راديو رقمي متنقل

الراديو الرقمي المتنقل ( DMR ) هو معيار راديو رقمي لنقل الصوت والبيانات في شبكات الراديو غير العامة . وقد طُوّر من قِبل المعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات (ETSI) ^{[ 1 ]} ، وهو مصمم ليكون منخفض التكلفة وسهل الاستخدام. يُعدّ DMR، إلى جانب P25 المرحلة الثانية و NXDN، من أبرز التقنيات المنافسة في تحقيق عرض نطاق ترددي مكافئ لـ 6.25 كيلوهرتز باستخدام مُشفّر الصوت AMBE+2 الخاص. يستخدم كل من DMR وP25 المرحلة الثانية تقنية TDMA ثنائية الفتحات في قناة بتردد 12.5 كيلوهرتز، بينما تستخدم NXDN قنوات منفصلة بتردد 6.25 كيلوهرتز باستخدام تقسيم التردد، وتستخدم TETRA تقنية TDMA رباعية الفتحات في قناة بتردد 25 كيلوهرتز.    

تم تصميم DMR بثلاثة مستويات. تم نشر المستويين الأول والثاني من DMR (غير مرخص) في عام 2005، وتم نشر المستوى الثالث من DMR (النسخة المجمعة) ^{[ 2 ]} في عام 2012، حيث قام المصنعون بإنتاج المنتجات في غضون بضع سنوات من كل إصدار.

الهدف الأساسي من المعيار هو تحديد نظام رقمي يتميز بانخفاض التعقيد والتكلفة وقابلية التشغيل البيني عبر العلامات التجارية، بحيث لا يكون مشتري الاتصالات اللاسلكية مقيدين بحل خاص.

يتم تعريف واجهة DMR وفقًا لمعايير ETSI التالية:

• TS 102 361-1: بروتوكول واجهة الهواء
• TS 102 361-2: خدمات ومرافق الصوت والخدمات العامة
• TS 102 361-3: بروتوكول البيانات
• TS 102 361-4: بروتوكول الربط

يعمل معيار DMR ضمن نطاق الترددات  الحالي البالغ 12.5 كيلوهرتز المستخدم في نطاقات ترددات الاتصالات المتنقلة الأرضية عالميًا، ولكنه يوفر قناتين صوتيتين من خلال تقنية TDMA ثنائية الفتحات المبنية على بنية زمنية مدتها 30 مللي ثانية. يستخدم المعيار تعديل FSK رباعي الحالات ، والذي يُنشئ أربعة رموز محتملة عبر الهواء بمعدل 4800 رمز/ثانية، أي ما يعادل 9600 بت/ثانية. بعد إضافة البيانات الإضافية وتصحيح الأخطاء الأمامية وتقسيم الإشارة إلى قناتين، يتبقى 2450 بت/ثانية لقناة صوتية واحدة باستخدام DMR، مقارنةً بـ 4400 بت/ثانية باستخدام P25 و64000 بت/ثانية باستخدام دوائر الهاتف التقليدية.     

لا تزال المعايير قيد التطوير (حتى أواخر عام ٢٠١٥)، حيث تُجرى عليها مراجعات دورية مع نشر المزيد من الأنظمة واكتشاف تحسينات جديدة. ^{[ ٣ ]} من المرجح جدًا إجراء المزيد من التحسينات على المعيار، مما سيستلزم ترقية البرامج الثابتة للأجهزة الطرفية والبنية التحتية في المستقبل للاستفادة من هذه التحسينات الجديدة، مع احتمال ظهور مشكلات عدم توافق في حال عدم القيام بذلك.

يغطي نظام DMR نطاق الترددات اللاسلكية من 30  ميجاهرتز إلى 1  جيجاهرتز.

توجد تطبيقات DMR تعمل بتردد منخفض يصل إلى 66  ميجاهرتز (داخل الاتحاد الأوروبي، في نطاق VHF المنخفض 66-88  ميجاهرتز). ^{[ 4 ]}

في عام ٢٠٠٥، أُبرمت مذكرة تفاهم مع موردين محتملين لتقنية DMR، من بينهم تايت كوميونيكيشنز ، وفيلد مايكرو، وسيليكس، وموتورولا ، وهايتيرا، وسانشار كوميونيكيشنز، وفيرتكس ستاندرد ، وكينوود ، وآيكوم ، بهدف وضع معايير مشتركة وضمان التوافق التشغيلي. ورغم أن معيار DMR لا يُحدد نوع مُشفّر الصوت ، فقد اتفق أعضاء مذكرة التفاهم على استخدام مُشفّر الصوت DVSI Advanced Multi-Band Excitation (AMBE) بنصف معدل الإشارة لضمان التوافق التشغيلي. وفي عام ٢٠٠٩، أنشأ أعضاء مذكرة التفاهم جمعية DMR للعمل على ضمان التوافق التشغيلي بين معدات الموردين وتوفير المعلومات حول معيار DMR. ^{[ ١٠ ]} وتُجرى اختبارات التوافق التشغيلي الرسمية منذ عام ٢٠١٠، وتُنشر نتائجها على موقع جمعية DMR الإلكتروني. ويبلغ عدد أعضاء جمعية DMR حوالي ٤٠ عضوًا.

يسمح المعيار لمصنعي أجهزة DMR بتنفيذ ميزات إضافية بالإضافة إلى المعايير، مما أدى إلى مشاكل عملية في عدم التوافق بين العلامات التجارية، وهو ما يتعارض مع مذكرة التفاهم الخاصة بأجهزة DMR.

يُستخدم نظام DMR على نطاقات VHF وUHF الخاصة بهواة اللاسلكي ، وقد قادت DMR-MARC تطوير شبكة التبني المبكر له حوالي عام 2010. ^{[ 11 ]} وافقت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) رسميًا على استخدام DMR من قبل هواة اللاسلكي في الولايات المتحدة عام 2014. ^{[ 12 ]} في نطاقات هواة اللاسلكي، تتولى شركة RadioID Inc. تخصيص وإدارة أرقام تعريف DMR المنسقة. ويمكن تحميل قاعدة بياناتها المنسقة إلى أجهزة راديو DMR لعرض اسم المستخدم ورمز النداء وموقعه. ^{[ 13 ]} تتيح الأنظمة المتصلة بالإنترنت للمستخدمين التواصل مع مستخدمين آخرين حول العالم عبر أجهزة إعادة الإرسال المتصلة ، أو ما يُعرف بـ "نقاط اتصال" DMR، والتي غالبًا ما تعتمد على حاسوب Raspberry Pi أحادي اللوحة . يوجد حاليًا أكثر من 5500 جهاز إعادة إرسال و16000 "نقطة اتصال" مرتبطة بنظام BrandMeister حول العالم. ^{[ 14 ]} وقد أدى انخفاض تكلفة الأنظمة المتصلة بالإنترنت وتزايد توافرها إلى زيادة استخدام DMR على نطاقات هواة اللاسلكي. ^{[ 15 ]} تسمح بعض نقاط اتصال DMR القائمة على Raspberry Pi، والتي غالبًا ما تعمل ببرنامج Pi-Star أو WPSD، للمستخدمين بالاتصال بشبكات DMR متعددة متصلة بالإنترنت في الوقت نفسه. ^{[ 16 ]} تعتمد نقاط اتصال DMR عادةً على جهاز مودم الصوت الرقمي متعدد الأوضاع مفتوح المصدر (MMDVM)، مع برنامج ثابت طوّره جوناثان نايلور. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

من أمثلة أنشطة هواة الراديو المنظمة التي تُجرى باستخدام شبكات DMR المرتبطة بالإنترنت، برنامج World Wide Check-In ، وهو شبكة دولية أسبوعية تعمل على مجموعة Talk Group 91 التابعة لشبكة BrandMeister. ^{[ 19 ]}

لم يُحدد التشفير في الإصدارات الأولى من معيار DMR، لذا أضاف كل مصنّع لأجهزة راديو DMR بروتوكول التشفير الخاص به. ونتيجةً لذلك، فإن بروتوكولات التشفير المبكرة هذه غير متوافقة مع بعضها البعض. على سبيل المثال، يُعد تشفير Basic Encrypt من Hytera غير متوافق تمامًا مع تشفير Basic Encrypt من Motorola أو تشفير Basic Encrypt من Hytera.

تتولى هيئة تنظيم الاتصالات الرقمية (DMRA) الآن إدارة نظام تشفير صوتي وبياني متوافق مع أنظمة الاتصالات الرقمية (DMR). وتشمل خيارات التشفير المتاحة: ARC4 (40 بت)، وDES (64 بت)، وAES (128 و256 بت). تتميز أنظمة التشفير هذه بتوافقها بين مختلف الشركات المصنعة، وتدعم تسجيل المكالمات الصوتية المتأخر، واستخدام مفاتيح متعددة، دون أي تدهور ملحوظ في جودة الصوت. ^{[ 20 ]}

تم إصدار بعض خوارزميات التشفير الخاصة بنظام DMR، مثل PC4، التي صدرت عام 2015 مع توفر شفرتها المصدرية. ^{[ 21 ]} PC4 هي خوارزمية تشفير كتلية مصممة خصيصًا لأنظمة الاتصالات اللاسلكية DMR، وتستخدم 253 جولة ومفتاحًا يتراوح حجمه من 8 بتات إلى 2112 بتًا. يبلغ حجم الكتلة 49 بتًا، وهو ما يعادل حجم إطار صوتي في نظام AMBE+ DMR.

يتوفر برنامج ثابت يقوم بتنفيذ تشفير PC4 لأجهزة الراديو Tytera MD-380 و MD-390. ^{[ 22 ]}

في تشفير موتورولا الأساسي، يتم تشفير إطارات AMBE بواسطة عملية XOR بسيطة باستخدام أحد المفاتيح الثابتة الـ 255 الممكنة. ^{[ 23 ]}

يُتيح الوضع الأساسي من الشركات المصنعة الأخرى مفاتيحًا بطول 10 أو 32 أو 64 حرفًا لإنتاج سلسلة ثابتة من الأحرف العشوائية بطول 882 بت، تُدمج عبر عملية XOR مع إطارات AMBE. يتم تطبيق عملية XOR على الإطار الفائق بأكمله، وليس على كل إطار AMBE على حدة، باستخدام هذا المفتاح الثابت الأطول. يحتوي الإطار الفائق على 18 إطار AMBE، أي 882 بت، وهذه البتات الـ 882 هي التي سيتم تشفيرها باستخدام هذه السلسلة الثابتة بطول 882 بت.

يقوم نمط التشفير PC4 بتشفير إطار كامل مكون من 49 بت في نمط ECB. يؤدي اختلاف بت واحد إلى تغيير الكتلة المشفرة بأكملها بشكل كامل.

في الوضع المحسّن (ARC4) أو المتقدم (AES)، يتم تشفير كل إطار فائق كامل باستخدام متجه تهيئة (IV) بطول 32 بت. ونتيجةً لذلك، لم يعد التشفير ثابتًا لنفس المفتاح، بل يتغير مع كل إطار فائق، مما يُحسّن الأمان.

لا يتيح معيار DMR مساحةً لتخزين متجه التهيئة (IV)، لذا يحلّ متجه التهيئة (مع إضافة رمز تصحيح الأخطاء، ليصبح المجموع 72 بتًا) محلّ 4 بتات منخفضة الترتيب في كل إطار AMBE ذي 49 بتًا. وبالتالي، تُفقد هذه البتات الأربعة، مما يؤدي إلى تدهور جودة الصوت، وهو ما لا يحدث مع التشفير الثابت في الوضع الأساسي. وهكذا، يتوزع متجه التهيئة المشفر ذو 72 بتًا على جميع إطارات AMBE الثمانية عشر في الإطار الرئيسي.

ابتكرت موتورولا معيارها الخاص بتشفير ARC4 ذي 40 بت (المعروف أيضًا باسم RC4 ) ليقاوم هجمات المستخدمين العاديين. من المفترض أن يوفر هذا التشفير مستوى أمان 40 بت، حيث يتعين على المهاجم اختبار 2^ ⁴⁰ مفتاحًا محتملاً للعثور على المفتاح الصحيح. إلا أن هذا المستوى من التشفير لا يوفر حماية حقيقية، وهناك برامج تسمح بفك تشفير المفتاح. ^{[ 24 ]}

تشفير RC4 هو تشفير متسلسل يتطلب استخدام متجه تهيئة (IV ) في كل مرة يُجري فيها عملية التشفير. يجب أن يكون حجم متجه التهيئة كبيرًا بما يكفي لضمان عدم تكراره طوال فترة استخدام المفتاح نفسه.

لقد تم اختراق تشفير RC4 الضعيف IV بالفعل في نظام تشفير WEP Wi-Fi لأن حجم IV كان قصيرًا جدًا (24 بت).

اختارت موتورولا استخدام حجم IV أطول قليلاً (32 بت) ولكنه ليس أطول بكثير من حجم IV الخاص بـ WEP البالغ 24 بت. وتطلق موتورولا على هذا IV اسم MI (مؤشر الرسالة).

أفادت شركة موتورولا بأن معيار DMR لم يُحدد طريقة لنقل معلمات التشفير. ويتمثل حلها في تضمين متجه تهيئة مكون من 32 بت، بالإضافة إلى بيانات الحماية من الأخطاء، وذلك عن طريق استبدال البتات الأقل أهمية في إطارات مُشفّر الصوت DMR. وقد تم اختيار هذه البتات لتقليل تدهور جودة الصوت المُستقبل. ^{[ 25 ]}

بحسب مؤلف برنامج DSD-FME، وهو متخصص في تقنية DMR ، فإن هذا الادعاء خاطئ، إذ توجد إمكانية لإنشاء إطارات DMR مخصصة. وبالتالي، يمكن أن يحتوي مثل هذا الإطار على متجه تهيئة كبير (128 بت على سبيل المثال). ^{[ 26 ]}

اكتشف بعض المستخدمين أن أجهزة راديو Anytone (مثل Anytone 878) التي تستخدم ARC4، تحتوي على قيمة ثابتة لمتجه التهيئة (IV) (0x12345678) في بداية كل عملية إرسال. ^{[ 27 ]} تم إصلاح هذا الخلل في تحديث البرنامج الثابت AnyTone D878UVII الإصدار 3.03 (18-12-2023). 5. تم تعديل البرنامج الثابت لجعل تشفير AES يستخدم متجه تهيئة متغير (IV) بدلاً من القيمة الثابتة "12345678" .

يجب أن يوفر جهاز Motorola ARC4 DMRA من خلال التصميم ما لا يقل عن 4 مليارات من متجهات التهيئة المختلفة، لذلك يجب أن يكون هناك 4 مليارات إطار فائق بمتجه تهيئة مختلف ( ²³² بت من متجهات التهيئة الممكنة).

لكن أحد المستخدمين اكتشف أن موتورولا تستخدم مُسجل إزاحة خطي ذي تغذية راجعة غير بدائي لوحدة ARC4 لتوليد متجهات التهيئة (IVs). فبدلاً من 4 مليارات متجه تهيئة مختلف، يوجد 294,903 متجه تهيئة مختلف فقط. لذا، بدلاً من متجه تهيئة 32 بت، تحصل على متجه تهيئة 18 بت، وهو أقصر بكثير من متجه تهيئة WEP Wi-Fi ذي 24 بت. ^{[ 28 ]}

بحسب عالم التشفير إريك فيليول، من المرجح أن جميع المنتجات المصدرة التي يزيد طول مفتاحها عن 56 بت تحتوي على باب خلفي، حيث أن هذا شرط قانوني بموجب اتفاقية فاسينار . ^{[ 29 ] [ 30 ]}

• dPMR
• دي-ستار

• "لجنة الاتصالات الفيدرالية تُعدّل قواعد اختبار خدمة الهواة وقواعد الانبعاثات" . لجنة الاتصالات الفيدرالية . 10 ديسمبر 2015. تاريخ الاطلاع: 5 يوليو 2022 .

• جمعية DMR
• MNDMR - أول نظام شبكة مُكررات DMR داخلي في مينيسوتا
• شركة Radio ID، Inc. ، أرقام تعريف DMR المنسقة لهواة الراديو