In che modo il GPS scala e gestisce potenzialmente milioni di richieste al secondo e risponde in tempo reale?

Oggi quasi tutti coloro che hanno posseduto uno smartphone o un qualche tipo di dispositivo GPS da qualche parte. Questi dispositivi sembrano anche aggiornarsi in tempo reale. In che modo il satellite GPS è in grado di rispondere a potenzialmente milioni di richieste da milioni di dispositivi diversi e di aggiornare tutti i milioni di dispositivi in ​​tempo reale senza ritardi.

A quanto ho capito, i siti Web che ottengono traffico anche a migliaia vengono rallentati se non sono adeguatamente preparati, come fa il GPS a far fronte a quantità di traffico che è apparentemente impossibile da gestire, persino difficile per un super computer.

Se qualcuno si trova su una collina sopra una grande città e urla "i Mongoli stanno arrivando!" allora tutti sanno cosa succede e escono di città. La vedetta non deve dire "Ehi Timmy: Stanno arrivando i mongoli! Ehi John: Stanno arrivando i mongoli! Ehi Sarah ..."

Il GPS è solo un gruppo di satelliti in orbita che urla "Sono qui!" in radiofrequenza. Un ricevitore GPS cerca solo di distinguere i diversi satelliti che urlano le loro posizioni e fa scricchiolare il numero per "Se il satellite 1 è laggiù, e il satellite 2 è QUI, e il satellite 3 è proprio in QUEL posto ... allora devo essere qui QUI da qualche parte ".

Tecnicamente, il ricevitore sta ascoltando la data e l'ora orbitale di ciascun satellite GPS. Calcola il tempo impiegato dai segnali dei diversi satelliti per raggiungere il ricevitore, il che fornisce al ricevitore la distanza da ciascun satellite. Data la distanza da ciascun satellite, conosci la tua posizione.

Come? Immagina tre satelliti in orbita e tu sulla terra, con lunghi bastoni in mezzo. Quei bastoni si incontreranno solo in un punto. Con un satellite e uno stick di lunghezza fissa, potresti essere ovunque su una sfera attorno al satellite. Con due satelliti, potresti essere ovunque in un cerchio centrato tra i due satelliti. Con tre satelliti, la tua posizione generalmente può essere solo in un punto. Di solito, tuttavia, sono necessari quattro satelliti per qualsiasi precisione. (Il calcolo della distanza dai satelliti di solito non è così preciso, quindi è meglio conoscere la distanza da più satelliti)

Il satellite GPS è solo un trasmettitore (per quanto riguarda il segnale GPS) e l'altra estremità è solo un ricevitore. Non esiste comunicazione bidirezionale e pertanto non è necessario che il satellite si preoccupi del numero di dispositivi. Fondamentalmente il satellite trasmette la propria posizione in un determinato momento e il ricevitore calcola la sua posizione utilizzando tali informazioni, quindi tutto il lavoro viene svolto dal ricevitore.

In breve, non ci sono "richieste", proprio come non ci sono "richieste" per la radio e la televisione analogiche tradizionali.

I satelliti non rispondono. Trasmettono il segnale e i client GPS lo ricevono. Voglio dire, il tuo dispositivo GPS non ha bisogno di inviare nulla al satellite, riceve solo dal satellite e basta. Il dispositivo GPS deve ricevere segnali da più satelliti e quindi esegue alcuni calcoli matematici per calcolare la propria posizione.

Quindi la risposta breve è: è fortemente parallelizzato. :-)

La distanza da ciascun satellite alla propria posizione viene calcolata dal tempo impiegato dal segnale per percorrere i 20.200 km (12.600 miglia) in volo, che sale a 26.600 km (16.500 miglia) all'orizzonte, verso il ricevitore. Con il segnale che viaggia a 300.000 km / s, il tempo impiegato è tra 89 e 67 millisecondi, e quindi questo deve essere misurato con precisione in nanosecondi. Una delle cose più straordinarie del GPS è come l'orologio economico e semplice nel ricevitore ha la stessa precisione degli orologi molto complessi e costosi nei satelliti.

Darron ha spiegato come si ottiene la correzione usando quattro satelliti. Uno definisce una sfera, il secondo interseca questo come un cerchio, il terzo taglia il cerchio in due punti e il quarto distingue questi due punti. Se si presume che il ricevitore si trovi vicino alla superficie della Terra, questo può essere usato al posto della quarta misurazione satellitare. Idealmente, questi dovrebbero intersecarsi tutti in un unico punto, ma in pratica, senza correzione, sarebbero sparsi leggermente a causa dell'orologio del ricevitore che corre veloce o lento. Regolando la frequenza di clock per avvicinarsi il più possibile alla corrispondenza, si ottiene la precisione di temporizzazione necessaria. La diffusione rimanente è una misura dell'accuratezza della correzione.

Ai vecchi tempi della navigazione in cronometro per longitudine, tutto ciò che era veramente necessario era un orologio estremamente stabile. Sebbene l'orologio avrebbe funzionato leggermente lentamente o velocemente, questo non ha avuto importanza fino a quando la frequenza era nota; è stato quindi facile calcolare l'ora esatta dalla frequenza e quanto tempo da quando l'orologio è stato confrontato con un tempo preciso, come ad esempio il fuoco di una pistola di mezzogiorno in porto. Allo stesso modo, ciò che è veramente necessario nel ricevitore GPS è un orologio semplice ma stabile, con la frequenza elaborata come sopra, per darti l'equivalente di un "orologio atomico in mano".