ماهواره‌های مسیریاب،‌ GPS

      تاریخ مسیریابی قدمتی برابر با تاریخ تمدن بشر دارد. از همان روزهایی که انسانها جهت تهیه غذا از محل زیستگاه خود (جنگل یا غارها) خارج شدند. نیاز به وسیله‌ای داشتند که مسیر را به آنها نشان دهد،‌ برعکس بعضی از پرندگان و حیوانات که بطور غریزی مسیر خود را مشخص می‌نمایند،‌ انسانها دارای چنین غریزه‌ای نیستند و همیشه نیاز به وسیله و ابزاری دارند که مسیر را برایشان مشخص نماید. در آغاز شروع مسافرت با کشتی این مسافرت‌ها منحصراً یا در امتداد رودخانه‌ها و یا موازی با ساحل انجام می‌گرفت و از علائم مشخص جهت راهنمایی استفاده می‌گردید.

      کلمه Navigation  از دو کلمه لاتین به معنی کشتی (Ship) و حرکت (Move) گرفته شده است و اساساً به معنی پیدا نمودن مسیر در دریا می‌باشد. اما بعدها با شروع مسافرت در فضا و خشکی این کلمه به مفهوم مسیریابی در هوا، ‌خشکی و دریا بکار برده شد. مسیریابی اولیه توسط اجرام سماوی و قطب‌نماهای مغناطیسی انجام می‌گردید، با پیشرفت عدم و تکنولوژی امروزه از سیستم‌های پیشرفته ماهواره‌ای استفاده می‌شود. ماهواره‌های مسیریاب قادر به مشخص نمودن طول و عرض جغرافیایی، ارتفاع از سطح دریا، سرعت، فاصله و زمان با دقت بسیار بالا می‌باشند.

NAVSTAR یکی از سیستم‌های ماهواره‌ای مسیریاب می‌باشد که این اطلاعات را در اختیار قرار می‌دهد. این سیستم دقتی در 15 متر را دارا می‌باشد. سیستم NAVSTAR جایگزین سیستم سری TRANSCT گردید که اطلاعات مسیریابی را جهت استفاده‌های نظامی و کاربردهای غیرنظامی و مشخص تهیه می‌نمود. خصوصاً برای دریانوردی.

یکی از مهمترین سیستم‌های مسیریاب ماهواره‌ای سیستم GPS می‌باشد که در ذیل توضیح داده می‌شود.

GPS چیست؟

GPS یا (Golobal Positining System) یک سیستم ماهواره‌ای است که توسط وزارت دفاع امریکا ساخته شده است. و اطلاعات دقیقی از محل، و زمان را در سراسر دنیا در اختیار کاربرها قرار می‌دهد. سیستم GPS سیگنال‌هایی را ارسال می‌نماید که توسط گیرنده‌های GPS دریافت می‌شود و موقعیت مکانی،‌ سرعت و زمان را در هر جای کره زمین در هر موقع از روز یا شب و در هر شرایط آب و هوایی محاسبه می‌نماید. سیستم مکان‌یاب جهانی یا GPS یک منبع ملی و مورد استفاده بین‌المللی برای یافتن موقعیت محل،‌ مسیریابی و زمان سنجی می‌باشد. و از سه قسمت تشکیل یافته است.

فضا، کاربر، کنترل( Space , User , Control )

سیستم GPS شامل 3 بخش،‌ فضا، کنترل و کاربری می‌باشد. بخش فضایی شامل آرایش ماهواره‌ها در فضا با (Constellation) می‌باشد. اولین سری این ماهواره‌ها در سال 1978 در مدار قرار داده شد. و در سال 1986 توسعه و تکمیل آرایش ماهواره‌ای سیستم GPS به علت جلوگیری از خطرات ناشی از عدم مسیریابی انجام پذیرفت. در فوریه 1989 آرایش ماهواره‌ای سیستم GPS با 24 یا تعداد بیشتری ماهواره در مدار کامل و فعال گردید. سیستم کنترل توسط ارتش آمریکا انجام می‌گیرد که ردیابی و نگهداری آنها را در مدار کنترل می‌نماید.

بخش کاربرها، شامل کاربرهای نظامی و شخصی هر دو می‌باشد. کاربرهای نظامی از سیستم GPS به عنوان، مسیریابی،‌ شناسایی، و سیستم هدایت موشکی استفاده می‌نمایند و کاربرهای شخصی هم می‌توانند همانند نظامی‌ها و براساس نیاز از این سیستم استفاده کنند.

بخش فضایی( Space Segment )

      ماهواره‌های GPS در حدود 900 kg وزن و 5 متر با نیل‌های خورشیدی طول دارند. عمر مفید این ماهواره‌ها برای5/7 سال طراحی شده است اما اغلب مدت زمان بیشتری در مدار مورد استفاده قرار می‌گیرند. پنل‌های خورشیدی نیروی اولیه را تهیه می‌نمایند و نیروی (تغذیه) ثانویه توسط باطری‌های Nicod تأمین می‌شود.

در هر ماهواره چهار ساعت (Clock) اتمی فوق‌العاده دقیق نصب گردیده است. در سپتامبر 2001 تعداد ماهواره‌های مورد استفاده در مدار 27 عدد بوده است.

مدارات ماهواره‌ها( Satellite  orbits )

      شامل 6 مدار با فاصله 60 درجه و در هر مدار 4 ماهواره وجود دارد و این امکان را فراهم می‌سازد که با وجود اشکال و خرابی 2 ماهواره در هر مدار سیستم کار نرمال خود را انجام دهد. هر سطح مداری شیبی برابر با 55 درجه با سطح مدار استوایی دارد. ارتفاع زیاد مدار (km 20000) باعث ثابت ماندن ماهواره‌ها در مدارشان می‌شود. همچنین ارتفاع زیاد ماهواره باعث پوشش منطقه وسیعی در روی زمین می‌شود.

ماهواره‌های GPS هر نقطه در روی زمین را 2 بار در روز پوشش می‌دهند (از هر نقطه در روی زمین دوبار در روز می‌گذرند).

سیگنال‌های ماهواره( Satellite Signals )

      هر ماهواره یک سیگنال مسیریابی که شامل عناصر مداری، وضعیت ساعت (Clock)‌، زمان سیستم و وضعیت پیام‌ها می‌باشد را ارسال می‌نماید. به علاوه یک تقویم نجومی (almanac) تهیه می‌شود که اطلاعات (تقریبی) را برای هر ماهواره فعال ارسال نماید. سیگنال‌های رادیویی با سرعت نور منتشر می‌شوند. سیصد هزار کیلومتر در ثانیه، مدت زمان 06/0 ثانیه طول می‌کشد که سیگنال ارسالی از ماهواره GPS به زمین برسد. این سیگنال‌ها با قدرت کم (حدود 300 تا 350 وات در طیف مایکروویو) ارسال می‌گردند.

کد C/A (Coarse A qwsition Cood) برای استفاده کاربرهای شخصی در دسترس می‌باشد و به عنوان (SPS) (Standard Positining Service)

 مسیریابی استاندارد.

      PPS یا Precise Positioning Service سرویس مکان یابی دقیق که منحصراً در دسترس کاربرهای نظامی و کاربرهای مجاز می‌باشد.

سیگنال‌های ماهواره  به خط مستقیم جهت رسیدن و استفاده گیرنده‌های GPS نیازدارند.

درخت، ساختمان،‌ کوه و حتی دست و یا بدن می‌تواند سیگنال‌های ماهواره‌ها را بلوکه نماید.

تقویم نجومی یا Almanac شامل اطلاعاتی راجع به مدارات 24 ماهواره می‌باشد. یک گیرنده GPS از تقویم نجومی که در پیام‌های دیتای ماهواره وجود دارد برای موقعیت هر ماهواره‌ای که ردیابی می‌کند استفاده می‌نماید. نرم افزار mission planning برای تهیه گراف و موقعیت ماهواره‌های قابل رؤیت و بهترین زمان بررسی در منطقه مخصوص،‌ از تقویم نجومی استفاده می‌نماید. تقویم نجومی برای مدت 30 روز معتبر می‌باشد،‌ اما هر بار که گیرنده GPS روشن می‌شود بطور اتوماتیک تقویم نجومی را دریافت می‌کند (در مدت زمان 15 دقیقه). استفاده از تقویم نجومی به روز یا up-to-date برای استفاده از ماهواره‌هایی که در دید گیرنده‌های GPS قرار می‌گیرند بسیار مهم می‌باشد.

بخش کنترل Control Segment

      بخش کنترل شامل پنج ایستگاه مونیتور در اقصا نقاط جهان شامل هاوایی، کواجالین،‌ جزیره اسنشن، دیوگوگارسیا و کلورادو می‌باشد. ایستگاه (MCS) یا مرکز کنترل در کلورادو قرار دارد. ایستگاه‌های مونیتور، ماهوار‌های در معرض دید را ردیابی می‌نماید و اطلاعات فاصله را جمع‌آوری و این اطلاعات را در ایستگاه MCS تجزیه و تحلیل و سپس مدارات ماهواره‌ها را مشخص می‌نماید و پیام‌های هر ماهواره مکان‌یاب را به روز می‌نماید. اطلاعات به روز شده از طریق آنتن‌های زمینی به ماهواره‌ها ارسال می‌گردد. ماهواره‌های GPS   1- پیام‌های اطلاعاتی ماهواره (موقعیت و زمان)  2- تقویم نجومی  3- اصلاح مداری را که از ایستگاه MCS دریافت می‌نمایند، ارسال می‌کنند و گیرنده‌های GPS از تمامی این اطلاعات جهت محاسبه موقعیت استفاده می‌نمایید.

بخش کاربری User Segment

      بخش کاربری شامل گیرنده‌های GPS می‌باشد که موقعیت محل، سرعت و زمان دقیق را در همه جای دنیا مشخص می‌نماید. کاربردهای GPS تقریباً در تمامی زمینه‌ها، از حمل و نقل و کنترل منابع طبیعی و کشاورزی وجود دارد. بعنوان مثال:

- استفاده از GPS برای هدایت هلی‌کوپترها و مشخص نمودن محل‌های مورد نظر، خصوصاً در عملیات نجات آسیب‌دیدگان.

- استفاده از GPS جهت تهیه نقشه‌های کشاورزی.

- استفاده از GPS در مسیریابی هواپیماها و یا علامت گذاری مناطقی که باید سم‌پاشی شود.

- استفاده از GPS برای دریانوردی.

- استفاده از GPS برای مسیریابی در جنگل‌ها.

- ترکیبی از GPS/GIS جهت پیدا نمودن سریع‌ترین مسیر به مقصد استفاده می‌شود. حتی از GPS برای تحویل ساندویچ و پیتزا به منازل استفاده می‌گردد.

طریقه کار GPS چگونه است؟

      از اندازه‌گیری فاصله بین گیرنده و ماهواره استفاده می‌نماییم. ماهواره‌ها در نقاط مشخصی می‌باشند و گیرنده‌های GPS در روی زمین و منطقه ناشناخته‌ای هستند. امواج رادیویی با سرعت نور حرکت می‌کنند. با ضرب زمان حرکت سیگنال از ماهواره تا گیرنده GPS درkm/s 300000 فاصله ی بین ماهواره و گیرنده مشخص می‌شود. اگر ما از محل 4 ماهواره اطلاع داشته باشیم و مقدار فاصله آنها از گیرنده مشخص گردد،‌ در یک فضای 3 بعدی می‌توان محل خود را محاسبه نمود.

12000 مایل شعاع کره‌ای می‌باشد که مرکز آن ماهواره است (پترن ماهواره‌ها کروی و فاصله آنها تا زمین 12000 مایل است) محل یا موقعیت ما می‌تواند هر جای در روی این کره باشد.

      اندازه‌گیری دوم (ماهواره دومی)، سطح تقاطع دو کره یک دایره است بنابراین حالا می‌‌دانیم که محل ما جایی روی دایره است.

اندازه‌گیری سوم، 3 کره یکدیگر را فقط در 2 نقطه قطع می‌کند. یکی از دو نقطه به عنوان غیرقابل قبول حذف می‌شود. کامپیوترها در داخل گیرنده‌های GPS روش‌ها و تکنیک‌های مختلفی برای مشخص نمودن نقطه صحیح از نقطه غیرقابل قبول دارند.

اندازه‌گیری چهارم، Offset زمانی اختلاف بین همزمانی Clock ماهواره و Clock گیرنده می‌باشد. نصب ساعت‌های اتمی در گیرنده‌های GPS باعث گرانی بیش از حد آنها می‌شود، در گیرنده‌ها از ساعت‌های دقیق کوارتز استفاده می‌شود. اندازه‌گیری چهارم مقدار این Offset را جبران می‌نماید و نقطه صحیح را پیدا خواهد نمود. GPS سرعت را نیز اندازه‌گیری می‌کند که برای مسیریابی بسیار مهم است.

خطاهای GPS

      مدت زمان عبور سیگنال‌ها از لایه‌های یونسفروتروپسفر متغیر می‌باشد. وجود نویز باعث خطا یا تداخل در گیرنده می‌شود. خطاهای موقعیت مداری ممکن است در پارامترهای دیتا وجود داشته باشد. پارامترهای ماهواره بطور خلاصه سیستمی از موقعیت‌های ماهواره GPS در حوزه زمان می‌باشد. این اطلاعات مشخص می‌کنند که ماهواره در کجا و در چه موقع در هر نقطه‌ای باید باشد. تغییرات بسیار کمی در ساعت‌های اتمی خطاهای زیادی را باعث می‌شود. خطای یک نانو ثانیه‌ای در گیرنده‌های GPS در روی زمین 3/0 متر در محاسبه مکان خطا ایجاد می‌نماید.

      عبور چند مسیر سیگنال، محل ماهواره‌ها در فضا و SA باعث خط می گردند.

عبور چند مسیر سیگنال یا Multipath پدیده‌ای می‌باشد که آنتن‌های گیرنده سیگنال را از دو مسیر یا بیشتر دریافت می‌کند. اختلاف مسیری که سیگنال‌ها طی می‌نمایند باعث تداخل این سیگنال‌ها در آنتن گیرنده می‌گردد و باعث خطا می‌شود.

  پیکربندی یا محل ماهواره‌ها در فضا می‌تواند بر دقت مکان‌یابی ماهواره تاثیر گذارد.

GDOP یک اندازه‌گیری از کیفیت پیکربندی ماهواره می‌باشد و اشاره به این موضوع دارد که ماهواره‌هادر فضا با یکدیگر  در ارتباط هستند.

   SA یا Selective Avalibi lity خطاهای پارامتری و Clock مصنوعی را نشان می‌دهد و باعث خطای عمومی اندازه‌گیری از 70 الی 100 مترمی‌شود. SA در چهارم جولای 1991 فعال و در یکم می 2000 خاموش گردید.

  خاموش نمودن SA باعث بالارفتن دقت اندازه‌گیری و در نتیجه ایجاد کاربردهای جدید برای GPS و ارتقاء سطح زندگی مردم در اقصاء نقاط جهان می‌شود.

  توسعه تکنولوژی جدید این امکان را می‌دهد در مناطقی دقت GPS را کاهش دهند. ضمن اینکه این کاهش در نقاط دیگر دنیا غیر ضروری می‌باشد.

شبکه‌های نسل آینده (ان‌ جی ان)

شبکه‌های نسل آینده آمیزه‌ای یکپارچه از شبکه تلفن عمومی (پی‌اس‌تی‌ان) و شبکه‌ی عمومی داده‌های (پی اس دی ان) هستند که انعطاف پذیری را به گونه‌ای چشم‌گیر افزایش می‌دهند.

با توجه به آن که روند مقررات‌زدایی و آزاد‌سازی در بازار مخابرات به رقابت دامن‌زده‌ است ،قیمت‌ها کاهش یافته است و نوآوری‌ها اوج گرفته‌اند. شبکه‌ی نسل آینده نیز یکی از این نوآوری‌ها است. با همگرایی خدمات صوتی و داده‌ای، شبکه‌ی "پی اس تی ان" در معرض دگرگونی شگرفی قرار گرفته است. شبکه‌ی جدیدی در حال سر برآوردن است که خاستگاه‌اش فناوری‌‌ها نو،‌ تقاضا‌های نو و شدت‌گیری رقابت است.

این دگرگونی همسانی‌های بسیاری با تحولی داردکه طی دهه‌ی گذشته در قلمرو پردازش اطلاعات رخ داد. شبکه‌های بزرگ متکی به بزرگ رایانه‌های متمرکز و گران قیمت و پایانه‌های دست و پا گیر جای خود را به شبکه‌های گسترده‌ی کنونی  داد که استخوان‌بندی‌شان را رایانه‌های رومیزی ارزان و کوچک و متصل  به هم تشکیل می‌دهند. به لطف این تحول بود که پیوند نزدیک‌تری میان کاربر نهایی و برنامه‌های  کاربری برقرار شد،‌ هزینه‌ی کلی کاهش یافت و انعطاف‌پذیری و قابلیت کاربرد  سامانه‌ها به گونه‌ای چشم‌گیر افزایش یافت.

به بیان دیگر نسل جدید شبکه‌های ارزان قابلیت آن را دارند که همان تحول را در بازار خدمات مخابراتی پدید آورند که رایانه‌ای شخصی  رومیزی در بازار خدمات پردازش رایانه‌ای پدید آوردند.  سوییچ‌های بزرگ و متمرکز همچنان نقش مهمی در شبکه خواهند داشت اما سوییچ‌های برنامه‌پذیر و توزیع شده نیز در تغییر چشم‌انداز شبکه نقش مهمی ایفا خواهند کرد.

حلقه‌ی گمشده

معماری نسل آینده شبکه، نقش بسیار مهمی در شکل‌گیری این تحول دارد و در واقع حلقه‌ی گمشده‌ی بین شبکه‌های "پی اس دی ان" است.

معماری سویچینگ نسل آینده،رهیافتی کاملاً  نو به دست می‌دهد که خدمات زیر را فراهم می آورد:

*ارائه‌ی کارکرد‌های سوییچی با هزینه‌ای بسیار کم‌تر از سوییچ‌های متعارف

* توزیع کارکرد سوییچی در لبه‌های شبکه نه در مرکزیت آن

* حفظ سرمایه گذاری‌های موجود از طریق پشتیبانی از تمام استاندارد‌های موجود شبکه‌های آنالوگ و دیجیتال، واسط‌ها، خطوط انتقال و عناصر خدمات

*کاستن از شمار عناصر شبکه از طریق ترکیب مجموعه‌ای از کار‌کرد‌های تحول خدمات،‌ برنامه‌ها‌ی کاربردی و خدمات تلفن.

* فراهم آوردن امکان ایجاد خدمات جدید از طریق واسط‌های برنامه‌پذیر و انعطاف‌پذیر.

* افزایش چشم‌گیر میزان پذیری برای آن که بهره‌برداران شبکه بتوانند شمار مشترکین خود را به سرعت و به گونه‌ای مقرون به صرفه افزایش دهند.

*افزایش گسترش پذیری شبکه از طریق استفاده از معماری باز و در نتیجه برخورداری از مزایای پیشرفت‌های آینده در قلمرو فناوری‌ها

* بازنگری در طراحی شبکه به گونه‌ای که قابلیت پایداری در برابر ایراد‌های به حداکثر برسد و اوقات از کار افتادگی به صفر برسد.

* کاستن از هزینه‌های بهره‌برداری با استفاده از قابلیت‌های پیشرفته‌ی نگه‌داری و عیب‌یابی از راه دور.

* افزایش در آمد‌ها از طریق ارائه هر چه سریع تر خدمات به بازار، کاستن از هزینه‌های بالاسری و ارائه ی قابلیت‌های مدیریت از راه دور.

سوییچ‌های نسل آینده

سوییچ‌های نسل آینده انعطاف ‌پذیر‌ترین کار پایه‌‌های (پلاتفورم) موجود هستند. سوییچ‌های نسل آینده آمیزه‌ای از میزان‌پذیری قوی، محیط باز برای ایجاد خدمات،‌ عیب‌یابی و مدیریت از راه دور و بالا‌ترین دسترس‌پذیری به دست می‌دهند و گذار از معماری امروزی سوییچ‌ها به سوی معماری مقرون به صرفه‌تر و کارآمد‌تر شبکه‌های نسل آینده را میسر می‌کنند.

میزان پذیری قوی:

سوییچ‌ها نسل آینده به گونه‌ای ساخته شده‌اند که برای برآورده سازی نیاز هر تعداد مشترک میزان پذیرند. این سامانه‌ها را به گونه‌ای طراحی کرده‌اند که هزینه‌ی راه‌اندازی و آغاز به کار با آن‌ها اندک باشد و به مرور و با گسترش کار به تدریج افزایش  یابد به این ترتیب شرکت‌های مخابراتی بهتر می‌توانند از سرمایه‌های خود استفاده کنندو به میزانی که شبکه‌اشان نیاز دارند به خرید ظرفیت اقدام کنند. همین که به ظرفیت بیشتری نیاز افتاد می‌توان کارت‌های بیشتری نصب کرد.

محیط ایجاد خدمات:

برای عقب‌ نماندن و پیروزی در محیطی رقابتی، شرکت‌ها چاره ای ندارند جز ارائه‌ی خدمات پیشرفته و در آمد‌زا. یکی از مزیت‌ها سوییچ‌های نسل آینده همین محیط ایجاد خدمات است. محیط ایجاد خدمات در سوییچ‌های نسل آینده به طور معمول به صورت یک واسط کاربری گرافیکی است و شرکت‌های مخابراتی می‌توانند همان مقدار که مشتریان‌شان نیاز دارند خدمات ایجاد کنند و بابت آن پول خرج کنند. شرکت‌های مخابراتی دیگر لازم نیست که

چشم به راه ارتقاء نرم افزار‌ها توسط فروشندگان سوییچ بمانند. در عوض می‌توانند به سرعت و به گونه‌ای مقرون به صرفه به تولید نرم‌افزار‌های اختصاصی خود بپردازند و در این راه از خدمات شرکت‌های کوچک ثالث استفاده کنند. این کار یک حسن دیگر هم دارد،‌ هر شرکت مخابراتی برنامه‌ی کاربردی خاص خود را دارد بنابر این توانایی رقبا برای ارئه خدمات مشابه‌ محدود می‌شود.

مدیریت و عیب‌یابی از راه دور:

شرکت‌های مخابراتی می‌توانند با استفاده از سوییچ‌های نسل آینده شبکه‌ای گسترده از سوییچ‌های هوش‌مند ایجاد کنند اما در قلمرو مدیریت با یک سوییچ مجازی سرو کار داشته باشند. در کنار این شبکه یک واسط کاربری گرافیکی بسیار کارآمد هم وجود دارد که به شرکت‌های مخابراتی امکان می‌دهد شبکه‌اشان را از راه دور اداره کنند. سوییچ‌های نسل آینده به شرکت‌های‌ مخابراتی امکان می‌دهند از طریق رایانه‌ی میزبان متصل به شبکه‌ی نسل آینده به منابع روی هر کارت دسترسی یابد. این قابلیت به گونه‌ای چشم‌گیر هزینه‌های بهره‌برداری از شبکه را کاهش می‌دهد.

بالا‌ترین دسترس پذیری:

در سوییچ‌های نسل آینده میزان از کار افتادگی به صفر می‌رسد و این به لطف نرم‌افزار‌هایی است که در برابر بروز ایراد بسیار مقاوم‌اند و در حین کار می‌توان آن‌ها را تنظیم کرد. در این کارپایه‌ برای ارتقا نرم افزار‌ نیازی به خواباندن سامانه‌ یا قرار دادن آن در حالت کار کرد ساده نیست. یعنی در حین کار سوییچ می‌توان به بارگذاری و فعال سازی نرم افزار پرداخت. حتی وقتی که مکالمه‌ها در حال انجام هستند نیز می‌توان بدون وقفه‌ای عمل ارتقاء به نرم‌افزار جدید را انجام داد. شرکت‌های مخابراتی با استفاده از سوییچ‌های نسل آینده می‌توانند خدمات و قابلیت‌های جدید را به صورت بی‌درنگ عرضه کنند و نیازی نیست که منتظر بمانند تا ترافیک شبکه به حداقل برسد.

انعطاف پذیری کارکردی

سوییچ‌های نسل آینده را می‌توان در کاربرد‌های شبکه‌ای گوناگون به کار گرفت که برخی از آن‌ها عبارتند از:

* جانشین سوییچ‌های متعارف

* به کار‌گیری در کارپایه‌های خدمات پیشرفته

* استفاده در سوییچ‌های دسترسی محلی بی‌سیم و کنترل کننده‌های ایستگاه پایه

مزیت اقتصادی

آشکارترین مزیت سوییچ‌های نسل آینده پایین‌ بودن هزینه‌ی آن ها است. در سوییچ‌های نسل آینده در مقایسه با سوییچ‌های متعارف میزان سرمایه گذاری اولیه‌ی کم‌تری لازم است و میزان‌پذیری آن ها بسیار کم هزینه‌تر و بسیار خطی‌تر است. پیامد‌های اقتصادی این مزیت‌های هزینه‌‌‌ای آشکار است. حتی شرکت‌های مخابراتی کوچک هم می‌توانند با استفاده سوییچ‌های نسل آینده وارد بازارشوندوبه به سودآوری برسند. همین که این شرکت‌های نوپا سهمی‌ از بازار را به دست آوردند می‌توانند به سرعت و به گونه‌ای مقرون به صرفه خود را با افزایش تقاضا هماهنگ کنند.

مزیت خدماتی

اما کاهش هزینه فقط بخشی از معادله‌ی رقابت است. امروزه مشترکین در پی خدماتی ابتکاری‌اند که به ارزش ارتباطات شخصی آن‌ها بیافزاید. ایجاد و ارائه‌ی خدماتی مشتری‌پسند و پاسخ‌گوی نیاز‌های مشترکین برای دست یافتن به سود و عقب نماندن در گردونه‌ی رقابت ضروری است.

برنامه‌پذیری انعطاف‌پذیر یکی از مزیت‌های سوییچ‌های نسل آینده است و برنامه‌های خدمات پیشرفته نیز درون معماری سوییچ تعبیه شده است. بنابراین در بیشتر موارد نیاز به کارپایه‌ی جداگانه‌ای برای خدمات پیشرفته نیست و این هزینه‌های اولیه را باز هم کاهش می‌دهد. باز بودن معماری نرم‌افزاری امکان می‌دهد که به سرعت بتوان خدمات و امکانات جدید را به اجرا در آورد و از شرکت‌های ثالث برای تولید برنامه‌‌های کاربردی بهره گرفت.

 این انعطاف‌پذیری در کنار پایین بودن  هزینه و ماهیت نامتمرکز و گسترده‌ی سوییچ‌های نسل سوم به بهره برداران شبکه امکان می‌دهد خدماتی مطابق پسند و نیاز گروه‌های مختلف مشترکین ارائه دهند، حتی اگر شمار مشترکین هر گروه بسیار اندک باشد. از آن جا که در سوییچ‌های نسل آینده،‌ یکپارچه‌سازی قابلیت‌های شبکه بی‌نظیر است می‌توان خدمات صوتی،‌ خدمات داده‌ای،‌ خدمات اینترنتی‌، خدمات پیشرفته و غیره را با هم ترکیب کرد و در قالب مجموعه‌هایی منحصر به فرد ارائه کرد. در محیطی رقابتی چنین قابلیتی برای بهره‌برداران شبکه مزیت چشم‌گیری به شمار می‌آید.

دگرگونی‌های بخش چند میلیارد دلاری مخابرات چنان شتابان است که دشوار بتوان رویداد‌ها را پیش بینی کرد. در سده‌ی آینده آن دسته از بهره‌برداران شبکه می‌توانند رقابت کنند و برنده شوند که آینده‌نگرو بسیار انعطاف پذیر باشند. شبکه‌های پیشرفته‌ی نسل آینده، مزیت‌های مهمی به دست می‌دهند:

* کاهش هزینه و پیچیدگی بهره‌برداری شبکه از طریق انتقال کار‌کرد‌های سوییچی به لبه‌ی شبکه‌ها

*همگرا کردن صوت و داده و انعطاف پذیر کردن بهره‌برداران شبکه برای برخورداری از مزیت استاندارد‌ها و فناوری‌های نو

* حفظ سرمایه‌گذاری‌های موجود شبکه و ایجاد قابلیت ارائه‌ی مقرون به صرفه‌ی خدمات جدید در بازار های جدید برای بهره‌برداران شبکه

 سوییچ‌های نسل آینده راهی برای گذار از شبکه‌های امروزی به  شبکه‌های همگرای آینده به دست می‌دهند. این سوییچ‌ها یکپارچه‌سازی شبکه‌های  "پی اس تی ان" و پی بستر‌های داده‌ای "آی پی" و "ای تی ام" را میسر می‌کنند. برنامه‌پذیری باز سوییچ‌های نسل آینده امکان می‌دهد تا بتوان به گروه‌های مختلف مشترکین خدمات پیشرفته و مشتری‌پسند عرضه کرد.

سیستم اطلاعات جغرافیایی وکاربرد آن در صنعت مخابرات

    بخش پایانی

امین حسینی اصل- فریده جاوید -  سید حسین پورعلی

1- مقدمه:

در سیستم های سنتی نقشه کشی و CAD که به منظور مدیریت اطلاعات مکانی در سازمان های مختلف از جمله مخابرات مورد استفاده قرار می گیرد، تولید نقشه نقش محوری داشته و در آن ها کسب داده برای ارایه و نمایش به صورت نقشه با حداقل داده های توصیفی مطرح است. از این رو از شیوه های ساده و ابتدایی ذخیره داده استفاده می شود. هم چنین امکان تجزیه و تحلیل توام  داده های مکانی و اطلاعات توصیفی در این سیستم ها محدود بوده و ایجاد ارتباط پایگاه های داده موجود در بخش های مختلف سازمان نظیر پایگاه داده مشترکین، پایگاه داده انبار، پایگاه داده آبونه، پایگاه داده طراحی، مهندسی و... امکان پذیر نیست. در حالی که در سیستم های جدید مدیریت داده، امکانات بسیار زیادی در رابطه با پردازش هندسی و گرافیکی داده های مرتبط با زمین و هم چنین سازماندهی، مدیریت و به کارگیری اطلاعات موضوعی عوارض و اشیا ذخیره شده در پایگاه داده به صورت مجزا یا مرتبط با هم فراهم شده است.

در بخش اول از این نوشتار، سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) به عنوان یکی از فناوری های نوین در زمینه مدیریت جامع اطلاعات مکانی به اجمال معرفی گردید که به صورت سیستمی سازمان یافته و متشکل از سخت افزار و نرم افزار، اطلاعات جغرافیایی را جمع آوری، ذخیره، بازیابی، پردازش و مدل سازی می نماید. این سیستم ها وظایف خود را در چهار گروه کلی شامل کسب، نگهداری، تجزیه و تحلیل و ارایه، سازماندهی می کنند و هر یک از این وظایف از نظر عملکردی در زیرسیستم های مربوطه شامل: سیستم فرعی ورودی داده ها، سیستم فرعی ذخیره و بازیابی داده ها، سیستم فرعی پردازش و تجزیه و تحلیل داده ها و سیستم فرعی خروجی اطلاعات جلوه گر می گردد.

در این قسمت، برخی از کاربردهای سیستم اطلاعات جغرافیایی در صنعت مخابرات مورد بررسی قرار گرفته است. آن چه که تحت عنوان کلی کاربرد GIS در مخابرات مطرح می شود، در واقع مدیریت اطلاعات مکانی و توصیفی موجود در مخابرات است به طوری که بتوان این اطلاعات را به صورت توام یا جداگانه مورد تحلیل و برنامه ریزی قرارداد و یا بر اساس اطلاعات و امکانات موجود و توانایی های فنی سازمان به شکلی یکپارچه به طراحی آینده مخابرات پرداخت. تجسم عینی این کاربرد در بخش های مختلف از جمله ورود داده، نمایش و ویرایش داده، تجزیه و تحلیل، مدل سازی و خروجی داده و مدیریت آن در شبکه های محلی و جهانی مشاهده می گردد.

2- برخی از کاربردهای سیستم اطلاعات جغرافیایی در مخابرات:

2-1- پذیرش و ورود داده ها:

GIS  امکان ورود داده ها از منابع و با فرمت های مختلف را فراهم می سازد و در آن می توان داده های ورودی مورد نظر را به مدل ها و ساختارهای پایگاه داده خاص خود نرم افزار تبدیل نمود. در مخابرات انواع داده های مکانی (از قبیل پلان مراکز، پلان تجهیزات درون بخش های مختلف هر مرکز، شبکه های کابلی، فیبر نوری، مسی و ... ، بلوک های شهری، محدوده مراکز و کافوها و...) و توصیفی (از قبیل مشخصات تجهیزات مخابراتی، مشخصات آنتن های موبایل و دکل های مایکروویو، مشخصات مشترکین شبکه مخابرات وکلیه اطلاعات توصیفی موجود) به صورت مجزا مورد استفاده قرار می گیرند که مدیریت آن ها در یک سیستم یکپارچه امکان بررسی توام این داده ها را فراهم  می سازد. لذا بکارگیری GIS با امکان اخذ ورودی از منابع مختلف مانند نقشه های رقومی، تصاویر رقومی ماهواره ای و عکس های هوایی، اندازه گیری های زمینی و داده های موجود در پایگاه های اطلاعاتی بسیار مفید واقع می گردد.

2-2- نمایش اطلاعات:

سیستم اطلاعات جغرافیایی، قابلیت نمایش اطلاعات مکانی و توصیفی را دارا می باشد. نمایش اطلاعات برداری و رقومی، نمایش اطلاعات دو بعدی (2D) و سه بعدی (3D) ، نمایش اطلاعات به صورت های مختلف متنی، گرافیکی، جدولی، نموداری، نقشه ها با مقایسه ای مختلف و... نمونه هایی از قابلیت های متنوع این سیستم ها در رابطه با نمایش اطلاعات است که برای بخش های مختلف با وظایف خاص قابل استفاده است.

2-3-بازیابی اطلاعات  توصیفی منتسب به عوارض مکانی:

اطلاعات توصیفی موجود در واحدهای مختلف شرکت مخابرات، به صورت پایگاه های داده متنوع و در فرمت های گوناگون نگهداری می شوند. GIS  اطلاعات توصیفی پراکنده را به اطلاعات مکانی منتسب نموده و اصطلاحاً‌ "مکان مرجع" می نماید و ضمن منسجم نمودن این اطلاعات، استراتژی واحدی را در خصوص نگهداری اطلاعات توصیفی پیاده سازی می نماید. در این سیستم ها اطلاعات توصیفی منتسب به هر مکان، در واقع توصیف کننده خصوصیات و مشخصات آن مکان است.

علاوه بر ذخیره سازی اطلاعات توصیفی، امکان بازیابی اطلاعات تحت یک استراتژی بهینه نیز وجود دارد و در نتیجه کاربر می تواند اطلاعات توصیفی پایه ذخیره شده در سیستم GIS را مطابق با نیاز خود بازخوانی نموده و به انواع مختلف نمایش دهد. این قابلیت، نیازهای متنوعی را در بخش های مختلف شرکت مخابرات مرتفع می سازد. به عنوان نمونه با ذخیره و آماده سازی اقلام توصیفی مرتبط با هر خط انتقال تلفن از هر نوعی و انتساب این اطلاعات به خط مربوطه در محیط GIS ، می توان با انتخاب هر خط، اطلاعات مربوط به شناسنامه آن را به صورت آنی مشاهده نمود و حتی در صورت تغییر هر یک از اقلام اطلاعاتی، برای به هنگام رسانی آن اقدام کرد.

2-4-ویرایش داده ها:

در GIS امکان اعمال ویرایش های مختلف از قبیل: حذف یک عارضه خاص، تصحیح هندسی یک عارضه، تغییر کلاس یا لایه عارضه، ‌Split کردن، Join کردن، کپی کردن، انتقال عارضه، دوران و.... در مورد داده های مکانی وجود دارد.

در این سیستم ها علاوه بر ابزارهای ویرایش داده های مکانی در حد سیستم های نقشه کشی و CAD ابزارهای خاصی نیز وجود دارند. به طوری که امروزه بسیاری از GIS ها اهدافی از جمله ترکیب باندهای تصویر، بارزسازی تصاویر رقومی، ثبت و دوباره سازی Resampling ،       فیلتر کردن، طبقه بندی Classification و ... را مرتفع می سازند و در صورتی که خودشان امکان خاصی را نداشته باشند، با توانایی موجود در زمینه Link آن ها با نرم افزارهای پردازش تصویر امکان برطرف ساختن این نیازها وجود دارد. از سوی دیگر امکان ویرایش اطلاعات توصیفی منتسب به عوارض مکانی نیز وجود دارد که می توان به مواردی از قبیل ترکیب دو یا چند جدول اطلاعات توصیفی با یکدیگر و تولید جدول اطلاعاتی جدید، به هنگام نمودن اطلاعات داخل یک فیلد، تعریف فیلدهای اطلاعاتی مختلف و ... اشاره نمود.

2-5- مدیریت اطلاعات:

برای ذخیره سازی و سازماندهی داده های جغرافیایی از پایگاه داده استفاده می گردد. سیستم مدیریت پایگاه داده امکان ورود، ذخیره سازی و بازیابی داده ها را فراهم می سازد. امروزه امکان مدیریت پایگاه داده در قالب مدل های پیشرفته از قبیل مدل رابطه ای Relational، مدل شیء گرا Object- Oriented و... در GIS وجود دارد. در نتیجه پایگاه های داده بزرگ در شرکت مخابرات و اطلاعات مختلف در قالب ساختارها و مدل های مناسب به شکل لایه ها یا کلاس های اطلاعاتی ذخیره و مدیریت شده و در تجزیه و تحلیل های مورد نیاز استفاده می گردد.

2-6-پرسش و پاسخ:

پس از راه اندازی یک سیستم اطلاعات جغرافیایی بهینه و ذخیره اطلاعات مورد نیاز در آن، کاربران قادر خواهند بود که پاسخ پرسش های متنوع خود را که دارای ماهیت های مختلف به شرح زیر باشد، دریافت کنند:

- پرسشهای مکانی: مانند موقعیت وقوع یک پدیده خاص از قبیل موقعیت ملک های در فاصله ای معین از یک عارضه طبیعی مثل رودخانه، جاده و یا یک مسیر، یافتن بهترین مسیر دسترسی به یک عارضه مخابراتی ذخیره شده در سیستم.

-  پرسش های موضوعی: اطلاعات موضوعی مربوط به اقلام اطلاعاتی از قبیل نام قطعات، مدل قطعه، طول عمر و .... را می توان از سیستم درخواست کرده و گزارش های مدون و متنوع را به سرعت تهیه نمود.

امکان هرگونه دسته بندی و طبقه بندی عوارض بر اساس هر یک از اطلاعات توصیفی مربوطه و ارایه نتایج بر روی نقشه نیز عموما در سیستم قابل انجام است.

- پرسش های تابعی: با نوشتن توابع مختلف و استفاده از عملگرهای منطقی (AND، OR، XOR و ...) و عملگرهای ریاضی (+، -، *، % و ...) می توان انواع پرسش های تابعی را به سیستم معرفی نموده و در تجزیه و تحلیل های مورد نظر از آن ها استفاده نمود. به عنوان مثال با نوشتن یک تابع می توان با استفاده از لایه های اطلاعاتی مربوط به توپوگرافی منطقه، راه های ارتباطی، خطوط مخابراتی، عوارض مصنوعی و .... بهترین مسیر را برای ایجاد یک خط انتقال جدید مانند فیبر نوری طراحی کرد.

- پرسش های زمانی: با استفاده از اطلاعات ذخیره شده در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی، امکان طرح پرسش های زمانی متنوعی میسر می گردد. به عنوان مثال می توان بخش هایی از شبکه را که تا چند ماه آینده نیازمند تعمیر اساسی هستند و یا تعداد پست ها، دکل ها و... که در یک محدوده زمانی معین به بهره برداری رسیده و یا در دست ساخت هستند به همراه نوع آنها مشخص کرد.

- پرسش های شرطی: در آنالیزهای مختلف و به منظور نیل به اهداف خاص می توان از پرسش های شرطی استفاده کرد. به عنوان مثال برای اجرای یک مسیر فیبر نوری یا هر نوع تجهیزات مخابراتی که بایستی در یک ارتفاع و شیب خاص واقع باشند می توان بهترین مکان که دارای آن شرایط بوده و در ضمن سایر شرایط لازم را نیز داشته باشد، مشخص کرد. به عبارت دیگر می توان بهترین مکان را که از لحاظ معیارهای فنی و شرایط جغرافیایی دارای شرایط مناسب باشد، برای طراحی و توسعه مخابرات در نظر گرفت.

- پرسش های روند تغییرات: در بررسی تغییرات یک پدیده در زمان های مختلف مانند میزان افزایش جمعیت و تناسب آن با امکانات مخابراتی دایر شده و در یک محدوده خاص در گذر زمان و طراحی آینده قابل استفاده است.

- پرسش های آماری: نسبت سطح به تجهیزات موجود یا مورد نیاز، نسبت میزان ترافیک مخابراتی در بخشهای مختلف شبکه در گذر زمان، نسبت پراکنش آنتن های راه دور به ترافیک و... نمونه هایی از پرسش های آماری است که نتایج آن ها به منظور            برنامه ریزی های کوتاه مدت، میان مدت و دراز مدت می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

2-7-ابزارهای کارتوگرافیکی قوی:

یکی از نیازهای مطرح در سازمان های مختلف ارایه و نمایش طلاعات به صورت زیبا، کاربرپسند و قابل درک توسط کاربر است. به طوری که کاربر با مشاهده اولیه بر روی نقشه بتواند اطلاعات اساسی موردنیاز را با استفاده از نمایش کارتوگرافیک عوارض کسب کند که همین حساسیت در زمینه استفاده از GIS مطرح بوده و به نحو مناسب پوشش داده شده است. همچنین با استفاده از امکانات برنامه نویسی در GIS می توان یک سری متد نمایشی که با توجه به متغییرها مختلف متد نمایش عوارض را تعریف می کنند به سیستم معرفی نمود.

2-8-تجزیه و تحلیل اطلاعات:

در GIS با توجه به ذخیره لایه ها و کلاس های اطلاعاتی در ارتباط با داده های توصیفی مربوط به آن ها امکان انتخاب هر تعداد از لایه های اطلاعاتی و انجام تجزیه و تحلیل های مختلف بر روی آن ها وجود دارد و در نهایت نتایج تجزیه و تحلیل به شکل گراف، متن، دیاگرام و یا نقشه قابل مشاهده است. برخی از این تجزیه و تحلیل ها عبارتند از:

               - اندازه گیری: شامل فاصله، مساحت، محیط، طول عوارض و ... .

               - ایجاد بافر (حریم): به معنای تعیین نقاط هم فاصله مکانی از یک عارضه خاص

                مانند حریم نسبت به کاربری های حساس.

               - تحلیل همپوشانی و تلفیق لایه ها: با استفاده از اپراتورهای منطقی نظیر AND،                 OR، XOR و ... .

               - تجزیه و تحلیل شبکه: بر روی داده های برداری توپولوژیک مانند شبکه راهها، خطوط انتقال نیرو، شبکه فیبر نوری و ... .

               - تجزیه و تحلیل DTM : تولید نقشه شیب، نقشه جهت شیب، بررسی قابلیت دید و ... نمونه هایی از تحلیل های DTM هستند که در طراحی مسیرهای شبکه مخابراتی، هم چنین در مکان یابی محل نصب آنتن های مخابراتی و ... کاربرد فراوان

دارند.

- شبیه سازی و مدل سازی: به کاربران امکان می دهد که احتمال وقوع یک پدیده  را مشروط بر وقوع پدیده دیگر بررسی کنند. به عنوان مثال تأثیرگذاری ایجاد و یا توسعه بخشی از شبکه را بر روی پایداری و تغییرات حادث شده بر سایر بخش های شبکه.

2-9-اخذ خروجی و گزارشهای مختلف از سیستم:

 نمایش پروژه های در حال اجرا، برنامه ریزی جهت اعمال تغییرات در بخش های مختلف شبکه، تهیه گزارش های کنترل پروژه و انواع مختلف گزارش ها را در قالب های مختلف نظیر نقشه، جدول، گراف، نمودار، ... می توان از سیستم دریافت نمود.

2-10- تبادل اطلاعات بین سایر نرم افزارها:

از آنجایی که بخش های مختلف موجود در هر سازمان با توجه به وظایف خود اطلاعاتی را در فرمت مورد نظر تهیه می کنند، توانایی مورد نیاز در خصوص نقل و انتقال داده و فراخوانی اطلاعات با فرمت های متفاوت در سیستم های اطلاعاتی که کل اطلاعات موجود را به صورت یکپارچه مدنظر قرار می دهند همواره مورد توجه است. در GIS نیز با توجه به پایگاه های داده و اطلاعات موجود در مخابرات امکان مدیریت و فراخوانی اطلاعات با فرمت های متفاوت وجود دارد که در انجام تحلیل های مختلف بر روی داده ها بسیار مهم و مناسب است.

2-11-مستندسازی داده و تولید متادیتا:

تبادل و مدیریت داده های رقومی ایجاب می کند که داده ها همراه با مشخصات و توضیحات مربوطه باشند، تا این اطلاعات برای تشخیص میزان کاربری داده ها مورد استفاده قرار گیرد. به این مشخصات و توضیحات داده ها که شامل عنوان، روش جمع آوری و تولید، منبع، دقت، تاریخ تولید، آخرین تاریخ به هنگام رسانی و ... داده ها است، اصطلاحا متادیتا گفته می شود که در سیستم اطلاعات جغرافیایی وجود داشته و در واقع حفظ کننده اطلاعات در مورد کیفیت داده هاست و زمانی که این کیفیت برای کاربر سئوال باشد با مراجعه به متادیتا می تواند پاسخ های مورد نظر خود را دریافت کند.

2-12-امکان مدیریت نسخه های متفاوت اطلاعات:

 با توجه به این که اطلاعات در زمان های مختلف و توسط افراد یا شرکت های متفاوت تهیه، ویرایش یا می شود، امکان ذخیره سازی نسخه های مختلف اطلاعات مربوط به وضعیت های متفاوت پروژه ها در سیستم اطلاعات جغرافیایی وجود خواهد داشت.

3- نتیجه:

آن چه که تا اینجا بیان شده، برخی از قابلیت های سیستم های اطلاعات جغرافیایی در ارتباط با صنعت مخابرات را شامل شده است. بدیهی است با طراحی و استقرار سیستم این قابلیت ها متناسب با نیاز بخش های مختلف به صورتی کامل و جامع به کارگرفته می شود. در مرحله بعد که شامل راهبری سیستم خواهد بود، نیازمند بروزرسانی مداوم فعالیت ها و اطلاعات موجود است تا بتدریج این سیستم جایگزین سیستم های سنتی موجود شود که به صورت جدا از هم فعایت دارند. در نتیجه گردش اطلاعاتی مجموعه به صورت یکپارچه درخواهد آمد. هم چنین با تعریف سطوح دسترسی مختلف برای مدیران، کارشناسان و ... و نیز قرارگرفتن اطلاعات بر روی Web به منظور اطلاع رسانی به مشترکین و سایر سازمان ها، اطلاع رسانی و نیز مدیریت به نحو مطلوب تر قابل انجام خواهد بود.