تکنولوژی Gprs

GPRS (جی پی آر اس) مخفف کلمات General Packet Radio Service (یا خدمات رادیویی بسته های اطلاعاتی) است که با به کارگیری این تکنولوژی در شبکه تلفن همراه، امکان خدماتی نظیر مرور در اینترنت، ایمیل، ارتباطات تصویری، پیام های چند رسانه ای و خدمات مبتنی بر مبدا را فراهم می کند. این سرویس به شبکه ها این امکان را می دهد که خدمات اینترنتی پر ظرفیت را به صورت دائمی و بدون وققه، به مشترکان خود ارائه دهند.
برای استفاده از این تکنولوژی، شما باید PDA یا موبایلی داشته باشید که GPRS را پشتیبانی کند تا به شرکتی که سرویس GPRS را ارائه می کند، دسترسی پیدا کنید. GPRS به صورت کلی سه مزیت برای مشترک خود به ارمغان می آورد:

- اول اینکه امکان می دهد تا همواره ارتباط خود را با اینترنت حفظ نمایید و لازم نیست برای برقراری هر ارتباط، هر بار به شرکت ارائه دهنده سرویس اینترنت متصل گردید.

- دوم اینکه GPRS به صورت ذاتی دارای سرعت به مراتب بالاتری نسبت به خطوط ارتباطی داده معمولی در موبایل می باشد.
خطوط معمولی موبایل، حداکثر دارای سرعت 9.6 کیلوبیت در ثانیه می باشند و در صورت استفاده از سرویس High-Speed Circuit Switched Data یا همان HSCSD حداکثر می توانند از سرعت 1.44 کیلوبیت در ثانیه بهره ببرند. در صورتی که GPRS می تواند تا سرعت 56 کیلو بیت در ثانیه شما را به اینترنت متصل نماید.

- سومین و اصلی ترین مزیت GSRP این است که شما مبلغ ارتباط خود را بر اساس مقدار اطلاعات ورودی و خروجی به شرکت ارائه دهنده سرویس می پردازید و نه بر اساس مدت زمانی که به اینترنت متصل هستید. این به آن معنا است که ممکن است شما تمامی روز به اینترنت متصل باشید اما فقط در هنگام ارسال یک پیغام، مبلغی را پرداخت کنید.


سیستم GPRS چه تفاوتی با GSM دارد؟

در سیستم GPRS یک لایه Packet-Switched به شبکه GSM موجود موبایل اضافه می شود. در واقع GPRS یا نسل 2.5 تلفن های همراه، یک سرویس رادیویی بی سیم، جهت ارسال دیتا است که به نوعی یک مرحله میانی بین GSM (نسل دوم) و UMTS (نسل سوم) شبکه های مخابرات سیار است که امکان ارسال دیتا را با سرعت 171.2 کیلو بیت بر ثانیه، امکان پذیر می سازند.

بدین ترتیب سیستم GPRS، پهنای باند وسیع تر و امکانات رادیویی بیشتری را در اختیار مشترکین قرار می دهد تا ارسال دیتا با سرعت بیشتری انجام شود، که این مقدار 3 برابر حداکثر سرعتی است که کاربران می توانند از شبکه های تلفن ثابت، اطلاعات دریافت کنند و تقریبا بیش از 10 برابر سرعت ارسال دیتا در شبکه فعلی GSM است.

استاندارد اصلی GSM در سال 1991 به وجود آمد که به نسل دوم یا G2 شهرت یافت. بعدا استانداردسازی GPRS ابتدا در سال 1994 توسط ETST/SMG انجام شد و سپس در سال 1997 مجموعه مشخصات آن توسط SMG#25 مورد تایید قرار گرفت و سرانجام در سال 1999 تکمیل گردید. خدمات GPRS از این تاریخ به بعد رو به گسترش بوده است.


کاربردهای GPRS

پست الکترونیکی
با توجه به ارتباط دائمی با اینترنت در سیستم GPRS و پرداخت هزینه به ازای اطلاعات ارسالی و دریافتی، شما می توانید نامه های الکترونیکی خود را در هر زمان با حداقل هزینه و حداکثر سرعت دریافت و یا به آنها پاسخ دهید.

پیغام های لحظه ای
ارتباط دائمی به اینترنت به شما امکان می دهد تا همواره پیغام های فوری خود را که توسط نرم افزار های Chat فرستاده می شوند، در هر لحظه دریافت و به آنها پاسخ دهید. یعنی شما می توانید با هرکدام از برنامه های IRC/ICQ/Yahoo Messenger/MSN Messenger/AOL Messenger و... در تمامی مدت روز بهره ببرید.

MMS
تنها بستری که شما می توانید از امکانات صدا، تصویر و ویدئو در سیستم MMS یا Multimedia Messaging Service (که نسخه پیشرفته SMS می باشد) به طور کامل بهره مند شوید، GPRS می باشد.

مرور سایت های وب
همچون دیگر خدمات، شما توسط GPRS می توانید تقریبا با سرعتی معادل خطوط تلفن معمولی، یعنی 56 کیلوبیت در ثانیه، صفحات مورد علاقه خود را مرور کنید.

WAP (کارهای گروهی)
GPRS به شما امکان می دهد تا همواره به تقویم کاری و یا اطلاعات اشتراکی همکاران خود دسترسی داشته باشید.


کارائی و عملکرد GPRS

شبکه هایی که دارای هسته GPRS می باشند به وسیله سیستم های IS-136TDMA-3G توسعه یافته اند و پیش بینی می شود که برای سیستمهای نسل سوم (3G) به صورت شبکه مرکزی درآیند. برای این که شبکه های موجود با سرویس GPRS سازگاری داشته باشند کانال های رادیویی به شکل جدیدی تعریف شده و عمل تخصیص این کانال ها از انعطاف پذیری بالایی برخوردار می باشند به این معنی که از یک تا هشت تایم اسلات را می توان به یک کاربر تخصیص داد و یا چندین کاربر فعال را به صورت اشتراکی به یک تایم اسلات اختصاص داد.

در کنار انعطاف پذیری اختصاص کانال ها عمل تخصیص Downlink و Uplink نیز به صورت جداگانه انجام می شود. منابع رادیویی به طور دینامیکی بین سرویس های مکالمه و دیتا می تواند به اشتراک گذاشته شود و به عنوان تابعی از بار ترافیکی، علایق و ترجیحات اپراتور عمل نماید.

در سرویس GPRS برای این که بتوان به ازای هر کاربر میزان bit rate را به جای 9kb/s تا بیش از 150kb/s ارائه نمود روشهای کدینگ گوناگونی ارائه شده و همچنین ذخیره سازی GPRS به صورت سریع (GPRS fast reservation) به شکلی طراحی شده که بتوان انتقال بسته ها را در فاصله زمانی 0.5 تا 1 ثانیه شروع نمود.

عملیات امنیتی در مورد GPRS معادل امنیت سازی در شبکه GSM می باشد به شکلی که عملیات تصدیق اطلاعات مشترکین و الگوریتم های رمز نگاری یا Ciphering Algorithms برای انتقال بسته های داده به شکل بهینه مشابه با GSM انجام می شود.

با توجه به سرعت و کارایی بالای GPRS در تحویل اطلاعات در مقصد باید اذعان نمود که این سرویس نسبتأ ارزانتر از Circuit Switched data یا همان SMS (یا CSD) تمام می شود.



کارایی GPRS
GRPS در تئوری باید بتواند سرعت انتقال اطلاعات را بالای 115 کیلوبیت در ثانیه برساند، در حالی که در عمل این سرعت به 40 کیلوبیت در ثانیه می رسد. حال آنکه سرعت ارتباط در دستگاه های متفاوت GPRS به مراتب با یکدیگر فرق می کنند. برای محاسبه سرعت ارتباطات در دستگاههای GPRS بهتر است طرح کدها و ساختمان کلاس های مربوط به آن را بررسی کنیم:

GPRS در کل دارای چهار نوع کد CS3، CS2، CS1 و CS4 می باشد. ولی هر کدام از این کدها قابلیت انتقال اطلاعات با حداکثر سرعت 21.4 کیلوبیت در ثانیه را دارند و در هر یک از آنها نیز بخشی برای تصحیح خطا در انتقال اطلاعات در نظر گرفته شده است.

CS1 دارای بیشترین سهم برای تصحیح اطلاعات می باشد و فقط در حدود 9 کیلوبیت در ثانیه از 21.4 کیلوبیت در ثانیه جهت انتقال اطلاعات باقی می ماند. CS2 و CS3 دارای سرعت بیشتری می باشند و سرعت انتقال اطلاعات در آنها به حدود 13.4 و 15.6 کیلوبیت در ثانیه می رسد. و در CS4 سرعت انتقال به حداکثر مقدار خود می رسد و هیچ نوع تصحیح اطلاعاتی در آن انجام نمی گردد.

دستگاههای موجود GPRS، تنها CS2 و CS1 را با سرعتی پایین تر ارائه می دهند و در مواقع لازم این دو به جای یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرند.

شبکه های GSM و GPRS هر دو امکان دادن 8 انشعاب داده ای در هر لحظه از زمان را دارا می باشند که به هر یک از آنها یک timeslot می گوییم. لذا سرعت انتقال اطلاعات را می توان با کنار هم قرار دادن timeslot ها بیشتر و بیشتر کرد. در عمل سرعت انتقال به علت محدودیت ایجاد شده توسط شرکت ارائه دهنده خدمات و همین طور محدودیت موجود در دستگاهها کاهش می یابد.

دستگاههای GPRS هم قادر هستند تعداد محدودی timeslot را با یکدیگر ادغام کنند و بر این اساس به کلاس های مختلفی تقسیم می شوند:


کلاسهای مشترکین GPRS

به طور کلی سه کلاس برای GPRS MS (یا همان مشترکین gprs) مطرح است:

کلاس A
در این کلاس MS می تواند به طور همزمان برای GPRS و دیگر سرویس های GSM به کار گرفته شود.

کلاس B
در این کلاس MS می تواند شخصا کانال ها را جهت GPRS و یا دیگر سرویسهای GSM کنترل نماید.

کلاس C
در این کلاس MS منحصرا برای سرویس GPRS به کار گرفته می شود.


پیاده سازی شبکه GPRS

ساده ترین روش پیاده سازی GPRS استفاده از ساختار شبکه GSM می باشد. به همبن منظور نیاز به تغییرات سخت افزاری و نرم افزاری در ساختار موجود شبکه GSM می باشد که مهم ترین تغییر سخت افزاری اضافه نمودن یونیت PCU یا همان Packet Control Unit در گره BSC می باشد. در گره های BTS و HLR و MSC/VLR تنها نیاز به تغییرات نرم افزاری می باشد که با توجه به گستردگی گره های BTS اعمال تغییرات نرم افزاری را می توان به صورت Remote و بدون حضور فیزیکی در سایت انجام داد. در خصوص GPRS MS به جز تغییرات نرم افزاری مهم ترین تغییر سخت افزاری عبارت است از تغییراتی که بر روی پاور MS انجام می شود تا بتواند سرویسهای GPRS را پشتیبانی نماید.


سرویس های GPRS

علاوه بر سرویس های Basic که در فاز یک GPRS وجود دارند می توان به سرویسهای زیر که در فاز دو GPRS مطرح می باشند اشاره نمود:

1- Enhanced Qos Support in GPRS. 2-Unstructured Octet Stream GPRS PDP Type

2- Access to ISPs and Intranets

3- GPRS Prepaid

4- GPRS advice of Charge

5- GPRS Call

6- Point to multi-point Services


خطوط داده ای در موبایل ها بیانگر این واقعیت هستند که سرعت داده ها در این دستگاه روز به روز افزایش خواهد یافت، چنانکه بتوانید بخش های ویدئویی خبرهای ورزشی را هم در موبایل خود داشته باشید یعنی یک تلفن تصویری کامل را همواره با خود همراه دارید.

گفتیم که استاندارد اصلی GSM در سال 1991 به وجود آمد که به نسل دوم یا G2 شهرت یافت. در چند سال گذشته HSCSD و GPRS ویژگی های داده در GSM را بهبود داده اند. در حالی که تکنولوژی EDGE یا Enhanced Data rates for GSM Evolution آن را بهتر می کند و در آینده سرعت آن را به حدود 60 کیلوبیت در ثانیه خواهد رساند. در این نوع سیستم ها چهار timeslot در کنار یکدیگر می تواند خطوط با سرعت بالا را در موبایل به شما عرضه کند.

شاخه های اصلی GSM استاندارد یعنی GPRS، HSCSD،EDGE همگی از نوع سرویس های G2.5 محسوب می شوند. در حال حاضر همه منتظر G3 هستند. اما شاید لزومی نداشته باشد که به این زودیها نسل سوم شبکه ها (یعنی G3) در همه جا گسترش یابد و شاید تنها در شهرهایی به کار گرفته شود که به علت حجم بالای اطلاعات، به کار گیری در آنها ضروری به نظر می آید.

GPS جیست ؟
بشر اولیه همیشه به دنبال روشهای مناسبی جهت پیدا کردن مسیر خود بوده است . انسانهای اولیه این کار را با سنگ چین کردن و در نظر گرفتن علائم طبیعی انجام می دادند ولی این علائم به مرور زمان از بین می رفت .در اوائل قرن هفدهم کشورها فقط عرض جغرافیایی را می توانستند محاسبه کنند و این کار را با محاسبه زاویه ستاره شمالی با خط افق انجام می دادند .ولی به هیچ وجه نمی توانستند محاسبه کنند طول جغرافیایی را اندازه گیری کنند و به همین خاطر بسیاری از کشتیها در اثر ناوبری اشتباه گم می شدند و دیگر هرگز پیدا نمی شدند . همچنین آن زمان مصادف با جنگهای بین کشورهای اسپانیا , ایتالیا , فرانسه , انگلستان و سایر کشورها بود و حتی در ملاقات کشتی های تجاری آنها جنگ و خونریزی رخ می داد . در نهایت بشر با اختراع ساعت توانست طول جغرافیایی را محاسبه نماید . مبداء طول جغرافیایی طبق قرارداد بین کشورها گرینویچ می باشد . Time Greenwich Mean یا همان GMT طبق این قرارداد کره زمین که 360 درجه می باشد و هر ساعت 15 درجه خواهد بود . برای مثال کشور ما ایران 30:30 + نسبت به گرینویچ جلو تر است . بشر هر روز به دنبال پیدا کردن راه جدیدی جهت ناوبری مطمئن تر بود . در دوران جنگ سرد و پس از حمله غافلگیرانه به Pearl harbor در 7 دسامبر 1941 آمریکاییها احساس خطر کردند و با دلیل نگرانی از آغاز جنگ ناگهانی و از دست دادن مستعمراتشان شروع به طراحی GPS نمودند.
GPS های اولیه بسیار پیچیده بودند و کار با آنها بسیار سخت بود . به مرور زمان GPS ها بسیار پیشرفته تر شدند ولی این دستگاه فقط در اختیار وزارت دفاع آمریکا بود و هیچ سازمانی دیگر قادر به استفاده از این تکنولوزی نبود . پس از سقوط هواپیمای 007 کره ای در روسیه به خاطر ناوبری اشتباه ,ریگان اعلام کرد که استفاده از GPS برای عموم آزاد است .
يه نوع ماهواره GPS
http://i27.tinypic.com/25z11fl.jpg
نحوه کارکرد GPS :
GPS یک دستگاه صرفا گیرنده می باشد که اطلاعات بدست آمده از ماهواره های اطراف زمین را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و PIV شما را محاسبه می کنند .P=Position منظور موقعییت شما در هر نقطه از کره خاکی و فضای اطراف آن است . T = Time منظور زمان محلی دقیق و با دقت فوق لاعاده بالا در همان منطقه ای که شما هستید V = Veloctiy منظور سرعت لحظه ای شماست که آن را با دقت فوق العاده بالا محاسبه می کند . حال ما می خواهیم بدانیم یک دستگاه گیرنده با یک آنتن کوچک چگونه این اطلاعات را برای ما محاسبه می کند . تعداد 24 ماهواره توسط شرکتهای تولید کننده GPS یعنی Garmin و Magellan در فاصله 20200 کیلو متری از سطح زمین قرار دارند و در هر مدار 4 ماهواره قرار دارد . بدینسان این ماهواره ها کل زمین را تحت پوشش خود قرار می دهند. در داخل هر کدام از این ماهواره ها 4 ساعت اتمی قرار دارد تا مطمئن باشیم که در یک لحظه بخصوص حداقل یکی از آنها کار می کند . این ماهواره ها کد های 0 و 1 را برای دستگاه گیرنده می فرستند مثلا در ثانیه 0 کد 00001001 و در ثانیه 001 ,0 کد بعدی را در فضا منتشر می کند . هر کدام از این کد ها دوباره تکرار می شوند . مثلا دستگاه گیرنده شما کد 001 را در ثانیه اول می گیرد و در 1 نانو ثانیه بعد دوباره این کد را دریافت می کند . بنابر این تشخیص می دهد که مثلا فاصله زمانی بین شما و ماهواره برای امواجی که با سرعت نور حرکت می کنند 1 نانو ثانیه می باشد . حال چرا اینقدر زمان برای ما مهم است ؟ به خاطر اینکه فاصله ها بر اساس زمان سنجیده می شوند . مثلا در مورد مثال بالا فاصله شما از ماهواره برابر می شود با :X=vt=300000110(-9)
از طرفی دیگر در داخل دستگاه GPS شما حدس می زند که مکان هندسی شما یک کره به شعاع X ( که در بالا محاسبه کردیم ) و به مرکز مهواره مورد نظر می باشد در نتیجه شما با ماهواره اول متوجه شدید که مکان هندسی شما در فضا سطح یک کره می باشد .حال با گرفتن سیگنال ها و محاسبه فاصله از ماهواره دوم مکان هندسی شما در فضا سطح کره زمین خواهد شد . فصل مشترک این دو کره یک دایره است . ماهواره سوم نیز مکان هندسی شما را بر روی یک کره دیگر تخمین می زند . فصل مشترک این کره با دایره قبلی دو نقطه خواهد بود . حال ماهواره چهارم کره بعدی را می سازد که فصل مشترک یک کره با دو نقطه یک نقطه خواهد بود . خیلی جالب است ؟!
حال موقعیت شما بر روی کره زمین و فضای اطراف آن در یک نقطه مشخص شده است . به همین ترتیب زمان شما نیز با توجه به موقعیت شما و ساعت GPS محاسبه خواهد شد . این ساعت ساعت محلی است و با ساعت رسمی هر کشور فرق خواهد داشت . سرعت شما چگونه محاسبه خواهد شد ؟! آیا با تقسیم فاصله بین دو نقطه بر زمان ؟! اخیرا این روش , روش مناسبی جهت دستگاه دقیقی مثل GPS نمی باشد . سرعت شما با استفاده از اثر دوپلروروابط ان محاسبه میشود.ما در فیزیک دبیرستان با اثر دوپلر آشنا شدیم این در حقیقت همان شکل معروف آمبولانس است که با نزدیک شدن به ما , رسیدن به ما و دور شدن از ما صدایش نیز تغییر می کند .
طراحان آمریکایی از این مساله در طراحی رادارها و بخصوص دستگاه GPS جهت تعیین سرعت دقیق استفاده کرده اند . خوب حالا به این نکته رسیدیم که می توانیم موقعیت , سرعت و زمان دقیق خود را داشته باشیم . بنابراین طول جغرافیایی , ارتفاع از سطح آبها ی آزاد دریا ها , زمان محلی و سرعت را خواهیم داشت . اما آیا فقط همین اطلاعات در اختیار ماست یا بیشتر ؟!

سخت افزار و نرم افزار GPS :
سخت افزار GPS در حقیقت مجموعه ای از IC ها و تراشه ها جهت انجام محاسبات خاصی است که انجام آن برای شخص بسیار سخت می باشد
نرم افزار : نرم افزار این دستگاه شامل برنامه ای است که دستگاه با آن کار می کند و در حقیقت این هم مانند یکی از برنامه های کامپیوتری عادی است که البته به زبان C نوشته شده است . نسخه های جدید این برنامه ها در اینترنت و در سایت شرکتها نامبرده موجود می باشد همانطور که گفتیم دستگاه GPS یک کامپیوتر کوچک است که جهت انجام امور خاصی برنامه ریزی شده است . بنابراین این کامپیوتر با داشتن مختصات شما می تواند کارهای دیگری هم انجام بدهد . مثلا می تواند زمان طلوع و غروب خورشید را در موقعیت شما بگوید . همچنین زمان طلوع و غروب ماه . شاید خیلی جالب باشد ولی GPS می تواند زمان باقیمانده برای رسیدن به مقصد مورد نظر را با توجه به سرعت شما محاسبه کند . همچنین میانگین سرعت شما , بیشترین سرعت , میانگین سربالایی و سرازیری مسیر , سرعت عمودی , موقعیت منطقه از نظر شکار و ماهیگیری و شکار در هر نقطه جهان , محاسبه مساحت یک نقطه ناشناخته و بر گرداندن شما از مسیر آمده و ....
در ضمن نکته ای که در مورد GPS حائز اهمیت است این است که شرایط آب و هوایی هیچ تاثیر بر روی کارکرد این وسیله ندارد.
موفق باشيد