Sandbox:Automatic Link Establishment

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Letzte Bearbeitung am 01. 09. 2021


Aus deutscher Wikipedia

Automatic Link Establishment (kurz ALE, engl. für „automatischer Verbindungsaufbau“) ist ein digitales Kommunikationsprotokoll und Selektivrufverfahren zur Etablierung von Sprach- und Datenkommunikation via Kurzwelle gemäß der US-amerikanischen technischen Militärnormen MIL-STD-188-141[1] und MIL-STD-188-110.[2] Es ist de facto ein weltweiter Standard für den digitalen Aufbau und die Aufrechterhaltung von Kurzwellenkommunikation.[3] ALE ermöglicht in der primären Funktion als Selektivrufverfahren zur synchronen Kommunikation die automatische Herstellung einer Verbindung zu einer spezifischen Station oder Gruppe von Stationen (Netzwerk) weltweit, um daraufhin in einer anderen Betriebsart zu kommunizieren. Des Weiteren können mit Hilfe des MIL-STD-188-141 und des MIL-STD-188-110-Protokolls Daten, wie Texte, Dateien, E-Mails oder SMS, fehlerfrei übermittelt werden. Es bietet dem Endnutzer die Möglichkeit, ohne direkte Verfügbarkeit regulärer Kommunikationsnetze (z. B. Wähl- oder Standleitung, Internet via Satellit, mobiles Internet etc.) und unabhängig von der Position auf oder über der Erdoberfläche Zugang zum Internet zu erlangen. In diesem Zusammenhang findet ALE auch im globalen WinLink-Netzwerk zur asynchronen Kommunikation Verwendung. Es wird außerdem bei Not- und Katastrophenfallkommunikation zwischen Behörden und Funkamateuren in den USA genutzt.

Funktion

Eine eigenständige ALE-Station besteht aus einem SSB-Transceiver sowie einem Hardware- oder Software-basierten TNC. Letzterer erfordert auf Softwarebasis einen Computer mit Soundkarte und ein Soundkarten-Interface. Jede Station besitzt eine einmalige ALE-Adresse, z. B. ein Amateurfunkrufzeichen. Sofern der Transceiver nicht belegt ist, scannt er eine Liste von vordefinierten Frequenzen (Kanal) und wartet dabei auf ALE-Signale. Falls ein ALE-Signal erkannt wurde, bleibt der Transceiver auf dem Kanal, um dieses zu dekodieren. Die von anderen Stationen automatisch ausgesendeten Bakenaussendungen, werden dann anhand der Bitfehlerhäufigkeit bewertet und zusammen mit Frequenz und Sender-Adresse in der LQA (Link Quality Assessment)-Datenbank gespeichert.

Um eine ALE-Station oder ein ALE-Netzwerk zu erreichen, gibt die bedienende Person der anrufenden Station die zu rufende Adresse an. Auf Basis der durch den Scan-Betrieb gesammelten Daten wird so in Abhängigkeit zur Zeit und dem Ort der jeweiligen Station die Frequenz mit den besten Ausbreitungsbedingungen automatisch gewählt, um diese mit einem Selektivruf zu kontaktieren. Gelingt dies nicht, wird dies auf anderen Kanälen versucht. Dekodiert die angerufene Station ihre Adresse, dann findet ein Verbindungsaufbau statt. Der bedienenden Person der anrufenden und angerufenen Station wird signalisiert, das eine Verbindung hergestellt wurde. Nun kann mit der Kommunikation in ALE oder einer anderen Betriebsart, z. B. Sprechfunk fortgefahren werden. Ziel dieses Verfahrens ist es, weltweit eine gewünschte Gegenstation jederzeit erreichen zu können, ohne als bedienende Person Kenntnis von Ausbreitungsbedingungen oder einer speziellen Anruffrequenz zu haben.

Übertragungsprotokoll

ALE-Signal

ALE verwendet zwei verschiedene Fehlerkorrekturverfahren. Die Vorwärtsfehlerkorrektur dient dazu, bereits während der Übermittlung unter Verwendung redundanter Datensätze ein möglichst geringe Bitfehlerhäufigkeit bei der empfangende Station zu erlangen. Um eine tatsächlich fehlerfreie Übertragung zu garantieren, kann optional das ARQ-Protokoll zum Einsatz kommen. Ein von der ISS (information sending station) ausgesendetes Paket muss von der IRS (information receiving station) als erfolgreich empfangen quittiert werden, bevor das nächste Paket verschickt wird. Die Überprüfung des korrekten Empfangs eines Pakets erfolgt mithilfe eines Prüfbits. Das aktuelle Datenpaket wird solange wiederholt, bis die ISS eine Bestätigung des korrekten Empfangs von der IRS empfangen hat.

Verwendung im Amateurfunk

Bereits Mitte der 1990er Jahre verwendeten Funkamateure vereinzelt ALE als Übertragungsprotokoll mit kommerziellen Transceivern und Hardware-TNCs.[4] Im Jahr 2000 wurde das Programm PC ALE veröffentlicht, welches die Kommunikation mit ALE über die Computer-Soundkarte ohne kommerziellen Transceiver oder Hardware-TNC ermöglichte. Im Jahr 2001 organisierten sich die ersten Funkamateure zum internationalen ALE-Amateurfunk-Netzwerk HFN (engl. Vorlage:Lang „Kurzwellen-Netzwerk“). Dies führte dazu, dass im August 2005 Funkamateure in den USA das Amerikanische Rote Kreuz während des Hurrican Katrina bei der Not- und Katastrophenkommunikation mit ALE unterstützen konnten.[5]

WinLink

Vorlage:Hauptartikel An das Internet angebundene Netzleitstationen des HFN-Netzwerkes ermöglichen das Versenden von SMS und E-Mails, jedoch ohne Dateianhang über das WinLink-2000-Netzwerk. Aufgrund des geringen Datendurchsatzes und der einfachen Protokollstruktur eignet sich ALE vor allem für Kurzmitteilungen. Für den Versand größerer Nachrichten sowie Dateianhängen werden auf Kurzwelle die schnelleren Protokolle ARDOP und PACTOR genutzt.

Internationale Koordination

Internationale Amateurfunk-ALE-Kanäle und dementsprechende Frequenzzuweisungen sind mit allen IARU-Regionen für internationale, nationale, regionale und lokale Anwendung im Amateurfunkdienst koordiniert.[6] Alle Kanäle beziehen sich auf den für digitale Betriebsarten üblichen Standard des oberen Seitenbandes (USB).

Internationale Kanäle

Dies ist eine Liste von international festgelegten ALE-Frequenzen.[7]

Kanal Frequenz (kHz) SSB Nutzung Netzwerk Beschreibung
01 1845.0 USB Sprache/Daten - Lokal
02 1996.0 USB SPRACHE/DATEN - Lokal
03 3584.5 USB DATEN/SPRACHE QRZ Test- und erweiterter Datenverkehr
04 3596.0 USB PRIMÄR DATEN HFN Globales ALE Kurzwellen Netzwerk, HF Relay, Datenverkehr, Internetkonnektivität, Baken
05 3617.0 USB DATEN/SPRACHE - IARU Region 1 Internet, Baken
06 3791.0 USB SPRACHE HFL Internationaler Not- und Katastrophenfunk
07 3845.0 USB SPRACHE HFL Nordamerika
08 3996.0 USB SPRACHE HFL Nordamerika
09 5371.5 USB SPRACHE - Nur Notfunk
10 5403.5 USB SPRACHE - Nur Notfunk
11 7049.5 USB DATEN HFN Globales ALE Kurzwellen Netzwerk, HF Relay, Datenverkehr, Internetkonnektivität, IARU Region 1, Baken
12 7099.5 USB DATEN QRZ Testing and expanded data traffic
13 7102.0 USB PRIMÄR DATEN HFN Globales ALE Kurzwellen Netzwerk, HF Relay, Datenverkehr, Internetkonnektivität, Baken
14 7185.5 USB SPRACHE HFL Internationaler Not- und Katastrophenfunk
15 7296.0 USB SPRACHE HFL Nordamerika
16 10136.5 USB DATEN/SPRACHE QRZ Test- und erweiterter Datenverkehr, Asien/Pazifik/Australien/Neuseeland/Afrika SSB
17 10145.5 USB PRIMÄR DATEN HFN International Emergency/Relief, Internet
18 14100.5 USB DATEN QRZ Test- und erweiterter Datenverkehr
19 14109.0 USB PRIMÄR DATEN HFN Globales ALE Kurzwellen Netzwerk, HF Relay, Datenverkehr, Internetkonnektivität, Baken
20 14346.0 USB SPRACHE HFL Internationaler Not- und Katastrophenfunk
21 18104.5 USB DATEN QRZ Test- und erweiterter Datenverkehr
22 18106.0 USB PRIMÄR DATEN HFN Globales ALE Kurzwellen Netzwerk, HF Relay, Datenverkehr, Internetkonnektivität, Baken
23 18117.5 USB SPRACHE/DATEN HFL Internationaler Not- und Katastrophenfunk
24 21096.0 USB PRIMÄR DATEN HFN Globales ALE Kurzwellen Netzwerk, HF Relay, Datenverkehr, Internetkonnektivität, Baken
25 21116.0 USB DATEN QRZ Test- und erweiterter Datenverkehr
26 21432.5 USB SPRACHE HFL Internationaler Not- und Katastrophenfunk
27 24926.0 USB PRIMÄR DATEN HFN Globales ALE Kurzwellen Netzwerk, HF Relay, Datenverkehr, Internetkonnektivität, Baken
28 24932.0 USB SPRACHE HFL Internationaler Not- und Katastrophenfunk
29 28146.0 USB PRIMÄR DATEN HFN Globales ALE Kurzwellen Netzwerk, HF Relay, Datenverkehr, Internetkonnektivität, Baken
30 28312.5 USB SPRACHE/DATEN HFL Internationaler Not- und Katastrophenfunk
31 50162.5 USB SPRACHE/DATEN QRZ Lokal
32 144162.5 USB SPRACHE/DATEN QRZ Lokal

Standard-Konfigurationen

Hinweis Konfiguration Standard
1 ALE System MIL-STD 188-141A; FED-1045 (8FSK, 2kHzBW)
2 Dauer der Aussendung optimal 22 s; maximal 30 s.
3 Scan Rate 1 oder 2 Kanäle pro Sekunde.
4 Baken Intervall 60 Minuten oder mehr (für einige Kanäle)
5 zentrale Audio-Frequenz 1625 Hz für digitale Datenübertragung
6 Nachrichtenstandard AMD (Automatic Message Display) kurzer Text
7 Bakentyp TWS (This Was Sound) Bake

Internationale Netzwerke

Netzwerk Mitglieder Zweck
HFL 10 Alle ALE Sprachstationen, offenes Selektivrufverfahren
HFN 10 Globales ALE Kurzwellen Netzwerk
QRZ 3 offenes Rufverfahren auf allen Kanälen
GPR 3 GPS-Meldungen
RPT 3 Stationen Status Meldungen

Software

Programm Grundlage Lizenz
PC ALE Windows XP und höher Freeware
MARS-ALE Windows XP und höher Freeware für MARS-Mitglieder
Sorcerer (Dekoder) Windows XP und höher Freeware

Siehe auch

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ Interoperability and Performance Standards for Medium and High Frequency Radio SystemsVorlage:Toter Link
  2. ↑ Interoperability and Performance Standards for Data ModemsVorlage:Toter Link
  3. ↑ Vorlage:Internetquelle
  4. ↑ Vorlage:Literatur
  5. ↑ Vorlage:Internetquelle
  6. ↑ Vorlage:Internetquelle
  7. ↑ Vorlage:Internetquelle

Vorlage:Navigationsleiste WinLink Betriebsarten

Aus SIGIDWIKI (Automatic Link Establishment (2G ALE))

2G ALE - 3G ALE - ALE-400

Vorlage:Signal Automatic Link Establishment, 2G ALE (Official designation MIL-STD-188-141A and/or MIL-STD-188-141B (Appendix A)) is the current standardized method of establishing connections between radio operators. Also known as FED-STD 1045, FED-STD 1049, and STANAG 5066. Although an improved protocol exists (3G ALE), the vast majority of ALE systems in use in the world at the present time are 2G ALE.

Characteristics

2G ALE uses 8 tone MFSK at 125 bd with 250 Hz shifts between tones for a total bandwidth of 2000 Hz


Operation

To reach a specific station, the caller enters the ALE Address. On many ALE radios this is similar to dialing a phone number. The ALE controller selects the best available idle channel for that destination address. After confirming the channel is indeed idle, it then sends a brief selective calling signal identifying the intended recipient.

When the distant scanning station detects ALE activity, it stops scanning and stays on that channel until it can confirm whether or not the call is for it. The two stations' ALE controllers automatically handshake to confirm that a link of sufficient quality has been established, then notify the operators that the link is up.[1]

Video Examples

Frequencies

Decoding Software

Hobby Level Software


Professional Equipment/Software

Additional Links

Additional Images

Vorlage:Gallery

Aus SIGIDWIKI (Automatic Link Establishment (3G ALE ARCS))

 2G ALE - 3G ALE - ALE-400

Vorlage:Signal

3G ALE (ARCS) is defined by STANAG 4538 and MIL-STD-188-141B Appendix C, is only found in tactical ALE systems. The two standards are almost identical protocols, except that MIL 188-141B excludes FLSU (Fast Link Set Up) mode and represent the application of serial tone modem 8 PSK burst waveforms where backward compatibility with 2G ALE 8-ary FSK is also supported.

Description

3G ALE defines the concept of an Automatic Radio Control System (ARCS) for HF communication links supporting an Internet Protocol (IP) interface for tactical communications. The ARCS concept consists of three main functions: Automatic Channel Selection (ACS), Automatic Link Establishment (ALE) and Automatic Link Maintenance (ALM). An ARCS system is typically implemented as an embedded system in tactical HF radios.

An ARCS 3G ALE or Synchronous ALE (async call might be used if the called (or the caller) station may not have achieved net synchronisation, where 2G FSK ALE is always Asynchronous ALE) is an system designed to establish quickly and efficiently one-to-one and one-to-many (broadcast and multicast) tactical links. It supports trunked-mode operation (separate calling and traffic channels) as well as sharing any subset of the frequency pool between calling and traffic. It uses a specialized carrier-sense-multiple-access (CSMA) scheme for calling channel access control, and regularly monitors traffic channels to avoid interference.

STANAG 4538 and MIL-STD-188-141B Appendix C are located at the data link protocol layer and the link setup layer of the OSI model. The data link protocol is closely connected with the burst waveforms defined in the standard, and cannot be run with other waveforms. On the other hand, the link set up, which is also located at layer two, can be run in conjunction with other data link protocols, for example STANAG 5066 with all supported waveforms. In this case, ARCS establishes a line-switched connection which STANAG 5066 or the waveforms make use of.

3G ALE is based on efficient ARQ data link protocols using six robust Burst Waveforms (BW’s) known as BW0-BW5 which are optimized for the data link protocols. All burst waveforms use the basic 8-PSK modulation at 2400 baud centered at 1800hz also used in the MIL-STD 188-110A serial tone modem waveform. The 2G advanced 8-ary FSK Alternate Quick Call (AQC) ALE also uses the BW2 PSK waveform for its optional burst mode operation. These properties of 3G ALE provide for an Automatic Link Management (ALM) system and are heavily used in support of both STANAG 5066 networks and Tactical Chat point-to-point communications.

The STANAG 4538 data link protocol is an ARQ protocol which can only be run in a point-to-point data packet connection. The difference in robustness between HDL and LDL as detailed later herein, is the result of the different waveforms which are used. The data link protocol is closely associated with the burst waveforms defined in the standard. There are six Burst Waveforms (BW) defined which are used in different aspects of the protocol. HDL is used for large messages and/or good channel conditions whereas LDL is used for short messages and/or poor channel conditions.

Characteristics

The six waveforms have different characteristics in terms of data rate, interleaving, frame pattern and synchronization which provides for different degrees of robustness and application. The ACK signals use the most robust waveforms along with link being more robust than the traffic waveforms, which means it may be impossible to pass the payload after a link if channel conditions are poor enough.

The burst waveforms employ code combining for data transmissions: complete channel coding is computed for each data block before transmission, but only a subset (one half or one quarter) of the code bits are sent in each transmission. If a packet is received with uncorrectable errors, the soft decisions are saved and additional code bits are requested in a retransmission of the packet. After each new reception, the additional received signal is combined in the FEC decoder with the earlier reception(s) until an error-free result is obtained. Since the retransmission of additional code bits is requested on a packet-by-packet basis, the code rate (and therefore the effective data rate) of each packet is reduced from the initial high rate only so far as is necessary for correct reception. Thus, with no more overhead than is already required for ARQ operation, data rate can adapt as required for each individual packet in a message.

In 3G ALE all stations in the network are equipped with accurate clocks (referenced to GPS and other time servers) and perform synchronous scanning of a set of pre-assigned frequencies based on their clocks. All stations change frequency simultaneously, and the current dwell channel of every station is always known, enabling very rapid linking where there are no need for ALE Soundings due to the synchronous scanning, however the protocol and packet format are defined in STANAG 4538 for use when Link Quality Assessment (LQA) would be useful. For example, when in scanning mode, 3G ALE stations shall also be able to detect 2G ALE calls from MIL-STD-188-141A based systems and respond.

One of the functions of the sub network layer is translation of upper-layer addresses (e.g., IP addresses) into whatever peculiar addressing scheme the local subnet uses. The addresses used in 3G ALE protocol data units (PDUs) are 11-bit binary numbers. In a network operating in synchronous mode, these addresses are partitioned into a 5-bit dwell group number and a 6-bit member number within that dwell group. Up to 32 dwell groups of up to 60 members each are supported (1920 stations per net). Four additional unassignable addresses in each group (1111xx) are available for temporary use by stations calling into the network. When it is desired to be able to reach all network members with a single call, and traffic on the network is expected to be light, up to 60 network member stations may be assigned to the same dwell group. However, this arrangement does not take full advantage of the 3G calling channel congestion avoidance techniques. To support heavier call volume than the single group scheme will support, the network members should be distributed into multiple dwell groups. This results in spreading simultaneous calls more evenly over the available frequencies.

FLSU: To establish the link to another station the system uses the STANAG 4538 mentioned BW5 (Burst Waveform 5). The Transmit Level Control (TLC) sequence gives the transmitter and the receiver opportunity to find a steady state before the preamble sequence is received. This includes for instance frequency compensation and gain control. After the TLC sequence follows the preamble sequence which gives the receiver opportunity to detect the presence of the waveform. The preamble used in the BW5 is unique for this waveform. Thereafter follows the data sequence, a 50-bit data package that contains source and destination addresses. It also includes a couple of other parameters essential for the link setup. The burst waveform is modulated using an 8-ary PSK serial tone modulation with a carrier of 1800 Hz and a symbol rate of 2400 symbols/second. The modulated TLC, preamble and data sequence each consists of 256, 576 and 1600 = 2432 PSK symbols (PDUs). This will give the duration of total 1.013 seconds transmission time. This is sufficiently small to fit into the channel dwell time of 1.35 seconds.

Although 3G ALE is more reliable and has significantly enhanced channel-time efficiency, the existence of a large installed base of 2G ALE radio systems and the wide availability of moderately priced (often military surplus) equipment, has made 2G the baseline standard for global interoperability.[2]

Features

Improvements over 2G ALE:

  • Faster link establishment
  • Linking at lower SNR
  • Improved channel efficiency
  • ALE and data traffic use the same family of waveforms
  • Higher throughput for short and long data messages
  • Better support for Internet protocols and application


New features in 3G ALE:

  • Burst PSK waveforms
  • Synchronous scanning of calling channels
  • Partitioning of stations into dwell groups
  • Multi-slot channel access using call priorities
  • Carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) channel access procedure

Source

Waveforms

This mode employs 6 constituent burst waveforms BW0 to BW5 for the various kinds of signaling required in the system, so as to meet their distinctive requirements as to payload, duration, time synchronization, and acquisition and demodulation performance in the presence of noise, fading, and multi-path. All of the burst waveforms use the basic 8-ary PSK serial tone modulation of an 1800 Hz carrier at 2400 Bd (the same modulation is used in MIL-188-110A serial mode) in conjunction with Transmit Level Control (TLC) sequence to give the transmitter and the receiver the opportunity to find a steady state before the preamble sequence is received (TLC 106.667 ms).


Waveforms
Waveform Description Burst Duration Preamble Payload
BW0 Used for Robust Link Set Up. 3G-ALE PDUs (Protocol Data Unit) 613.333 ms 160.0 ms 26 bits
BW1 Used for management traffic and HDL ACK (High-rate Data Link Protocol) acknowledgement PDUs 1.30667 Sec 240.0 ms 48 bits
BW2 Used for HDL traffic data PDUs 640 ms + n*400 ms
n = 3, 6, 12, or 24		 26.67 ms 1881*n bits
n = 3, 6, 12, or 24
BW3 Used for LDL traffic (Low-rate Data Link Protocol) traffic data PDUs 373.33 mS + n*13.33 ms
n = 64, 128, 256, or 512		 266.67 ms 8*n + 25 bits
n = 64, 128, 256, or 512
BW4 Used for LDL ACK (acknowledgement) PDUs 640.0 ms None
BW5 Used for Fast Link Set Up (Note: Does not existing in 141B) 1013.33 ms 240 ms 50 bits

Samples

BW2 BW3 BW4
<html5media>File:3g_bw2_hdldata6_pa.mp3</html5media>
BW2.jpg
 <html5media>File:3G_BW3_LDL_Low_Latancy_Data_Packet_Data_Unit_PDU.mp3</html5media>
BW3.jpg
 <html5media>File:3G_BW4_LDL-ACK.mp3</html5media>
BW4.jpg

Decoding Software

Hobby Level Software
  • Currently no hobby level software can copy this mode


Professional Level Software

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Aus SIGIDWIKI (ALE-400)

 2G ALE - 3G ALE - ALE-400

Vorlage:Signal ALE-400 is an amateur version of the 2G ALE standard. It is adapted to the demands of amateur radio emergency traffic handling. ALE-400 was developed by Patrick Lindecker F6CTE. This mode was designed to be utilized in 500 Hz channels. It is an 8-MFSK system with 50Bd. For tuning, the center frequency is 1625 Hz.


Frequencies

Decoding Software

Hobby Level Software


Professional Level Software

Video Examples

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 2G ALE - 3G ALE - ALE-400

Vorlage:Signal ALE-400 is an amateur version of the 2G ALE standard. It is adapted to the demands of amateur radio emergency traffic handling. ALE-400 was developed by Patrick Lindecker F6CTE. This mode was designed to be utilized in 500 Hz channels. It is an 8-MFSK system with 50Bd. For tuning, the center frequency is 1625 Hz.


Frequencies

Decoding Software

Hobby Level Software


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Eigener Artikel

NOCH ZU SCHREIBEN! --TiNG (Diskussion) 12:31, 2. Aug. 2018 (CEST)

Weitere Links (für Referenzierung)

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