Global Positioning System over Internet Protocol

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Global Positioning System over Internet Protocol (GPSoverIP) ist ein Internetprotokoll, welches speziell zur Übertragung von Geo-Koordinaten (Positionsdaten) bewegter Objekte in kurzen Intervallen ohne Unterbrechung ins mobile Internet entwickelt wurde. Im Vordergrund steht die Stabilität und Sicherheit der Übertragung. GPSoverIP wurde für den weltweiten Einsatz entworfen und ist daher auch global vollumfänglich nutzbar. Voraussetzung ist lediglich ein funktionierendes GSM-Mobilfunknetz. Es handelt sich um ein sehr schmales Protokoll, welches auch in Gebieten übertragen werden kann, in dem die Bandbreite des GSM-Netzes für andere Übertragungswege nicht mehr ausreichend ist.

Es erfüllt alle wesentlichen Aufgaben moderner, leistungsstarker Protokolle:

  • Das verlässliche Zustellen von Paketen
  • Zustellen der Datenpakete an den/die gewünschten Empfänger
  • Das Sicherstellen einer fehlerfreien Übertragung (Prüfsumme)
  • Das Zusammenfügen ankommender Datenpakete in der richtigen Reihenfolge
  • Das Verhindern der Manipulation durch unbefugte Dritte

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die GPSoverIP-Technologie entstand aus den Entwicklungen der NETZWERK GmbH. Das 1996 gegründete Unternehmen für IT Dienstleistungen beschäftigte sich schon früh mit dem Fachgebiet der Telematik. Die Forderungen der Anwender nach einer Lösung, Geopositionen von Fahrzeugen in kurzen Intervallen ohne Unterbrechung ins Internet zu senden, führte 1998 zu einem verstärkten Engagement in dem damals noch sehr jungen Fachgebiet. Die verantwortlichen Ingenieure erkannten, dass die gestellten Aufgaben nur bedingt mit den angebotenen Systemen und bestehenden Technologien zu realisieren waren.

Zur drahtlosen Übertragung von GPS-Daten bewegter Objekte im Internet werden häufig sogenannte standardisierte Transportprotokolle (Transport Control Protocol TCP) genutzt. Dies sind jedoch universelle und voluminöse Protokolle, welche für das kabelgebundene Internet entworfen wurden. Deren Aufgaben bestehen in der generellen Übermittlung von Daten im kabelgebundenen Internet wie Texte, Sounds, Fotos, Videos, etc. Für die Übertragung von GPS-Daten bewegter Objekte im mobilen Internet sind diese aber nur bedingt geeignet. Dies liegt zum einen an der Größe des Overheads, einem aufwändigen und datenintensiven Bestätigungsverfahren, dem Versand ungenutzter Ebenen (Identifikation, Flags, Type of Services, Version, variierende Gesamtlänge, Header, Prüfsumme, Padding etc.), zum anderen stellt aber auch die schwankende Bandbreitenqualität in den Netzen der Mobilfunkbetreiber eine große Hürde für das Transportprotokoll TCP/IP dar, kann es doch bei zu geringer Bandbreite nicht mehr genutzt werden. Die Folge sind Abbrüche bei der Übertragung.

Die Entscheidungsträger der NETZWERK GmbH beschlossen aufgrund dieses Sachverhaltes eine neuartige Kommunikationsform zu entwickeln, welche die Performance der Systeme steigern sollte und speziell auf die entsprechenden Bedürfnisse im mobilen Internet zugeschnitten ist. Nach mehrjähriger Entwicklungsarbeit wurde 2004 die Technologie fertiggestellt, erfolgreich getestet und auf den Namen GPSoverIP getauft. Das im selben Jahr eingereichte Patent (Pat.Nr: DE 10 2004 035 330 A1) wurde im Jahr 2011 zurückgenommen. Im Jahre 2005 wurde die Firma GPSoverIP GmbH als eigenständige Tochter gegründet und das erste mit GPSoverIP funktionierende Produkt auf den Markt gebracht - das GPSauge.

Die Übertragungstechnologie GPSoverIP wird seit 2006 von einem weiteren Protokoll begleitet - DATAoverIP. Dieses basiert auf dem gleichen Grundgedanken, den speziellen Anforderungen des mobilen Internets Rechnung zu tragen. Die Aufgabe von DATAoverIP ist es, Daten unterschiedlichster Formate ins mobile Internet zu übertragen. Hintergrund dieser Entwicklung war die Anforderung, zusätzlich zur GPS-Position weitere Daten zur allgemeinen Kommunikation (Texte, Bilder, etc.) sowie fahrzeugspezifische Daten (wie beispielsweise FMS/CAN-Bus, RFID, Digitaler Tacho etc.) zu übermitteln.

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die GPSoverIP Technologie wurde gezielt zur Übertragung von GPS-Koordinaten und Userdaten im mobilen Internet entwickelt. Die zu übertragenden Paketgrößen betragen nur ca. ein Zehntel gegenüber herkömmlichen Methoden - bei gleichzeitig höherer Stabilität und Sicherheit. In der Praxis profitiert der Anwender von einer sehr schnellen und präzisen GPS-Ortung. Man spricht bei der Ortung mit GPSoverIP deshalb auch von Live-Ortung oder auch Live-Tracking. GPSoverIP wird für Systeme zur Flottensteuerung, der Verkehrstelematik als auch im Sport wie Regatta oder Motorsport eingesetzt. Denn gerade dort ist man auf eine schnelle Positionsübermittlung ohne Datenabriss angewiesen. Das GPSoverIP-Protokoll zeigt gerade bei schlecht ausgebauten Funknetzen seine Vorteile. Die GPRS-Anforderungen wurden so modifiziert, dass die geringsten Anforderungen an die GPRS-Protokolle der unterschiedlichen Provider völlig ausreichend sind, d. h. dass – z. B. im Gegensatz zum üblichen Mobiltelefon - auf minimalem Niveau der GPRS-Anforderungen hervorragend gesendet werden kann.

Bei GPSoverIP wird der NMEA-Datensatz RMC übertragen, die Qualität des Ortungssignals, die Höhe über N. N., die Anzahl der aktuellen Satelliten, die Zeitmarke der Objektposition, Geschwindigkeit sowie die Fahrtrichtung.

Neben den Positionsdaten lassen sich auch digitale und analoge Signale über das Protokoll senden. Die Live-Darstellung und der Zugriff auf historische Daten kann in jeder Software erfolgen, welche auf die offene Schnittstelle (API) von GPSoverIP aufsetzt. Die Beschreibung der API mit validierten Schnittstellen steht jedem Entwickler kostenfrei zur Verfügung. So lassen sich die durch GPSoverIP generierten Daten in bereits bestehende Softwarelösungen, wie z. B. Warenwirtschaftsprogramme integrieren.

Unternehmen wie Porsche, Toyota, BMW, Mercedes, Deutsche Bahn, NAVIGON, Deutsche Messe AG als auch Verbände wie der ADAC nutzen heute GPSoverIP-Technologie.

Funktionsprinzip[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei dem GPSoverIP-Protokoll handelt es sich um vereinheitlichte Verfahren und Regeln für den Austausch von Daten zwischen einer beliebigen Ortungshardware und einem beliebigen GPS-Daten verarbeitenden Client.

Endgerät[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein GPSoverIP-System besteht immer aus einem Endgerät mit integriertem Receiver und Transmitter für Geokoordinaten und User-Daten. Es sendet seine Daten über das GPSoverIP-Protokoll an ein nach dem FIFO-Prinzip arbeitendes Gateway. Das GPSoverIP-Protokoll bewegt sich hierbei auf den OSI-Schichten 3 und 4. Die OSI-Schichten 6 und 7 stehen auf GPSoverIP fähigen Endgeräten jedem Anwendungsentwickler zur Verfügung. Beim Protokoll GPSoverIP, welches gezielt zur Datenübertragung im mobilen Internet entwickelt wurde, konnte den durch das üblicherweise verwendete Protokoll TCP/IP verursachten Problemen erfolgreich entgegengewirkt werden. GPSoverIP enthält keine ungenutzten Daten und ist inklusive GPS- und Userdaten (Längengrad, Breitengrad, Richtung, Höhe, Abgabezeit, Geschwindigkeit, Anzahl der Satelliten, Prüfsumme sowie Backup- und Userdaten) um ein Vielfaches kleiner als ein TCP/IP-Paket ohne jegliche Daten. Dadurch arbeitet GPSoverIP selbst bei schwankender Bandbreitenqualität (=Feldstärke) im Gegensatz zu TCP/IP stabil. Zudem verzichtet GPSoverIP auf überladene Header und arbeitet mit einem eigenen Bestätigungsverfahren.

Vergleich zwischen den Standard TCP Protokollen und GPSoverIP[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]



Protokoll-gpsoverip-tcpip-illustration-01.png

Protokoll-gpsover-tcp-illustration-02.png

GPSoverIP überträgt die zu verarbeitenden Daten in komprimierter Form und verzichtet auf den Versand überflüssiger Informationen oder Ebenen. Für die Wiederaufbereitung der GPS- und Userdaten sorgt das GPSoverIP/DATAoverIP Gateway.

Mobile Dienste[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

GPSoverIP/DATAoverIP-Dienste auf mobilem Endgerät und am Gateway regeln den Transport zwischen den unterschiedlichen Systemen. Um Datenverluste in schwach ausgebauten Mobilfunknetzen oder bei Abriss der GSM-Verbindung zu vermeiden, wurden die Abläufe des mobilen Dienstes GPSoverIP so entworfen, dass Daten nicht verloren gehen können. Bei fehlender GSM-Verbindung oder bei einem Abriss der Verbindung werden Daten zusätzlich gepuffert und bei nächster Verbindung unverzüglich nachgeliefert und stehen dem Anwender somit zur Verfügung. Jedes GPSoverIP kompatible Endgeräte muss diese Pufferspeicher zur Verfügung stellen.

Gateway[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für die Richtigkeit der Daten sorgt das GPSoverIP/DATAoverIP-Gateway. Es entspricht der OSI Schicht 6 und 7 und übernimmt die auf Ortung optimierte End-zu-End-Kontrolle. So kann es beispielsweise erkennen, ob GPS-Daten tatsächlich korrekt übermittelt wurden. Fehlerhafte Koordinaten (beispielsweise aufgrund von Objektschatten o. ä.) werden erkannt und aussortiert. Dadurch erreicht die Technologie GPSoverIP neben der Schnelligkeit der Datentransmission auch eine hohe Präzision. Auf der Backend-Seite werden die Aufgaben von Ebene 6 und 7 übernommen. Das GPSoverIP/DATAoverIP-Gateway bildet hierbei die Anlaufstelle für alle nachgelagerten Anwendungen. Die Daten werden unmittelbar für jedwede Softwareanwendung zur Verfügung gestellt und können so in Echtzeit über die API-Schnittstelle von diesen abgerufen werden.

Kurzübersicht der OSI-Schichten (open system interconnection reference model)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schicht GPSoverIP Verteilung/Einordnung
7 Anwendungsschicht GPSoverIP/DATAoverIP Gateway
6 Darstellungsschicht
5 Kommunikationssteuerungsschicht GPSoverIP/DATAoverIP Dienst
4 Transportschicht GPSoverIP
3 Vermittlungsschicht
2 Sicherungsschicht GPRS
1 Bitübertragungsschicht GSM-Verbindungen

Bereitstellung der Positionsdaten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die von GPSoverIP-fähigen Endgeräten übermittelten Positionsdaten werden vom GPSoverIP/DATAoverIP-Gateway ständig bereitgestellt. So kann stets die aktuelle Position des mobilen Endgeräts über eine internetbasierte Programmierschnittstelle abgerufen werden. Über einfache HTTP-Anfragen an das Gateway können so Anwendungen die Positionsdaten von Endgeräten integrieren. Die zur Visualisierung von GPSoverIP nutzbare Antwort (HTTP-Response) orientiert sich am standardisierten RMC NMEA-String. Als Antwort erhält man folgendes Datenpaket:

position:= ?200014 ?2005-01-14 15:49:45 ?154945.00, A,5003.4045,N,01011.7414,E,000.0,000.0,140105,01.0,W,A*1B ?06 ?00243;

Die Antwort enthält neben der Kennung des Endgeräts und dessen Position inklusive Höhe außerdem einen Zeitstempel und die Anzahl der zur Verfügung stehenden Satelliten. Die eigentliche Position wird als standardisierter NMEA-String bereitgestellt. Des Weiteren erhält man zusätzlich benutzerdefinierte Informationen, die zum Beispiel Temperatur, Fahrerinformationen, Lieferstatus usw. beinhalten können. Die Schnittstelle des Gateway stellt nicht nur die aktuelle Position zur Verfügung, sondern bietet weitere Services wie die Übertragung von FMS-Fahrzeugdaten oder eine Historie aller übermittelten Daten.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]