In più di tcp/ip, ci sò parechje manere di sincronizà u tempu. Certi di elli necessitanu solu un telefuninu regulare, mentri àutri necessitanu un equipamentu elettronicu caru, raru è sensitivu. A vasta infrastruttura di sistemi di sincronizazione di u tempu include osservatori, istituzioni di u guvernu, stazioni radio, custellazioni satellitari è assai di più.
Oghje vi dicu cumu a sincronizazione di u tempu funziona senza Internet è cumu fà un servitore NTP "satellite" cù e vostre mani.
Trasmissione di radio à onde corte
In i Stati Uniti, NIST trasmette u tempu è a freccia precisa nantu à l'onda radio 2.5, 5, 10, 15 è 20 MHz da WWVH in Fort Collins, Colorado, è in 2.5, 5, 10 è 15 MHz da WWVH in Kauai. . U codice di u tempu hè trasmessu à intervalli di 60 seconde à 1 bps. aduprendu a modulazione di larghezza di l'impulsu nantu à un subporter 100 Hz.
U Cunsigliu Naziunale di Ricerca (NRC) di u Canada distribuisce l'infurmazioni di u tempu è di freccia nantu à 3.33, 7.85 è 14.67 MHz da CHU in Ottawa, Ontario.
Format di trasmissione WWVH
A propagazione di u signale da e stazioni d'onda corta hè generalmente per riflessione da i strati superiori di l'ionosfera. Trasmissioni di signali ponu esse ricivuti à longu distanzi, ma a precisione di u timing hè di l'ordine di un millisecondu.
L'attuale standard NTPv4 include i driver audio per WWV, WWVH è CHU.
Trasmissione radio à onda lunga
NIST trasmette ancu u tempu è a frequenza precisa nantu à a radiu d'onda longa à 60 kHz da Boulder, Colorado. Ci sò altre stazioni chì trasmettenu segnali di tempu nantu à onde lunghe.
Call signs è locu
Frequenza (kHz)
putenza (kW)
WWVB Fort Collins, Colorado, U.S.A
60
50
DCF77 Mainflingen, Germania
77.5
30
MSF Rugby, Regnu Unitu
60>
50
HBG Prangins, Svizzera
75
20
JJY Fukushima, Giappone
40
50
JJY Saga, Giappone
60
50
Stazioni di tempu standard di bassa frequenza
U codice di u tempu hè trasmessu in intervalli di 60 seconde à 1 bps, cum'è stazioni d'onda corta. I formati di trasmissione di dati sò ancu simili per i dui standard. U signale si propaga à traversu i strati più bassi di l'ionosfera, chì sò relativamente stabile è anu variazioni di ogni ghjornu prevedibili in altitudine. Grazie à questa prevedibilità di l'ambiente fisicu, a precisione aumenta à 50 μs.
Format di trasmissione WWVB
Satellitu ambientale operativu geostazionariu
In i Stati Uniti, NIST trasmette ancu dati precisi di tempu è frequenza nantu à circa 468 MHz da i Satelliti Ambientali Operativi Geostationary (GOES). U codice di u tempu alterna cù i missaghji utilizati per polling sensors remote. Hè custituitu da 60 nibbles BCD trasmessi à intervalli di 30 s. L'infurmazione di u codice di u tempu hè simile à i servizii terrestri.
Sistemi di posizionamentu globale
U Dipartimentu di a Difesa di i Stati Uniti usa GPS per una navigazione precisa in terra, mare è in aria. U sistema furnisce una copertura di u globu 24 ore cù una custellazione di satelliti in orbite di 12 ore inclinate à 55 °.
A custellazione originale di 24 satelliti hè stata allargata à 31 satelliti in una cunfigurazione eterogenea per chì almenu 6 satelliti sò sempre in vista, è 8 o più satelliti sò in vista nantu à a maiò parte di u mondu.
I servizii simili à u GPS sò operati o pianificati da altri paesi. Russian GLONASS hà operatu per una decina d'anni, cuntendu da u 2 di settembre di u 2010, quandu u numeru tutale di satelliti hè statu aumentatu à 26 - a custellazione hè stata cumpletamente implementata per copre a Terra.
Satelliti GPS in u globu.
U sistema di navigazione satellitari di l'Unione Europea hè chjamatu Galileu. Era previstu chì Galileo principia à opera in 2014-2016, quandu tutti i satelliti previsti 30 seranu lanciati in orbita, ma da u 2018, a custellazione di u satellitu Galileo ùn avia micca righjuntu u numeru necessariu di satelliti.
Ci hè ancu u cinese "Beidou", chì significa "balena". A custellazione di 16 satelliti hè stata lanciata in operazione cummerciale u 27 di dicembre di u 2012, cum'è un sistema di pusizzioni regiunale. Hè previstu chì u sistema ghjunghje à a piena capacità da 2020. Propiu oghje, sò surtitu nantu à Habré , circa u lanciamentu successu di un satellitu di stu sistema.
Matematica di a determinazione di coordenate cù SRNS
Cumu u navigatore GPS / GLONASS nantu à u vostru smartphone determina u locu cun tale precisione utilizendu u sistema di cumunicazione di navigazione radio (SRNS)? Per capisce u principiu di i calculi, avete bisognu di ricurdà a stereometria è l'algebra in u liceu, o a scola di fisica è matematica.
Ogni satellitu dice à u ricevitore l'ora esatta. U satellitu hà un clock atomicu è dunque pò esse fiduciale. Sapendu a vitezza di a lumera, ùn hè micca difficiule di determinà u raghju di a sfera nantu à a superficia di quale si trova u satellitu. Questa stessa sfera, in cuntattu cù a Terra, forma un cercolu nantu à quale si trova u ricevitore GPS / Glonass.
Quandu u signale vene da dui satelliti, avemu digià l'intersezzione di a Terra è duie sfere, chì dà solu dui punti nantu à u circhiu. A sfera di u terzu satellitu deve idealmente cascà in unu di sti dui punti, infine determinendu e coordenate di u receptore.
In principiu, ancu da dui satelliti, basatu annantu à l'evidenza indiretta, si pò capisce quale di i dui punti hè più vicinu à a verità, è l'algoritmi di software di navigazione muderni ponu affruntà stu compitu. Perchè allora avemu bisognu di un quartu satellitu ?
Determinazione di u locu utilizendu a custellazione satellitare.
Hè faciule per vede chì in questa stampa idealizata ci sò parechje sfumature da quale dipende l'accuratezza di i calculi. U tempu di u ricevitore hè forse a fonte più ovvia di errore. Per chì tuttu funziona cum'è duverebbe, u tempu di u ricevitore GPS / Glonass deve esse sincronizatu cù l'ora satellitare. Senza questu, l'errore seria ∓ 100 mila km.
Da a formula per a velocità, u tempu è a distanza S = v * t ottenemu l'equazioni basi per trasmette u signale SRNS. A distanza à u satellitu hè uguali à u pruduttu di a velocità di a luce è a diffarenza di u tempu nantu à u satellitu è u receptore.
Questu hè principarmenti duvuta à u fattu chì ancu dopu à tutte e sincronizazioni, sapemu u tempu tpr à u receptore cù un gradu di precisione abbastanza. Trà u tempu veru è tpr ci sarà sempre Δt, per via di quale l'errore di calculu diventa inacceptable. Hè per quessa chì avete bisognu Quartu satellitu.
Per una ghjustificazione matematica più chjara per a necessità di quattru satelliti, custruiremu un sistema di equazioni.
Per determinà e quattru incognite x, y, z è Δt, u nùmeru d'osservazioni deve esse uguali o più grande di u nùmeru d'incognite. Questa hè una cundizione necessaria, ma micca abbastanza. Se a matrice di l'equazioni nurmali diventa singulari, u sistema di equazioni ùn hà micca suluzione.
Ùn ci vole micca scurdà ancu di a Teoria Speciale di a Relatività è di l'effetti relativisti cù a dilatazione di u tempu nantu à l'orologi atomichi satellitari relative à quelli di terra.
Se assumemu chì u satellitu si move in orbita à una vitezza di 14 mila km / h, allora avemu una dilatazione di u tempu di circa 7 μs (microsecondi). Per d 'altra banda, l'effetti relativistichi di a Teoria Generale di Relatività operanu.
U puntu hè questu: i satelliti in orbita sò à una grande distanza da a Terra, induve a curvatura di u cuntinuu spaziu-tempu hè menu di a superficia di a Terra per via di a massa di a Terra. Sicondu a relatività generale, l'orologi situati più vicinu à un ughjettu massivu pareranu più lenti cà quelli più luntanu da ellu.
- G hè a custante gravitazionale;
- M hè a massa di l'ughjettu, in questu casu a Terra;
- r hè a distanza da u centru di a Terra à u satellitu;
- c hè a vitezza di a luce.
U calculu cù sta formula dà una dilatazione di u tempu di 45 μs nantu à u satellitu. Total -7μs +45μs = 38μs bilan - effetti di STR è GTR.
In l'applicazioni di posizionamentu SRNS, i ritardi ionosferichi è troposferichi anu ancu esse cunsideratu. Inoltre, e correzioni di 46 ns sò dovute à l'eccentricità 0.02 di l'orbita di i satelliti GPS.
A capacità di riceve segnali simultaneamente da più di quattru satelliti GPS / GLONASS permette di aumentà ancu a precisione di determinà e coordenate di u receptore. Questu hè ottenutu per u fattu chì u navigatore risolve un sistema di quattru equazioni cù quattru scunnisciuti numeru di volte è piglia u valore mediu, aumentendu a precisione di l'estimazione finale secondu e lege di statistiche matematiche.
Cumu cunfigurà u servitore NTP Stratum 1 via a cunnessione satellitare
Per stallà un servitore di tempu d'alta qualità, avete solu bisognu GPSD, NTP è un ricevitore GPS cù output 1PPS (un impulsu per seconda).
1. Installa gpsd è ntpd, o gpsd è chronyd. A versione GPSD deve esse ≥ 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. Cunnette un ricevitore GPS cù supportu PPS à u portu seriale RS232 o USB.
Un ricivutu GPS rigulari ùn funziona micca; Pudete bisognu di fà un pocu di ricerca per truvà u dirittu.
3. Assicuratevi chì l'apparechju emette veramente PPS, per fà questu, verificate u portu cù l'utilità gpsmon.
4. Aprite u schedariu /etc/conf.d/gpsd è edità a seguente linea.
Sustituitu
GPSD_OPTIONS=""cusì chì diventa
GPSD_OPTIONS="-n"Stu cambiamentu hè necessariu per chì gpsd principia immediatamente a ricerca di fonti SRNS à l'iniziu.
5. Principià o ripigliate gpsd.
(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart
Per distribuzioni cù systemd, utilizate u cumandimu systemctl appropritatu.
6. Verificate l'output di a consola di u cumandimu cgps.
Avete bisognu di assicurà chì i dati sò ricevuti currettamente da i satelliti. A cunsola deve avè qualcosa simili à l'illustrazione.
Output di u cumandamentu di a consola cgps.
7. Hè u tempu di edità u schedariu /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
L'entrata superiore NTP0 indica una fonte di tempu universale dispunibule nantu à quasi tutti i dispositi GPS. L'entrata NTP1 di fondu definisce una fonte PPS assai più precisa.
8. Restart ntpd.
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart
Per distribuzioni cù systemd, utilizate u cumandimu systemctl.
$ sudo systemctl restart ntp
Materiali usati
- David L Mills U Protocolu di u Tempu di a Rete nantu à a Terra è in u Spaziu, Seconda Edizione.
Source: www.habr.com