives, la fréquence serait rapidement saturée.
Les paquets commenceraient à entrer en collision et, paradoxalement, plus les stations transmettraient, moins le réseau fonctionnerait correctement.
Il faut donc choisir raisonnablement le chemin APRS et la fréquence d’émission des balises.
Les digipeaters retransmettent les paquets APRS et étendent leur couverture, tandis qu’un IGate peut les transférer vers Internet.
SmartBeaconing : transmettre lorsque c’est utile
Une station mobile n’a pas forcément besoin d’envoyer sa position à intervalles parfaitement réguliers.
Imaginez une voiture arrêtée pendant vingt minutes sur un parking. Envoyer continuellement la même position n’apporte pratiquement aucune information nouvelle.
À l’inverse, sur une route sinueuse, la position et la direction peuvent évoluer rapidement.
Le SmartBeaconing adapte donc la fréquence des balises au déplacement du véhicule.
À faible vitesse ou à l’arrêt, les transmissions sont espacées. Lorsque la vitesse augmente, elles peuvent devenir plus fréquentes. Un changement important de direction peut également provoquer l’émission d’une nouvelle position.
Le suivi devient ainsi plus précis tout en limitant l’occupation inutile du canal.
De la radio à Internet : l’IGate
Revenons à F5KEE-9.
Sa trame a été reçue par plusieurs stations et éventuellement retransmise par un digipeater.
Parmi les stations qui l’entendent peut se trouver un IGate, contraction d’Internet Gateway.
Son rôle est fondamental : il constitue une passerelle entre le réseau APRS radio et APRS-IS, l’infrastructure APRS utilisant Internet.
Le trajet devient alors : F5KEE-9 → radio → digipeater → IGate → APRS-IS
À partir de ce moment, l’information peut être exploitée par différents serveurs et applications connectés à APRS-IS.
Certains IGates correctement configurés peuvent également transférer vers la radio certaines informations provenant d’APRS-IS, notamment des messages destinés à des stations entendues localement.
Et APRS.fi dans tout cela ?
C’est ici qu’apparaît une confusion fréquente.
APRS.fi n’est pas le réseau APRS.
Il s’agit d’un service permettant notamment de visualiser sur une carte les informations APRS collectées.
Ainsi, lorsqu’on consulte la position de F5KEE-9 sur APRS.fi, cela ne signifie pas que notre ordinateur reçoit directement son signal radio.
La position a pu suivre le chemin : F5KEE-9 → 144,800 MHz → digipeater → IGate → APRS-IS → service Internet
L’APRS peut donc parfaitement fonctionner sans APRS.fi et même sans Internet. Plusieurs stations radio situées dans une même région peuvent échanger des données APRS uniquement par voie hertzienne.
L’APRS ne transmet pas seulement des positions
La localisation est spectaculaire et facile à représenter sur une carte, mais elle ne constitue qu’une partie des possibilités.
L’APRS peut également transmettre des messages courts adressés à une station particulière, avec possibilité d’accusé de réception.
Une station météorologique peut diffuser température, pression atmosphérique, humidité, vitesse et direction du vent ou précipitations.
La télémétrie permet de transmettre différentes mesures ou états provenant d’un équipement distant.
On peut également créer des objets APRS représentant par exemple un relais, un événement, un point de rassemblement ou une ressource utile.
L’objectif originel est donc bien de disposer d’un réseau d’échange d’informations tactiques en temps réel, et pas simplement de suivre des véhicules.
APRS par radio et APRS par smartphone
Une application utilisant Internet peut parfois envoyer directement une position vers APRS-IS.
Le résultat visible sur une carte peut ressembler à celui obtenu par une station radio, mais le trajet est très différent.
Avec une véritable transmission APRS RF : GPS → tracker → radio → réseau APRS
Avec une application Internet : GPS → smartphone → réseau mobile/Wi-Fi → Internet
Dans le second cas, aucune transmission radioamateur locale n’est nécessaire.
Cette distinction est importante lorsqu’on analyse l’activité APRS visible sur une carte.
Comment essayer l’APRS ?
Il n’est pas indispensable de posséder immédiatement un transceiver APRS sophistiqué.
Une excellente expérience consiste simplement à écouter 144,800 MHz et à décoder les paquets reçus.
Un récepteur SDR associé à un ordinateur et à un logiciel tel que Dire Wolf permet de transformer les signaux AFSK reçus en trames AX.25 lisibles.
On peut ainsi observer les indicatifs, positions et chemins utilisés par les stations de sa région.
Une étape suivante pourra consister à réaliser un tracker, puis éventuellement un IGate.
Une petite trame qui peut voyager loin
Nous pouvons maintenant terminer le voyage de notre paquet.
Le GPS de F4LER-9 calcule sa position. Le tracker construit une trame APRS. Le modem transforme les données en signal audio, puis le transceiver l’émet sur 144,800 MHz.
Un digipeater peut retransmettre cette trame afin d’augmenter sa portée.
Un IGate peut ensuite l’envoyer vers APRS-IS.
Quelques secondes plus tard, la station apparaît éventuellement sur une carte accessible depuis l’autre bout du monde.
Derrière un simple symbole se déplaçant sur un écran se cache donc une chaîne particulièrement intéressante mêlant GPS, AX.25, modulation AFSK, radio VHF, répéteurs numériques et réseau Internet.
Et c’est précisément ce mélange entre radio traditionnelle et communications numériques qui fait encore aujourd’hui tout l’intérêt de l’APRS.
Liens utiles pour aller plus loin
APRS.org — site de référence APRS
https://www.aprs.org/
APRS Protocol Reference — spécification technique
https://www.aprs.org/doc/APRS101.PDF
France APRS — informations et documentation en français
https://www.franceaprs.fr/
APRS-IS — fonctionnement du réseau Internet APRS
https://www.aprs-is.net/
APRS.fi — visualisation de l’activité APRS
https://aprs.fi/
Dire Wolf — modem logiciel AX.25/APRS
https://github.com/wb2osz/direwolf
