Làm thế nào để quy mô GPS và xử lý hàng triệu yêu cầu tiềm năng mỗi giây và phản hồi trong thời gian thực?

Ngày nay, hầu hết mọi người đã sở hữu điện thoại thông minh hoặc một số loại thiết bị GPS ở đâu đó. Những thiết bị này dường như cũng cập nhật trong thời gian thực. Làm thế nào vệ tinh GPS có khả năng đáp ứng hàng triệu yêu cầu tiềm năng từ hàng triệu thiết bị khác nhau và cập nhật tất cả hàng triệu thiết bị trong thời gian thực mà không bị lag.

Theo tôi hiểu, các trang web có lưu lượng truy cập thậm chí trong hàng nghìn bị chậm lại nếu không được chuẩn bị đúng cách, GPS sẽ đối phó với lượng lưu lượng truy cập dường như không thể xử lý, thậm chí khó khăn đối với siêu máy tính.

Nếu ai đó đứng trên một đỉnh đồi trên một thị trấn lớn và hét lên "người Mông Cổ đang đến!" sau đó mọi người biết chuyện gì đã xảy ra và họ rời khỏi thị trấn. Cảnh giác không cần phải nói "Này Timmy: Người Mông Cổ đang đến! Này John: Người Mông Cổ đang đến! Này Sarah ..."

GPS chỉ là một loạt các vệ tinh trên quỹ đạo hét lên "Tôi qua đây!" trong tần số vô tuyến. Một máy thu GPS chỉ cố gắng tạo ra các vệ tinh khác nhau hét lên vị trí của chúng và làm cho số bị vỡ cho "Nếu vệ tinh 1 ở đằng kia, và vệ tinh 2 ở trên đó, và vệ tinh 3 chỉ ở vị trí THẬT ... thì tôi phải ở quanh ĐÂY một nơi nào đó ".

Về mặt kỹ thuật, máy thu đang lắng nghe từng dấu thời gian và vị trí quỹ đạo của vệ tinh GPS. Nó tính toán thời gian các tín hiệu của các vệ tinh khác nhau truyền đến máy thu, giúp cho máy thu có khoảng cách từ mỗi vệ tinh. Cho khoảng cách đến mỗi vệ tinh, bạn biết vị trí của riêng bạn.

Làm sao? Hãy tưởng tượng ba vệ tinh trên quỹ đạo và bạn trên trái đất, với những cây gậy dài ở giữa. Những cây gậy sẽ chỉ gặp nhau ở một chỗ. Với một vệ tinh và một thanh có chiều dài cố định, bạn có thể ở bất cứ đâu trên một quả cầu xung quanh vệ tinh. Với hai vệ tinh, bạn có thể ở bất cứ đâu trên một vòng tròn nằm giữa hai vệ tinh. Với ba vệ tinh, vị trí của bạn thường chỉ có thể ở một vị trí. Thông thường, bốn vệ tinh được yêu cầu cho bất kỳ độ chính xác, mặc dù. (Việc tính toán khoảng cách từ các vệ tinh thường không chính xác, vì vậy biết khoảng cách đến nhiều vệ tinh là tốt hơn)

Vệ tinh GPS chỉ là một máy phát (liên quan đến tín hiệu GPS) và đầu kia chỉ là một máy thu. Không có giao tiếp hai chiều và do đó không cần vệ tinh quan tâm đến số lượng thiết bị. Về cơ bản vệ tinh truyền vị trí của chính nó tại một thời điểm nhất định và người nhận tính toán vị trí của nó bằng cách sử dụng thông tin đó, vì vậy tất cả công việc được thực hiện bởi người nhận.

Nói tóm lại, không có "yêu cầu", giống như không có "yêu cầu" cho đài phát thanh và truyền hình tương tự truyền thống.

Vệ tinh không trả lời. Họ truyền tín hiệu và khách hàng GPS nhận được nó. Ý tôi là thiết bị GPS của bạn không cần gửi bất cứ thứ gì đến vệ tinh, nó chỉ nhận được từ vệ tinh và thế là đủ. Thiết bị GPS của bạn cần nhận tín hiệu từ nhiều vệ tinh hơn và sau đó nó thực hiện một số phép toán để tính toán vị trí của chính nó.

Vì vậy, câu trả lời ngắn gọn là: Nó ồ ạt song song. :-)

Khoảng cách từ mỗi vệ tinh vào vị trí của bạn được tính từ thời gian cần thiết cho các tín hiệu để đi du lịch 20.200 km (12.600 dặm) khi trên cao, mà đi lên đến 26.600 km (16.500 dặm) khi trên đường chân trời, để nhận của bạn. Với tín hiệu truyền ở tốc độ 300.000 km / giây, thời gian thực hiện là từ 89 đến 67 mili giây, và do đó, điều này phải được đo với độ chính xác nano giây. Một trong những điều đáng chú ý nhất về GPS là cách đồng hồ rẻ tiền và đơn giản trong máy thu được chế tạo để có độ chính xác tương tự như đồng hồ rất phức tạp và đắt tiền trong các vệ tinh.

Darron giải thích cách khắc phục có được bằng cách sử dụng bốn vệ tinh. Người ta định nghĩa một hình cầu, cái thứ hai cắt cái này như một hình tròn, cái thứ ba cắt hình tròn ở hai điểm và cái thứ tư phân biệt hai điểm này. Nếu giả định được đưa ra là máy thu ở gần bề mặt Trái đất, thì điều này có thể được sử dụng thay cho phép đo vệ tinh thứ tư. Lý tưởng nhất là tất cả nên giao nhau tại một điểm duy nhất, nhưng trong thực tế, nếu không hiệu chỉnh, chúng sẽ được trải ra một chút do đồng hồ máy thu chạy nhanh hoặc chậm. Bằng cách điều chỉnh tốc độ xung nhịp để càng gần khớp càng tốt, độ chính xác về thời gian cần thiết sẽ đạt được. Sự chênh lệch còn lại là thước đo độ chính xác của bản sửa lỗi.

Trong những ngày xưa điều hướng bằng đồng hồ bấm giờ cho kinh độ, tất cả những gì thực sự cần thiết là một chiếc đồng hồ cực kỳ ổn định. Mặc dù đồng hồ sẽ chạy hơi chậm hoặc nhanh, nhưng điều này không quan trọng miễn là tốc độ được biết đến; Sau đó, thật dễ dàng để tính thời gian chính xác từ tốc độ và thời gian kể từ khi đồng hồ được kiểm tra với thời gian chính xác, chẳng hạn như bắn một khẩu súng buổi trưa vào cảng. Tương tự, thứ thực sự cần thiết trong máy thu GPS là đồng hồ đơn giản nhưng ổn định, với tốc độ hoạt động như trên, để cung cấp cho bạn tương đương với "đồng hồ nguyên tử trong tay".