Pored tcp/ip, postoji mnogo načina za sinhronizaciju vremena. Neki od njih zahtijevaju samo običan telefon, dok drugi zahtijevaju skupu, rijetku i osjetljivu elektronsku opremu. Opsežna infrastruktura sistema za sinhronizaciju vremena uključuje opservatorije, vladine institucije, radio stanice, satelitske konstelacije i još mnogo toga.
Danas ću vam reći kako sinkronizacija vremena funkcionira bez interneta i kako vlastitim rukama napraviti "satelitski" NTP server.
Kratkotalasno radio emitovanje
U Sjedinjenim Državama, NIST prenosi precizno vrijeme i frekvenciju na 2.5, 5, 10, 15 i 20 MHz radio valovima iz WWVH u Fort Collinsu, Colorado, i na 2.5, 5, 10 i 15 MHz od WWVH u Kauaiju. Država Hawaii . Vremenski kod se prenosi u intervalima od 60 sekundi brzinom od 1 bps. koristeći modulaciju širine impulsa na 100 Hz podnosaču.
Nacionalni istraživački savjet (NRC) Kanade distribuira informacije o vremenu i frekvenciji na 3.33, 7.85 i 14.67 MHz od CHU u Ottawi, Ontario.
Format emitovanja WWVH
Širenje signala sa kratkotalasnih stanica obično se dešava refleksijom od gornjih slojeva jonosfere. Prijenos signala se može primati na velike udaljenosti, ali je tačnost vremena reda veličine jedne milisekundi.
Trenutni NTPv4 standard uključuje audio drajvere za WWV, WWVH i CHU.
Dugotalasno radio emitovanje
NIST takođe prenosi precizno vreme i frekvenciju preko dugotalasnog radija na 60 kHz iz Bouldera u Koloradu. Postoje i druge stanice koje emituju vremenske signale na dugim talasima.
Pozivni znakovi i lokacija
frekvencija (kHz)
Snaga (kW)
WWVB Fort Collins, Kolorado, SAD
60
50
DCF77 Mainflingen, Njemačka
77.5
30
MSF Ragby, Ujedinjeno Kraljevstvo
60>
50
HBG Prangins, Švajcarska
75
20
JJY Fukushima, Japan
40
50
JJY Saga, Japan
60
50
Standardne vremenske stanice niske frekvencije
Vremenski kod se prenosi u intervalima od 60 sekundi brzinom od 1 bps, baš kao i kratkotalasne stanice. Formati prijenosa podataka su također slični za oba standarda. Signal se širi kroz niže slojeve jonosfere, koji su relativno stabilni i imaju predvidljive dnevne varijacije u visini. Zahvaljujući ovoj predvidljivosti fizičkog okruženja, preciznost se povećava na 50 μs.
WWVB format emitovanja
Geostacionarni operativni ekološki satelit
U SAD, NIST takođe prenosi precizne podatke o vremenu i frekvenciji na približno 468 MHz sa geostacionarnih operativnih ekoloških satelita (GOES). Vremenski kod se izmjenjuje s porukama koje se koriste za ispitivanje udaljenih senzora. Sastoji se od 60 BCD grickalica koje se prenose u intervalima od 30 s. Informacije o vremenskom kodu slične su zemaljskim uslugama.
Globalni sistemi pozicioniranja
Ministarstvo odbrane SAD-a koristi GPS za preciznu navigaciju na kopnu, moru i u zraku. Sistem pruža 24-časovnu pokrivenost globusa koristeći konstelaciju satelita u 12-satnim orbitama nagnutim pod uglom od 55°.
Prvobitna konstelacija od 24 satelita proširena je na 31 satelit u heterogenoj konfiguraciji tako da je najmanje 6 satelita uvijek vidljivo, a 8 ili više satelita vidljivo je u većem dijelu svijeta.
Usluge slične GPS-u upravljaju ili planiraju druge zemlje. Ruski GLONASS radi već desetak godina, računajući od 2. septembra 2010. godine, kada je ukupan broj satelita povećan na 26 - sazvežđe je u potpunosti raspoređeno da potpuno pokrije Zemlju.
GPS sateliti širom svijeta.
Sistem satelitske navigacije Evropske unije zove se Galileo. Očekivalo se da će Galileo početi s radom 2014-2016, kada će svih 30 planiranih satelita biti lansirano u orbitu, ali od 2018. satelitska konstelacija Galileo nije dostigla potreban broj satelita.
Postoji i kineski "Beidou", što znači "kit". Konstelacija od 16 satelita puštena je u komercijalnu upotrebu 27. decembra 2012. godine kao regionalni sistem pozicioniranja. Planirano je da sistem dostiže puni kapacitet do 2020. godine. Baš danas sam izašao na Habréu , o uspješnom lansiranju satelita ovog sistema.
Matematika određivanja koordinata pomoću SRNS-a
Kako GPS/GLONASS navigator na vašem pametnom telefonu određuje lokaciju sa takvom preciznošću pomoću radio navigacionog komunikacionog sistema (SRNS)? Da biste razumjeli princip izračunavanja, morate zapamtiti stereometriju i algebru u srednjoj školi, odnosno školi fizike i matematike.
Svaki satelit govori prijemniku tačno vrijeme. Satelit ima atomski sat i stoga mu se može vjerovati. Poznavajući brzinu svjetlosti, nije teško odrediti polumjer sfere na čijoj se površini nalazi satelit. Ova ista sfera, u kontaktu sa Zemljom, formira krug na kojem se nalazi GPS/Glonass prijemnik.
Kada signal stigne sa dva satelita, već imamo presek Zemlje i dve sfere, što daje samo dve tačke na krugu. Sfera trećeg satelita bi idealno trebala pasti u jednu od ove dvije točke, konačno određujući koordinate prijemnika.
U principu, čak i sa dva satelita, na osnovu indirektnih dokaza, može se razumjeti koja je od dvije točke bliža istini, a moderni softverski algoritmi za navigaciju mogu se nositi s tim zadatkom. Zašto nam onda treba četvrti satelit?
Određivanje lokacije pomoću satelitske konstelacije.
Lako je vidjeti da u ovoj idealiziranoj slici postoji mnogo nijansi o kojima ovisi točnost proračuna. Vrijeme prijemnika je možda najočitiji izvor greške. Da bi sve funkcionisalo kako treba, vreme GPS/Glonass prijemnika mora biti sinhronizovano sa vremenom satelita. Bez toga, greška bi bila ∓ 100 hiljada km.
Iz formule za brzinu, vrijeme i udaljenost S = v*t dobijamo osnovnu jednačinu za prijenos SRNS signala. Udaljenost do satelita jednaka je proizvodu brzine svjetlosti i vremenske razlike na satelitu i prijemniku.
Ovo je uglavnom zbog činjenice da čak i nakon svih sinhronizacija znamo vrijeme tpr na prijemniku sa dovoljnim stepenom tačnosti. Između pravog vremena i tpr uvijek će postojati Δt, zbog čega greška u proračunu postaje neprihvatljiva. Zato ti treba četvrti satelit.
Radi jasnijeg matematičkog opravdanja potrebe za četiri satelita, konstruisaćemo sistem jednačina.
Za određivanje četiri nepoznate x, y, z i Δt, broj opservacija mora biti jednak ili veći od broja nepoznatih. Ovo je neophodan ali ne i dovoljan uslov. Ako se pokaže da je matrica normalnih jednačina singularna, sistem jednačina neće imati rješenja.
Ne treba zaboraviti ni Specijalnu teoriju relativnosti i relativističke efekte sa dilatacijom vremena na satelitskim atomskim satovima u odnosu na zemaljske.
Ako pretpostavimo da se satelit kreće u orbiti brzinom od 14 hiljada km/h, onda dobijamo vremensku dilataciju od oko 7 μs (mikrosekundi). S druge strane, djeluju relativistički efekti Opšte teorije relativnosti.
Stvar je u sljedećem: sateliti u orbiti su na velikoj udaljenosti od Zemlje, gdje je zakrivljenost prostorno-vremenskog kontinuuma manja nego na površini Zemlje zbog Zemljine mase. Prema opštoj relativnosti, satovi koji se nalaze bliže masivnom objektu će izgledati sporije od onih koji su dalje od njega.
- G je gravitaciona konstanta;
- M je masa objekta, u ovom slučaju Zemlje;
- r je udaljenost od centra Zemlje do satelita;
- c je brzina svjetlosti.
Proračun korištenjem ove formule daje vremensku dilataciju od 45 μs na satelitu. Ukupno -7μs +45μs = 38μs balans - efekti STR i GTR.
U aplikacijama za pozicioniranje SRNS-a, jonosferska i troposferska kašnjenja također treba uzeti u obzir. Osim toga, korekcije od 46 ns su posljedica ekscentriciteta od 0.02 orbite GPS satelita.
Mogućnost istovremenog primanja signala sa više od četiri GPS / GLONASS satelita omogućava vam da dodatno povećate točnost određivanja koordinata prijemnika. To se postiže činjenicom da navigator rješava sistem od četiri jednačine sa četiri nepoznate broj puta i uzima prosječnu vrijednost, povećavajući tačnost konačne procjene prema zakonima matematičke statistike.
Kako konfigurirati NTP server Stratum 1 putem satelitske veze
Za postavljanje visokokvalitetnog poslužitelja vremena potrebni su vam samo GPSD, NTP i GPS prijemnik sa izlazom od 1PPS (jedan impuls u sekundi).
1. Instalirajte gpsd i ntpd, ili gpsd i chronyd. Verzija GPSD mora biti ≥ 3.20
(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. Povežite GPS prijemnik sa PPS podrškom na RS232 serijski ili USB port.
Običan jeftin GPS prijemnik neće raditi; Možda ćete morati malo potražiti da pronađete pravi.
3. Uvjerite se da uređaj zaista izdaje PPS; da biste to učinili, provjerite port pomoću gpsmon uslužnog programa.
4. Otvorite datoteku /etc/conf.d/gpsd i uredite sljedeći red.
Zamijenite
GPSD_OPTIONS=""tako da postaje
GPSD_OPTIONS="-n"Ova promjena je potrebna tako da gpsd odmah počne tražiti SRNS izvore nakon pokretanja.
5. Pokrenite ili ponovo pokrenite gpsd.
(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart
Za distribucije sa systemd, koristite odgovarajuću naredbu systemctl.
6. Provjerite izlaz na konzoli cgps naredbe.
Morate biti sigurni da su podaci ispravno primljeni sa satelita. Konzola bi trebala imati nešto slično kao na ilustraciji.
Izlaz naredbe cgps konzole.
7. Vrijeme je da uredite datoteku /etc/ntp.conf.
# 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
Gornji NTP0 unos označava univerzalni izvor vremena dostupan na gotovo svim GPS uređajima. Donji NTP1 unos definira mnogo precizniji PPS izvor.
8. Ponovo pokrenite ntpd.
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart
Za distribucije sa systemd, koristite naredbu systemctl.
$ sudo systemctl restart ntp
Korišteni materijali
- David L Mills Protokol mrežnog vremena na Zemlji i u svemiru,Drugo izdanje.
izvor: www.habr.com