¿Cómo escala el GPS y maneja potencialmente millones de solicitudes por segundo y responde en tiempo real?

Hoy en día, casi todos los que han tenido un teléfono inteligente o algún tipo de dispositivo GPS en algún lugar. Parece que estos dispositivos también se actualizan en tiempo real. ¿Cómo es capaz el satélite GPS de responder potencialmente a millones de solicitudes de millones de dispositivos diferentes y actualizar todos los millones de dispositivos en tiempo real sin demoras?

Según tengo entendido, los sitios web que obtienen tráfico incluso en miles se ralentizan si no está preparado adecuadamente para ello, ¿cómo hace frente el GPS a cantidades de tráfico que parece imposible de manejar, incluso difícil para una supercomputadora?

Si alguien se para en una colina sobre una gran ciudad y grita "¡vienen los mongoles!" entonces todos saben lo que pasa y salen de la ciudad. El puesto de observación no tiene que decir "Hola Timmy: ¡Ya vienen los mongoles! Hola John: ¡Ya vienen los mongoles! Hola Sarah ..."

El GPS es solo un grupo de satélites en órbita gritando "¡Estoy aquí!" en radiofrecuencia Un receptor GPS solo intenta distinguir los diferentes satélites que gritan en sus posiciones y hace el número para "Si el satélite 1 está allí, y el satélite 2 está ALLÍ, y el satélite 3 está casi en ESE lugar ... entonces debo estar por AQUÍ en algún lugar ".

Técnicamente, el receptor está escuchando la marca de tiempo y la posición orbital de cada satélite GPS. Calcula el tiempo que tardaron las señales de los diferentes satélites en llegar al receptor, lo que le da al receptor la distancia desde cada satélite. Dada la distancia a cada satélite, conoce su propia posición.

¿Cómo? Imagina tres satélites en órbita y tú en la tierra, con largos palos en el medio. Esos palos solo se encontrarán en un lugar. Con un satélite y un palo de longitud fija, podría estar en cualquier lugar de una esfera alrededor del satélite. Con dos satélites, podría estar en cualquier lugar de un círculo centrado entre los dos satélites. Con tres satélites, su posición generalmente solo puede estar en un lugar. Sin embargo, generalmente se requieren cuatro satélites para cualquier precisión. (El cálculo de la distancia desde los satélites generalmente no es tan preciso, por lo que es mejor conocer la distancia a más satélites)

El satélite GPS es solo un transmisor (en lo que respecta a la señal GPS) y el otro extremo es solo un receptor. No hay comunicación bidireccional y, por lo tanto, no es necesario que el satélite se preocupe por la cantidad de dispositivos. Básicamente, el satélite transmite su propia ubicación en cierto momento y el receptor calcula su posición utilizando esa información, por lo que todo el trabajo lo realiza el receptor.

En resumen, no hay "solicitudes", al igual que no hay "solicitudes" de radio y televisión analógica tradicional.

Los satélites no responden. Transmiten señal y los clientes GPS la reciben. Quiero decir, su dispositivo GPS no necesita enviar nada al satélite, solo recibe del satélite y eso es suficiente. Su dispositivo GPS necesita recibir señales de más satélites y luego hace algunos cálculos para calcular su propia posición.

Entonces la respuesta corta es: está masivamente paralela. :-)

La distancia de cada satélite a su posición se calcula a partir del tiempo que tarda la señal en recorrer los 20,200 km (12,600 millas) cuando está arriba, que asciende a 26,600 km (16,500 millas) cuando está en el horizonte, hasta su receptor. Con la señal viajando a 300,000 km / s, el tiempo necesario es entre 89 y 67 milisegundos, por lo que esto debe medirse con una precisión de nanosegundos. Una de las cosas más notables del GPS es cómo se hace que el reloj simple y barato del receptor tenga la misma precisión que los relojes complejos y costosos de los satélites.

Darron explicó cómo se obtiene la solución utilizando cuatro satélites. Uno define una esfera, el segundo interseca esto como un círculo, el tercero corta el círculo en dos puntos y el cuarto distingue estos dos puntos. Si se supone que el receptor está cerca de la superficie de la Tierra, esto se puede usar en lugar de la cuarta medición satelital. Idealmente, todos estos deberían cruzarse en un solo punto, pero en la práctica, sin corrección, se extenderían ligeramente debido a que el reloj del receptor funciona rápido o lento. Al ajustar la frecuencia del reloj para acercarse lo más posible, se obtiene la precisión de tiempo necesaria. La extensión restante es una medida de la precisión de la corrección.

En los viejos tiempos de navegación por cronómetro de longitud, todo lo que era realmente necesario era un reloj extremadamente estable. Aunque el reloj correría un poco lento o rápido, esto no importó mientras se supiera la velocidad; fue fácil calcular el tiempo exacto a partir de la velocidad y cuánto tiempo transcurrió desde que el reloj se verificó con una hora precisa, como el disparo de un arma del mediodía en puerto. Del mismo modo, lo que realmente se necesita en el receptor GPS es un reloj simple pero estable, con la velocidad calculada como anteriormente, para darle el equivalente de un "reloj atómico en la mano".