Neist tcp/ip binne d'r in protte manieren om tiid te syngronisearjen. Guon fan harren fereaskje mar in gewoane telefoan, wylst oaren fereaskje djoere, seldsume en gefoelige elektroanyske apparatuer. De wiidweidige ynfrastruktuer fan tiidsyngronisaasjesystemen omfettet observatoria, oerheidsynstellingen, radiostasjons, satellytkonstellaasjes en folle mear.
Hjoed sil ik jo fertelle hoe't tiidsyngronisaasje wurket sûnder ynternet en hoe't jo in "satelliet" NTP-tsjinner meitsje mei jo eigen hannen.
Koartegolf radio-útstjoering
Yn 'e Feriene Steaten stjoert NIST krekte tiid en frekwinsje út op 2.5, 5, 10, 15 en 20 MHz radiogolven fan WWVH yn Fort Collins, Kolorado, en op 2.5, 5, 10 en 15 MHz fan WWVH yn Kauai. State of Hawaii . De tiidkoade wurdt oerdroegen mei intervallen fan 60 sekonden mei 1 bps. mei help fan puls breedte modulaasje op in 100 Hz subcarrier.
De National Research Council (NRC) fan Kanada ferspriedt tiid- en frekwinsjeynformaasje oer 3.33, 7.85 en 14.67 MHz fan CHU yn Ottawa, Ontario.
Omropformaat WWVH
Sinjaalpropagaasje fan koartegolfstasjons komt meastentiids troch refleksje fan 'e boppeste lagen fan' e ionosfear. Sinjaalútstjoeringen kinne wurde ûntfongen oer lange ôfstannen, mar de timing-krektens is yn 'e oarder fan ien millisekonde.
De hjoeddeistige NTPv4-standert omfettet audiobestjoerders foar WWV, WWVH en CHU.
Longwave radio-útstjoering
NIST stjoert ek krekte tiid en frekwinsje oer longwave radio by 60 kHz út Boulder, Kolorado. D'r binne oare stasjons dy't tiidsinjalen útstjoere op lange weagen.
Call signs en lokaasje
Frekwinsje (kHz)
Krêft (kW)
WWVB Fort Collins, Colorado, Feriene Steaten
60
50
DCF77 Mainflingen, Dútslân
77.5
30
MSF Rugby, Feriene Keninkryk
60>
50
HBG Prangins, Switserlân
75
20
JJY Fukushima, Japan
40
50
JJY Saga, Japan
60
50
Low Frequency Standert Tiid Stations
De tiidkoade wurdt oerdroegen yn yntervallen fan 60 sekonden mei 1 bps, krekt as koartegolfstasjons. Data-oerdrachtformaten binne ek ferlykber foar beide noarmen. It sinjaal propagearret troch de legere lagen fan 'e ionosfear, dy't relatyf stabyl binne en foarsisbere deistige fariaasjes yn hichte hawwe. Mei tank oan dizze foarsisberens fan 'e fysike omjouwing nimt de krektens ta 50 μs.
WWVB útstjoerformaat
Geostasjonêre operasjonele miljeu satellyt
Yn 'e FS stjoert NIST ek krekte tiid- en frekwinsjegegevens oer sawat 468 MHz fan Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES). De tiidkoade wikselt ôf mei berjochten dy't brûkt wurde om sensoren op ôfstân te pollen. It bestiet út 60 BCD nibbles oerbrocht mei 30 s yntervallen. Tiidkoade-ynformaasje is fergelykber mei terrestryske tsjinsten.
Global positioning systemen
It Amerikaanske ministearje fan definsje brûkt GPS foar krekte navigaasje op lân, see en yn 'e loft. It systeem biedt 24-oere dekking fan 'e wrâld mei help fan in konstellaasje fan satelliten yn 12-oere banen dy't nei 55 ° hellen.
De oarspronklike konstellaasje fan 24 satelliten is útwreide nei 31 satelliten yn in heterogene konfiguraasje, sadat op syn minst 6 satelliten altyd yn sicht binne, en 8 of mear satelliten yn sicht binne oer it grutste part fan 'e wrâld.
Tsjinsten fergelykber mei GPS wurde eksploitearre of pland troch oare lannen. Russyske GLONASS wurket al in tsiental jier, as jo rekkenje fan 2 septimber 2010, doe't it totale oantal satelliten waard ferhege nei 26 - de konstellaasje waard folslein ynset om de ierde folslein te dekken.
GPS-satelliten om 'e wrâld.
It satellytnavigaasjesysteem fan 'e Jeropeeske Uny hjit Galileo. It waard ferwachte dat Galileo soe begjinne mei operearjen yn 2014-2016, doe't alle 30 plande satelliten yn in baan lansearre wurde soene. Mar sûnt 2018 hie de Galileo satellytkonstellaasje it fereaske oantal satelliten net berikt.
D'r is ek it Sineeske "Beidou", dat "walfisk" betsjut. De konstellaasje fan 16 satelliten waard op 27 desimber 2012 yn kommersjele operaasje lansearre as in regionaal posisjonearringssysteem. It is pland dat it systeem yn 2020 folsleine kapasiteit sil berikke. Just hjoed kaam ik út op Habré , oer de suksesfolle lansearring fan in satellyt fan dit systeem.
Wiskunde fan it bepalen fan koördinaten mei SRNS
Hoe bepaalt de GPS/GLONASS-navigator op jo smartphone de lokaasje mei sa'n krektens mei it radionavigaasjekommunikaasjesysteem (SRNS)? Om it prinsipe fan berekkeningen te begripen, moatte jo stereometry en algebra yn 'e middelbere skoalle, as natuerkunde en wiskundeskoalle ûnthâlde.
Elke satellyt fertelt de ûntfanger de krekte tiid. De satellyt hat in atoomklok en kin dêrom fertroud wurde. Wittende de snelheid fan ljocht, it is net dreech om te bepalen de straal fan 'e bol op it oerflak dêr't de satellyt leit. Dizze selde bol, yn kontakt mei de ierde, foarmet in sirkel dêr't de GPS / Glonass ûntfanger leit.
As it sinjaal komt fan twa satelliten, hawwe wy al de krusing fan 'e ierde en twa sfearen, dy't mar twa punten op' e sirkel jout. De sfear fan 'e tredde satellyt moat by útstek falle yn ien fan dizze twa punten, úteinlik bepale de koördinaten fan de ûntfanger.
Yn prinsipe, sels út twa satelliten, basearre op yndirekte bewiis, kinne jo begripe hokker fan de twa punten is tichter by de wierheid, en moderne navigaasje software algoritmen kinne omgaan met dizze taak. Wêrom hawwe wy dan in fjirde satellyt nedich?
Bepale lokaasje mei help fan satellyt konstellaasje.
It is maklik om te sjen dat yn dit idealisearre byld d'r in protte nuânses binne wêrfan de krektens fan 'e berekkeningen hinget. Untfangertiid is faaks de meast foar de hân lizzende boarne fan flater. Om alles te wurkjen sa't it moat, moat de GPS / Glonass-ûntfangertiid syngronisearre wurde mei de satellyttiid. Sûnder dit soe de flater ∓ 100 tûzen km wêze.
Fanút de formule foar snelheid, tiid en ôfstân S = v * t krije wy de basisfergeliking foar it útstjoeren fan it SRNS-sinjaal. De ôfstân ta de satellyt is lyk oan it produkt fan de ljochtsnelheid en it tiidferskil op de satellyt en de ûntfanger.
Dit komt benammen troch it feit dat ek nei alle syngronisaasjes, wy kenne de tiid tpr by de ûntfanger mei in foldwaande graad fan krektens. Tusken wiere tiid en tpr sil der altyd Δt stean, wêrtroch't de rekkenflater ûnakseptabel wurdt. Dêrom moatte jo de fjirde Satellyt.
Foar in dúdliker wiskundige rjochtfeardiging foar it ferlet fan fjouwer satelliten, sille wy in systeem fan fergelikingen konstruearje.
Om de fjouwer ûnbekenden x, y, z en Δt te bepalen, moat it oantal waarnimmings gelyk wêze oan of grutter wêze as it oantal ûnbekenden. Dit is in needsaaklike, mar net genôch betingst. As de matrix fan normale fergelikingen iental blykt te wêzen, sil it systeem fan fergelikingen gjin oplossing hawwe.
Wy moatte ek net ferjitte oer de spesjale teory fan relativiteit en relativistyske effekten mei tiid dilataasje op satellyt atoomklokken relatyf oan grûn.
As wy oannimme dat de satellyt yn in baan beweecht mei in snelheid fan 14 tûzen km/h, dan krije wy in tiiddilataasje fan sa'n 7 μs (mikrosekonden). Oan 'e oare kant wurkje de relativistyske effekten fan' e Algemiene Relativiteitsteory.
It punt is dit: satelliten yn in baan lizze op in grutte ôfstân fan 'e ierde, dêr't de kromte fan 'e romte-tiid kontinuüm minder is as op it ierdoerflak troch de massa fan 'e ierde. Neffens de algemiene relativiteitswittenskip sille klokken dy't tichter by in massaal objekt lizze, stadiger ferskine as dy dy't fierder fuort binne.
- G is de swiertekrêftkonstante;
- M is de massa fan it objekt, yn dit gefal de Ierde;
- r is de ôfstân fan it sintrum fan 'e ierde nei de satellyt;
- c is de snelheid fan ljocht.
Berekkening mei dizze formule jout in tiiddilataasje fan 45 μs op 'e satellyt. Totaal -7μs +45μs = 38μs lykwicht - effekten fan STR en GTR.
Yn SRNS-posisjonearringsapplikaasjes moatte ek rekken holden wurde mei ionosfearyske en troposfearyske fertragingen. Derneist binne de korreksjes fan 46 ns te tankjen oan de 0.02-eksintrisiteit fan 'e baan fan' e GPS-satelliten.
De mooglikheid om sinjalen tagelyk te ûntfangen fan mear dan fjouwer GPS / GLONASS-satelliten kinne jo de krektens fan it bepalen fan de koördinaten fan de ûntfanger fierder ferheegje. Dit wurdt berikt troch it feit dat de navigator in systeem fan fjouwer fergelikingen oplost mei fjouwer ûnbekenden oantal kearen en nimt de gemiddelde wearde, it fergrutsjen fan de krektens fan 'e definitive skatting neffens de wetten fan wiskundige statistiken.
Hoe kinne jo NTP-tsjinner Stratum 1 konfigurearje fia satellytferbining
Om in tiidtsjinner fan hege kwaliteit yn te stellen, hawwe jo allinich GPSD, NTP en in GPS-ûntfanger nedich mei 1PPS (ien puls per sekonde) útfier.
1. Ynstallearje gpsd en ntpd, of gpsd en chronyd. GPSD-ferzje moat ≥ 3.20 wêze
(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. Ferbine in GPS ûntfanger mei PPS stipe oan de RS232 serial of USB haven.
In gewoane goedkeap GPS-ûntfanger sil net wurkje; Jo moatte miskien in bytsje sykjen dwaan om de juste te finen.
3. Soargje derfoar dat it apparaat echt PPS útjout; om dit te dwaan, kontrolearje de poarte mei it gpsmon-hulpprogramma.
4. Iepenje it /etc/conf.d/gpsd-bestân en bewurkje de folgjende rigel.
Ferfange
GPSD_OPTIONS=""sadat it wurdt
GPSD_OPTIONS="-n"Dizze wiziging is nedich sadat gpsd fuortendaliks begjint te sykjen nei SRNS-boarnen by it opstarten.
5. Begjinne of opnij starte gpsd.
(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart
Foar distribúsjes mei systemd, brûk it passende systemctl kommando.
6. Kontrolearje de konsole-útfier fan it cgps-kommando.
Jo moatte der wis fan wêze dat de gegevens goed ûntfongen binne fan 'e satelliten. De konsole moat wat hawwe gelyk oan de yllustraasje.
Utfier fan it kommando cgps-konsole.
7. It is tiid om it bestân /etc/ntp.conf te bewurkjen.
# 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
De top NTP0-yngong jout in universele tiidboarne oan beskikber op hast alle GPS-apparaten. De ûnderste NTP1-yngong definiearret in folle krekter PPS-boarne.
8. Restart ntpd.
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart
Foar distribúsjes mei systemd, brûk it kommando systemctl.
$ sudo systemctl opnij starte ntp
Materiaal brûkt
- David L Mills It Network Time Protocol op ierde en yn romte, Twadde edysje.
Boarne: www.habr.com