AX.25

بروتوكول AX.25 (بروتوكول X.25 للهواة) هو بروتوكول طبقة ربط البيانات، مشتق أصلاً من الطبقة الثانية من مجموعة بروتوكولات X.25، ومصمم للاستخدام من قبل مشغلي الراديو الهواة . ^{[ 1 ]} ويُستخدم على نطاق واسع في شبكات راديو الحزم للهواة.

يتولى بروتوكول AX.25 v2.0 مسؤولية إنشاء اتصالات طبقة الربط ، ونقل البيانات المغلفة في إطارات بين العقد ، واكتشاف الأخطاء التي تسببها قناة الاتصالات .

حسّن معيار AX.25 الإصدار 2.2 ^{[ 1 ]} (1998) الكفاءة، لا سيما عند معدلات نقل البيانات العالية. ^{[ 2 ]} يمكن للمحطات التفاوض تلقائيًا على أحجام حمولة أكبر من الحد السابق البالغ 256 بايت. تسمح أرقام التسلسل الموسعة (7 بتات مقابل 3 بتات) بحجم نافذة أكبر، أي عدد الإطارات التي يمكن إرسالها قبل انتظار تأكيد الاستلام. تتيح ميزة "الرفض الانتقائي" إعادة إرسال الإطارات المفقودة فقط، بدلًا من إعادة إرسال الإطارات التي تم استلامها بنجاح دون جدوى. على الرغم من كل هذه المزايا، لم يتم تحديث سوى عدد قليل من التطبيقات لتشمل هذه التحسينات التي نُشرت منذ أكثر من 20 عامًا. التطبيق الكامل الوحيد المعروف للإصدار 2.2، حتى الآن (2020)، هو برنامج Dire Wolf للتحكم في عقدة المحطة الطرفية (TNC). ^{[ 3 ]}

يُستخدم بروتوكول AX.25 عادةً كطبقة ربط البيانات لطبقة الشبكة مثل IPv4، مع استخدام بروتوكول TCP فوقها. يدعم AX.25 شكلاً محدوداً من توجيه المصدر . على الرغم من إمكانية تصميم محولات AX.25 بطريقة مشابهة لمحولات الإيثرنت، إلا أن ذلك لم يتحقق بعد.

لا يُحدد معيار AX.25 تنفيذًا للطبقة الفيزيائية. عمليًا، تُستخدم نغمات Bell 202 بسرعة 1200 باود ونغمات G3RUH DFSK بسرعة 9600 باود ^{[ 4 ]} بشكل حصري تقريبًا على نطاقي VHF و UHF . أما على نطاق HF، فإن نمط الإرسال القياسي هو نغمات Bell 103 بسرعة 300 باود . على مستوى الطبقة الفيزيائية، يُحدد معيار AX.25 فقط "آلة حالة الطبقة الفيزيائية" وبعض المؤقتات المتعلقة بتأخيرات تبديل جهاز الإرسال والاستقبال.     

في طبقة الربط، يستخدم بروتوكول AX.25 بنية وإجراءات إطار HDLC . تُرسل إطارات (ISO  3309) ^{[ 5 ]} باستخدام ترميز NRZI . يحدد HDLC بنية حقل العنوان ذي الطول المتغير للإطار، وليس دلالاته. يحدد AX.25 أن هذا الحقل مُقسّم إلى عناوين متعددة: عنوان المصدر، وصفر أو أكثر من عناوين المُكرِّر، وعنوان الوجهة، مع حقول تحكم مُضمّنة لاستخدامها من قِبل المُكرِّرات. ولتبسيط الامتثال لقواعد هواة اللاسلكي، تُستمد هذه العناوين من إشارات نداء محطات المصدر والوجهة والمُكرِّرات.

تتبع تقنية التحكم في الوصول إلى الوسائط نهج الوصول المتعدد مع استشعار الناقل واستعادة التصادم (CSMA/CR).

يدعم بروتوكول AX.25 كلاً من نمط التشغيل المتصل بالدائرة الافتراضية ونمط التشغيل غير المتصل بنمط حزم البيانات. ويُستخدم النمط الأخير بكفاءة عالية من قِبل نظام الإبلاغ التلقائي عن الحزم (APRS).

تتوفر آلية توجيه بسيطة للمصدر باستخدام مُكرِّرات الإشارة الرقمية على مستوى وصلة البيانات. تعمل مُكرِّرات الإشارة الرقمية كمكررات أحادية الاتجاه ، حيث تستقبل الحزم من المحطات المحلية، وتفك تشفيرها، ثم تعيد إرسالها. وتتيح هذه الآلية إنشاء اتصالات متعددة القفزات بين محطتين غير قادرتين على التواصل مباشرةً. وتستخدم مُكرِّرات الإشارة الرقمية المعلومات الموجودة في حقل عنوان الإطار وتُعدِّلها لأداء هذه الوظيفة.

تُحدد مواصفات AX.25 بروتوكولًا كاملًا لطبقة الشبكة ، وإن كان يقتصر على الاتصال المباشر بين نقطتين ، إلا أن استخدامه كان محدودًا خارج نطاق الاتصالات بين لوحات المفاتيح أو بين لوحات المفاتيح وأنظمة لوحات الإعلانات الإلكترونية. وتُستخدم بروتوكولات NET/ROM و ROSE و TexNet لتوفير التوجيه بين العُقد. من حيث المبدأ، يُمكن استخدام مجموعة متنوعة من بروتوكولات الطبقة الثالثة مع AX.25، بما في ذلك بروتوكول الإنترنت (IP) واسع الانتشار. ويُستخدم هذا النهج في AMPRNet ، وهي شبكة راديو هواة تعتمد على بروتوكول TCP/IP وتستخدم إطارات واجهة المستخدم AX.25 في طبقة ربط البيانات. 

تقليديًا، كان هواة الراديو يتصلون بشبكات AX.25 باستخدام وحدة تحكم طرفية ، تحتوي على معالج دقيق وتطبيق للبروتوكول في البرامج الثابتة . تتيح هذه الأجهزة الوصول إلى موارد الشبكة باستخدام طرفية بسيطة وجهاز إرسال واستقبال فقط .

تم تطبيق معيار AX.25 أيضًا على أجهزة الكمبيوتر الشخصية . فعلى سبيل المثال، تدعم نواة لينكس هذا المعيار منذ فترة طويلة. ^{[ 6 ]} يتصل الكمبيوتر بجهاز الإرسال والاستقبال عبر واجهة الصوت الخاصة به أو عبر مودم بسيط. كما يمكن لأجهزة الكمبيوتر الاتصال ببعضها البعض، أو ربطها أو توجيهها إلى وحدات التحكم في الإرسال والاستقبال (TNCs) وأجهزة الإرسال والاستقبال الموجودة في أماكن أخرى باستخدام تقنية BPQ عبر الإيثرنت، والتي تدعمها نواة لينكس أيضًا بشكل أصلي لتسهيل الإعدادات الحديثة حيث توضع أجهزة الإرسال والاستقبال مباشرةً أسفل أو داخل عمود الهوائي، مما يقلل من فقد الإشارة ويختصر الحاجة إلى أسلاك الترددات اللاسلكية، ويستبدل كابلات ومضخمات الإشارة المحورية الطويلة والسميكة باهظة الثمن بكابلات ألياف ضوئية رخيصة (مقاومة للتداخل الكهرومغناطيسي/النبضات الكهرومغناطيسية/الصواعق) أو أسلاك إيثرنت نحاسية. تتيح تقنية تأطير BPQ Ethernet توصيل مجموعات كاملة من أزواج TNC+transceiver بأي شبكة موجودة من أجهزة الكمبيوتر التي يمكنها بعد ذلك الوصول إلى جميع روابط الراديو المقدمة في وقت واحد (عبر جسر شفاف)، والتواصل مع بعضها البعض داخليًا عبر AX.25، أو مع التوجيه المُصفى لاختيار TNCs/ترددات راديو محددة.

داير وولف هو بديل مجاني مفتوح المصدر لأجهزة TNC التي تعود إلى ثمانينيات القرن الماضي. يحتوي على مودمات برمجية DSP وتطبيق كامل لبروتوكول AX25 v2.2 بالإضافة إلى تصحيح الأخطاء الأمامية FX.25 . يمكنه العمل كمكرر رقمي، ومتتبع GPS، وبوابة إنترنت APRS (IGate) دون الحاجة إلى أي برامج إضافية.

يُستخدم بروتوكول AX.25 في أغلب الأحيان لإنشاء روابط مباشرة بين محطات الراديو الحزمية ، دون الحاجة إلى طبقات شبكة إضافية. وهذا كافٍ للاتصالات المباشرة بين المحطات، وللوصول إلى أنظمة لوحات الإعلانات المحلية ومجموعات DX .

في السنوات الأخيرة، أصبح نظام تحديد المواقع العالمي المساعد (APRS) تطبيقًا شائعًا.

بالنسبة لتغليف حزم AX.25 عبر بروتوكول الإنترنت، يتم استخدام AXIP و AXUDP لتغليف AX.25 في حزم IP أو UDP .

عند السرعات الشائعة لنقل بيانات الراديو الحزمية (نادرًا ما تتجاوز 9600 بت/ثانية ، وعادةً 1200 بت/ثانية)، ^{[ 10 ]} يصبح استخدام طبقات شبكة إضافية مع بروتوكول AX.25 غير عملي نظرًا لحجم البيانات الزائد. لا يُعد هذا قيدًا على بروتوكول AX.25 بحد ذاته ، ولكنه يفرض قيودًا على مدى تطور التطبيقات المصممة لاستخدامه.  

تُعرّف بروتوكولات HDLC كل إطار بواسطة عنوان. يتضمن تطبيق AX.25 لبروتوكول HDLC إشارة نداء لمحطة المرسل ومحطة الوجهة ، بالإضافة إلى مُعرّف المحطة الثانوية (SSID) المكون من أربعة بتات، والذي يتراوح بين 0 و15، ضمن عنوان الإطار. في مؤتمر ITU WARC2003، عُدّلت مواصفات إشارة نداء محطة هواة الراديو بحيث رُفع الحد الأقصى السابق من ستة أحرف إلى سبعة أحرف. مع ذلك، يحتوي بروتوكول AX.25 على حد أقصى ثابت بستة أحرف، مما يعني أنه لا يمكن استخدام إشارة نداء مكونة من سبعة أحرف في شبكة AX.25.

يفتقر بروتوكول AX.25 إلى منفذ صريح (أو نقطة وصول خدمة (SAP))؛ وغالبًا ما يتولى مُعرّف الشبكة اللاسلكية (SSID) هذا الدور. وبالتالي، لا يمكن أن يكون هناك سوى خدمة واحدة لكل عنوان SSID لمحطة AX.25، وهو ما يتم تجاوزه غالبًا بنجاح متفاوت.

يرى بعض الهواة، وعلى رأسهم فيل كارن KA9Q، أن معيار AX.25 غير مناسب للعمل عبر وصلات الراديو ذات النطاق الترددي المحدود والضوضاء العالية، وذلك لافتقاره إلى تصحيح الأخطاء الأمامية (FEC) وضغط البيانات التلقائي . ومع ذلك، لم يظهر حتى الآن بديل عملي واسع الانتشار لمعيار AX.25. ومن الأسباب المحتملة لذلك:

• انتشار واسع النطاق لأجهزة راديو FM ذات النطاق الضيق المعاد تدويرها ، وخاصة تطبيقات APRS الحالية،
• سهولة توفر أجهزة إرسال FM رخيصة ومنخفضة الطاقة، خاصة لنطاق UHF  بتردد 430 ميجاهرتز ، لتتوافق مع أجهزة الراديو القديمة الموجودة.
• ستتطلب تعديلات مستوى الراديو الجديدة معدات راديو مختلفة عن تلك المستخدمة حاليًا، وسيكون النظام الناتج غير متوافق مع النظام الحالي ، مما يستلزم استثمارًا أوليًا كبيرًا في معدات راديو جديدة. 
• يتطلب اعتماد ترميزات الخطوط الأحدث، التي قد تشمل تصحيح الأخطاء الأمامية، جهدًا أكبر من ترميز AFSK  بسرعة 1200 بت/ثانية المستخدم في جهاز Bell 202. لم تعد المعالجات الدقيقة الصغيرة ذات 8 بتات المزودة بذاكرة وصول عشوائي (RAM) سعتها 128 بايت كافية في السابق، وقد تصل تكلفة المعالجات الجديدة إلى 30 دولارًا أمريكيًا بدلًا من 3 دولارات. أجرى فيل كارن عرضًا توضيحيًا لفك تشفير هذا التعديل الجديد الخاص به عن طريق تشغيله على جهاز Pentium II - وبعد مرور حوالي 10 سنوات، أصبحت المعالجات الدقيقة المدمجة متوسطة المستوى قادرة على القيام بالمثل بتكلفة نظام تقل عن 50 دولارًا أمريكيًا. 

على الرغم من هذه القيود، فقد طورت جمعية توكسون لهواة الراديو الحزمي (TAPR) امتدادًا لبروتوكول AX.25 يدعم تصحيح الأخطاء الأمامية. ويُطلق على هذا الامتداد اسم FX.25 .

لا تحتاج أجهزة الإرسال الصغيرة إلى معرفة محتوى الإرسال. يكفيها مراقبة إشغال القناة عبر مؤشر قوة الإشارة المستقبلة ( RSSI ) لجهاز الاستقبال لتحديد متى يجب التوقف عن الإرسال. يتطلب إرسال إشارة تصحيح الخطأ الأمامي ( FEC) المتداخلة بتقنية ريد-سولومون مع بعض التعديلات الذكية موارد أقل بكثير من استقبال الإشارة نفسها، وبالتالي قد لا تتجاوز تكلفة المعالج الدقيق المناسب 5 دولارات أمريكية بدلاً من 30 دولارًا، وقد تبقى تكلفة النظام أقل من 50 دولارًا، شاملةً جهاز الإرسال. مع ذلك، فقد تم في السنوات الأخيرة إثبات إمكانية الاستقبال والإرسال باستخدام وحدات تحكم دقيقة رخيصة (مثل عائلة Atmel AVR أو Motorola 68HC08 ).

مع ذلك، يبدو أن أي نظام جديد لا يتوافق مع  تقنية التعديل الحالية Bell 202 من غير المرجح أن يحظى بانتشار واسع. فالتقنية الحالية تلبي احتياجات كافية، ما يقلل من الحافز للانتقال إلى تصميم أفضل، خاصةً إذا كان التصميم الجديد يتطلب شراء أجهزة باهظة الثمن.

في الآونة الأخيرة، تم إنشاء بروتوكول جديد تمامًا مع تصحيح الأخطاء الأمامية بواسطة نينو كاريلو، KK4HEJ، يسمى بروتوكول الطبقة الثانية المحسن (IL2P).

• راديو الحزم
• نظام الإبلاغ التلقائي عن الحزم (APRS)
• تصحيح الخطأ الأمامي FX.25
• بروتوكول الطبقة الثانية المحسن (IL2P) ^{[ 11 ]}