Benewens tcp/ip, is daar baie maniere om tyd te sinchroniseer. Sommige van hulle benodig slegs 'n gewone telefoon, terwyl ander duur, skaars en sensitiewe elektroniese toerusting benodig. Die uitgebreide infrastruktuur van tydsinchronisasiestelsels sluit sterrewagte, staatsinstellings, radiostasies, satellietkonstellasies en nog baie meer in.
Vandag sal ek jou vertel hoe tydsinchronisasie sonder die internet werk en hoe om 'n "satelliet" NTP-bediener met jou eie hande te maak.
Kortgolf radio-uitsending
In die Verenigde State stuur NIST presiese tyd en frekwensie op 2.5, 5, 10, 15 en 20 MHz radiogolwe vanaf WWVH in Fort Collins, Colorado, en op 2.5, 5, 10 en 15 MHz vanaf WWVH in Kauai. Staat Hawaii . Die tydkode word met intervalle van 60 sekondes teen 1 bps versend. gebruik van polswydtemodulasie op 'n 100 Hz subdraer.
Die Nasionale Navorsingsraad (NRC) van Kanada versprei tyd- en frekwensie-inligting op 3.33, 7.85 en 14.67 MHz vanaf CHU in Ottawa, Ontario.
Uitsaaiformaat WWVH
Seinvoortplanting vanaf kortgolfstasies vind gewoonlik plaas deur weerkaatsing vanaf die boonste lae van die ionosfeer. Seinuitsendings kan oor lang afstande ontvang word, maar die tydsberekening akkuraatheid is in die orde van een millisekonde.
Die huidige NTPv4-standaard sluit oudio-drywers vir WWV, WWVH en CHU in.
Langgolf radio-uitsending
NIST stuur ook presiese tyd en frekwensie oor langgolfradio by 60 kHz vanaf Boulder, Colorado. Daar is ander stasies wat tydseine op lang golwe uitsaai.
Roepseine en ligging
Frekwensie (kHz)
Krag (kW)
WWVB Fort Collins, Colorado, VSA
60
50
DCF77 Mainflingen, Duitsland
77.5
30
MSF Rugby, Verenigde Koninkryk
60>
50
HBG Prangins, Switserland
75
20
JJY Fukushima, Japan
40
50
JJY Saga, Japan
60
50
Lae Frekwensie Standaard Tydstasies
Die tydkode word in intervalle van 60 sekondes teen 1 bps versend, net soos kortgolfstasies. Data-oordragformate is ook soortgelyk vir beide standaarde. Die sein versprei deur die onderste lae van die ionosfeer, wat relatief stabiel is en voorspelbare daaglikse variasies in hoogte het. Danksy hierdie voorspelbaarheid van die fisiese omgewing, verhoog akkuraatheid tot 50 μs.
WWVB-uitsaaiformaat
Geostasionêre operasionele omgewingsatelliet
In die VSA stuur NIST ook presiese tyd- en frekwensiedata op ongeveer 468 MHz vanaf Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES). Die tydkode wissel af met boodskappe wat gebruik word om afgeleë sensors te poll. Dit bestaan uit 60 BCD-knibbels wat met 30 s-intervalle oorgedra word. Tydkode-inligting is soortgelyk aan terrestriële dienste.
Globale posisioneringstelsels
Die Amerikaanse departement van verdediging gebruik GPS vir presiese navigasie op land, see en in die lug. Die stelsel bied 24-uur dekking van die aardbol deur gebruik te maak van 'n konstellasie van satelliete in 12-uur wentelbane wat teen 55° skuins.
Die oorspronklike konstellasie van 24 satelliete is uitgebrei na 31 satelliete in 'n heterogene konfigurasie sodat ten minste 6 satelliete altyd in sig is, en 8 of meer satelliete oor die grootste deel van die wêreld in sig.
Dienste soortgelyk aan GPS word deur ander lande bedryf of beplan. Russiese GLONASS werk al vir 'n dosyn jaar, as jy tel vanaf 2 September 2010, toe die totale aantal satelliete tot 26 verhoog is - die konstellasie is ten volle ontplooi om die Aarde heeltemal te bedek.
GPS-satelliete regoor die wêreld.
Die Europese Unie se satellietnavigasiestelsel word Galileo genoem. Daar is verwag dat Galileo in 2014-2016 sou begin werk, wanneer al 30 beplande satelliete in 'n wentelbaan gelanseer sou word.Maar vanaf 2018 het die Galileo-satellietkonstellasie nie die vereiste aantal satelliete bereik nie.
Daar is ook die Chinese “Beidou”, wat “walvis” beteken. Die konstellasie van 16 satelliete is op 27 Desember 2012 in kommersiële bedryf gelanseer as 'n streekposisioneringstelsel. Daar word beplan dat die stelsel teen 2020 volle kapasiteit sal bereik. Net vandag het ek op Habré uitgekom , oor die suksesvolle lansering van 'n satelliet van hierdie stelsel.
Wiskunde vir die bepaling van koördinate met behulp van SRNS
Hoe bepaal die GPS/GLONASS-navigator op jou slimfoon die ligging met soveel akkuraatheid deur die radionavigasie-kommunikasiestelsel (SRNS) te gebruik? Om die beginsel van berekeninge te verstaan, moet jy stereometrie en algebra in hoërskool, of fisika en wiskunde skool onthou.
Elke satelliet vertel die ontvanger die presiese tyd. Die satelliet het 'n atoomhorlosie en kan dus vertrou word. Om die spoed van lig te ken, is dit nie moeilik om die radius van die sfeer op die oppervlak waarvan die satelliet geleë is, te bepaal nie. Hierdie selfde sfeer, in kontak met die Aarde, vorm 'n sirkel waarop die GPS / Glonass-ontvanger geleë is.
Wanneer die sein van twee satelliete af aankom, het ons reeds die kruising van die Aarde en twee sfere, wat slegs twee punte op die sirkel gee. Die sfeer van die derde satelliet behoort ideaal in een van hierdie twee punte te val en uiteindelik die koördinate van die ontvanger te bepaal.
In beginsel, selfs vanaf twee satelliete, gebaseer op indirekte bewyse, kan 'n mens verstaan watter van die twee punte nader aan die waarheid is, en moderne navigasiesagteware-algoritmes kan hierdie taak hanteer. Hoekom het ons dan 'n vierde satelliet nodig?
Bepaling van ligging met behulp van satellietkonstellasie.
Dit is maklik om te sien dat daar in hierdie geïdealiseerde prentjie baie nuanses is waarvan die akkuraatheid van die berekeninge afhang. Ontvangertyd is miskien die mees voor die hand liggende bron van foute. Om alles te laat werk soos dit moet, moet die GPS / Glonass ontvanger tyd gesinchroniseer word met die satelliet tyd. Sonder dit sou die fout ∓ 100 duisend km wees.
Uit die formule vir spoed, tyd en afstand S = v*t kry ons die basiese vergelyking vir die oordrag van die SRNS-sein. Die afstand na die satelliet is gelyk aan die produk van die spoed van lig en die tydsverskil op die satelliet en die ontvanger.
Dit is hoofsaaklik te wyte aan die feit dat ons selfs na al die sinchronisasies die tyd tpr by die ontvanger met 'n voldoende mate van akkuraatheid ken. Tussen ware tyd en tpr sal daar altyd Δt wees, waardeur die berekeningsfout onaanvaarbaar word. Dit is hoekom jy nodig het vierde satelliet.
Vir 'n duideliker wiskundige regverdiging vir die behoefte aan vier satelliete, sal ons 'n stelsel van vergelykings konstrueer.
Om die vier onbekendes x, y, z en Δt te bepaal, moet die aantal waarnemings gelyk aan of groter as die aantal onbekendes wees. Dit is 'n noodsaaklike maar nie voldoende voorwaarde nie. As die matriks van normale vergelykings enkelvoud blyk te wees, sal die stelsel vergelykings geen oplossing hê nie.
Ons moet ook nie vergeet van die Spesiale Relatiwiteitsteorie en relativistiese effekte met tydverwydering op satelliet-atoomhorlosies relatief tot grondhorlosies nie.
As ons aanneem dat die satelliet teen 'n spoed van 14 duisend km/h in 'n wentelbaan beweeg, dan kry ons 'n tydsverwyding van ongeveer 7 μs (mikrosekondes). Aan die ander kant werk die relativistiese effekte van die Algemene Relatiwiteitsteorie.
Die punt is dit: satelliete in 'n wentelbaan is op 'n groot afstand van die Aarde, waar die kromming van die ruimte-tyd kontinuum minder is as op die Aarde se oppervlak as gevolg van die Aarde se massa. Volgens algemene relatiwiteit sal horlosies wat nader aan 'n massiewe voorwerp geleë is, stadiger voorkom as dié wat verder weg daarvan is.
- G is die gravitasiekonstante;
- M is die massa van die voorwerp, in hierdie geval die Aarde;
- r is die afstand vanaf die middel van die Aarde na die satelliet;
- c is die spoed van lig.
Berekening met behulp van hierdie formule gee 'n tydsverwyding van 45 μs op die satelliet. Totaal -7μs +45μs = 38μs balans - effekte van STR en GTR.
In SRNS-posisioneringstoepassings moet ionosferiese en troposferiese vertragings ook in ag geneem word. Boonop is die 46 ns-korreksies te wyte aan die 0.02-eksentrisiteit van die GPS-satelliete se wentelbaan.
Die vermoë om seine gelyktydig van meer as vier GPS / GLONASS-satelliete te ontvang, laat jou toe om die akkuraatheid van die bepaling van die ontvanger se koördinate verder te verhoog. Dit word bereik as gevolg van die feit dat die navigator 'n stelsel van vier vergelykings met vier onbekendes oplos aantal kere en neem die gemiddelde waarde, wat die akkuraatheid van die finale skatting verhoog volgens die wette van wiskundige statistiek.
Hoe om NTP-bediener Stratum 1 op te stel via satellietverbinding
Om 'n hoë-gehalte tydbediener op te stel, benodig jy net GPSD, NTP en 'n GPS-ontvanger met 1PPS (een pols per sekonde) uitset.
1. Installeer gpsd en ntpd, of gpsd en chronyd. GPSD-weergawe moet ≥ 3.20 wees
(1:1109)$ sudo emerge -av gpsd chrony
Local copy of remote index is up-to-date and will be used.
Calculating dependencies... done!
[binary N ] net-misc/pps-tools-0.0.20120407::gentoo 31 KiB
[binary N ] net-misc/chrony-3.5-r2::gentoo USE="adns caps cmdmon ipv6 ntp phc readline refclock rtc seccomp (-html) -libedit -pps (-selinux)" 246 KiB
[binary N ] sci-geosciences/gpsd-3.17-r3:0/23::gentoo USE="X bluetooth cxx dbus ipv6 ncurses python shm sockets udev usb -debug -latency-timing -ntp -qt5 -static -test" GPSD_PROTOCOLS="aivdm ashtech earthmate evermore fv18 garmin garmintxt gpsclock isync itrax mtk3301 navcom ntrip oceanserver oncore rtcm104v2 rtcm104v3 sirf skytraq superstar2 tnt tripmate tsip ublox -fury -geostar -nmea0183 -nmea2000 -passthrough" PYTHON_TARGETS="python2_7" 999 KiB
Total: 3 packages (3 new, 3 binaries), Size of downloads: 1275 KiB
Would you like to merge these packages? [Yes/No]2. Koppel 'n GPS-ontvanger met PPS-ondersteuning aan die RS232-reeks- of USB-poort.
’n Gereelde goedkoop GPS-ontvanger sal nie werk nie; Jy sal dalk 'n bietjie moet soek om die regte een te vind.
3. Maak seker dat die toestel werklik PPS uitreik; om dit te doen, gaan die poort na met die gpsmon-hulpprogram.
4. Maak die /etc/conf.d/gpsd-lêer oop en wysig die volgende reël.
vervang die
GPSD_OPTIONS=""sodat dit word
GPSD_OPTIONS="-n"Hierdie verandering is nodig sodat gpsd onmiddellik begin soek na SRNS-bronne by opstart.
5. Begin of herbegin gpsd.
(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart
Vir verspreidings met systemd, gebruik die toepaslike systemctl-opdrag.
6. Gaan die konsole-uitvoer van die cgps-opdrag na.
Jy moet seker maak dat die data korrek van die satelliete ontvang word. Die konsole moet iets soortgelyk aan die illustrasie hê.
Uitvoer van die cgps-konsole-opdrag.
7. Dit is tyd om die /etc/ntp.conf lêer te wysig.
# GPS Serial data reference (NTP0)
server 127.127.28.0
fudge 127.127.28.0 time1 0.9999 refid GPS
# GPS PPS reference (NTP1)
server 127.127.28.1 prefer
fudge 127.127.28.1 refid PPS
Die boonste NTP0-inskrywing dui op 'n universele tydbron wat op byna alle GPS-toestelle beskikbaar is. Die onderste NTP1-inskrywing definieer 'n baie meer akkurate PPS-bron.
8. Herbegin ntpd.
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart
Vir verspreidings met systemd, gebruik die systemctl-opdrag.
$ sudo systemctl herbegin ntp
Gebruikte materiaal
- David L Mills Die netwerktydprotokol op aarde en in die ruimte, Tweede Uitgawe.
Bron: will.com