Osim tcp/ip-a, postoji mnogo načina za sinkronizaciju vremena. Neki od njih zahtijevaju samo običan telefon, dok drugi zahtijevaju skupu, rijetku i osjetljivu elektroničku opremu. Opsežna infrastruktura sustava za sinkronizaciju vremena uključuje zvjezdarnice, vladine institucije, radio postaje, satelitske konstelacije i još mnogo toga.
Danas ću vam reći kako funkcionira sinkronizacija vremena bez interneta i kako vlastitim rukama napraviti "satelitski" NTP poslužitelj.
Kratkovalno radijsko emitiranje
U Sjedinjenim Američkim Državama, NIST odašilje točno 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 iz WWVH u Kauaiju. Država Havaji . Vremenski kod se prenosi u intervalima od 60 sekundi brzinom od 1 bps. pomoću modulacije širine impulsa na podnosiocu od 100 Hz.
Nacionalno istraživačko vijeće (NRC) Kanade distribuira informacije o vremenu i frekvenciji na 3.33, 7.85 i 14.67 MHz iz CHU u Ottawi, Ontario.
Format emitiranja WWVH
Širenje signala iz kratkovalnih postaja obično se događa refleksijom od gornjih slojeva ionosfere. Prijenos signala može se primati na velikim udaljenostima, ali je vremenska točnost reda veličine jedne milisekunde.
Trenutačni standard NTPv4 uključuje audio upravljačke programe za WWV, WWVH i CHU.
Dugovalno radijsko emitiranje
NIST također odašilje precizno vrijeme i frekvenciju preko dugovalnog radija na 60 kHz iz Bouldera, Colorado. Postoje i druge stanice koje odašilju vremenske signale na dugim valovima.
Pozivni znaci i lokacija
Frekvencija (kHz)
Snaga (kW)
WWVB Fort Collins, Colorado, SAD
60
50
DCF77 Mainflingen, Njemačka
77.5
30
MSF Ragbi, Velika Britanija
60>
50
HBG Prangins, Švicarska
75
20
JJY Fukushima, Japan
40
50
JJY Saga, Japan
60
50
Niskofrekventne standardne vremenske postaje
Vremenski kod se odašilje u intervalima od 60 sekundi brzinom od 1 bps, baš kao kod kratkovalnih postaja. Formati prijenosa podataka također su slični za oba standarda. Signal se širi kroz niže slojeve ionosfere, koji su relativno stabilni i imaju predvidljive dnevne varijacije nadmorske visine. Zahvaljujući ovoj predvidljivosti fizičkog okruženja, točnost se povećava na 50 μs.
WWVB format emitiranja
Geostacionarni operativni ekološki satelit
U SAD-u NIST također odašilje precizne podatke o vremenu i frekvenciji na približno 468 MHz s Geostacionarnih operativnih ekoloških satelita (GOES). Vremenski kod se izmjenjuje s porukama koje se koriste za ispitivanje daljinskih senzora. Sastoji se od 60 BCD grickalica koje se prenose u intervalima od 30 s. Informacije o vremenskom kodu slične su zemaljskim uslugama.
Globalni sustavi pozicioniranja
Ministarstvo obrane SAD-a koristi GPS za preciznu navigaciju na kopnu, moru iu zraku. Sustav pruža 24-satnu pokrivenost globusa pomoću konstelacije satelita u 12-satnim orbitama nagnutim pod 55°.
Izvorna 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 iznad većeg dijela svijeta.
Usluge slične GPS-u upravljaju ili planiraju druge zemlje. Ruski GLONASS radi već desetak godina, računajući od 2. rujna 2010., kada je ukupan broj satelita povećan na 26 - konstelacija je u potpunosti raspoređena kako bi u potpunosti prekrila Zemlju.
GPS sateliti diljem svijeta.
Satelitski navigacijski sustav Europske unije zove se Galileo. Očekivalo se da će Galileo započeti s radom 2014.-2016., kada će svih 30 planiranih satelita biti lansirano u orbitu, ali do 2018. konstelacija Galileo satelita nije dosegla potreban broj satelita.
Tu je i kineski "Beidou", što znači "kit". Konstelacija od 16 satelita puštena je u komercijalni rad 27. prosinca 2012. godine kao regionalni sustav za pozicioniranje. Planirano je da sustav dostigne puni kapacitet do 2020. godine. Upravo sam danas izašao na Habréu , o uspješnom lansiranju satelita ovog sustava.
Matematika određivanja koordinata pomoću SRNS
Kako GPS/GLONASS navigator na vašem pametnom telefonu pomoću radionavigacijskog komunikacijskog sustava (SRNS) s tolikom točnošću određuje lokaciju? Da biste razumjeli princip izračuna, morate se sjetiti stereometrije i algebre u srednjoj školi ili školi fizike i matematike.
Svaki satelit govori prijemniku točno 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. Ta ista kugla u kontaktu sa Zemljom tvori krug na kojem se nalazi GPS/Glonass prijemnik.
Kada signal stigne s dva satelita, već imamo presjek Zemlje i dvije sfere, što daje samo dvije točke na kružnici. Kugla trećeg satelita trebala bi idealno pasti u jednu od ove dvije točke, konačno određujući koordinate prijemnika.
U principu, čak i iz dva satelita, na temelju neizravnih dokaza, može se razumjeti koja je od dvije točke bliža istini, a moderni algoritmi navigacijskog softvera 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 postoje mnoge nijanse o kojima ovisi točnost izračuna. Vrijeme primanja možda je najočitiji izvor pogreške. Kako bi sve radilo kako treba, vrijeme GPS/Glonass prijemnika mora biti sinkronizirano sa satelitskim vremenom. Bez toga bi pogreška bila ∓ 100 tisuća km.
Iz formule za brzinu, vrijeme i udaljenost S = v*t dobivamo osnovnu jednadžbu za prijenos SRNS signala. Udaljenost do satelita jednaka je umnošku brzine svjetlosti i vremenske razlike na satelitu i prijemniku.
To je uglavnom zbog činjenice da čak i nakon svih sinkronizacija znamo vrijeme tpr na prijemniku s dovoljnim stupnjem točnosti. Između pravog vremena i tpr uvijek će biti Δt, zbog čega pogreška izračuna postaje neprihvatljiva. Zato trebate Četvrta satelit.
Za jasnije matematičko obrazloženje potrebe za četiri satelita konstruirat ćemo sustav jednadžbi.
Da bi se odredile četiri nepoznanice x, y, z i Δt, broj opažanja mora biti jednak ili veći od broja nepoznanica. Ovo je nužan, ali ne i dovoljan uvjet. Ako se matrica normalnih jednadžbi pokaže singularnom, sustav jednadžbi neće imati rješenja.
Također ne treba zaboraviti na Specijalnu teoriju relativnosti i relativističke efekte s dilatacijom vremena na satelitskim atomskim satovima u odnosu na zemaljske.
Ako pretpostavimo da se satelit kreće u orbiti brzinom od 14 tisuća km/h, tada dobivamo dilataciju vremena od oko 7 μs (mikrosekundi). S druge strane, djeluju relativistički učinci Opće teorije relativnosti.
Poanta je sljedeća: sateliti u orbiti su na velikoj udaljenosti od Zemlje, gdje je zakrivljenost prostorno-vremenskog kontinuuma manja nego na Zemljinoj površini zbog Zemljine mase. Prema općoj teoriji relativnosti, satovi koji se nalaze bliže masivnom objektu izgledat će sporiji od onih koji su dalje od njega.
- G je gravitacijska konstanta;
- M je masa objekta, u ovom slučaju Zemlje;
- r je udaljenost od središta Zemlje do satelita;
- c je brzina svjetlosti.
Izračun pomoću ove formule daje dilataciju vremena od 45 μs na satelitu. Ukupno -7μs +45μs = 38μs ravnoteža - učinci STR i GTR.
U primjenama SRNS pozicioniranja, kašnjenja u ionosferi i troposferi također se trebaju uzeti u obzir. Dodatno, korekcije od 46 ns su zbog ekscentriciteta orbite GPS satelita od 0.02.
Mogućnost istovremenog primanja signala s više od četiri GPS / GLONASS satelita omogućuje dodatno povećanje točnosti određivanja koordinata prijemnika. To se postiže činjenicom da navigator rješava sustav od četiri jednadžbe s četiri nepoznanice broj puta i uzima prosječnu vrijednost, povećavajući točnost konačne procjene prema zakonima matematičke statistike.
Kako konfigurirati NTP poslužitelj Stratum 1 putem satelitske veze
Za postavljanje visokokvalitetnog vremenskog poslužitelja potrebni su vam samo GPSD, NTP i GPS prijemnik s 1PPS (jedan impuls u sekundi) izlazom.
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. Spojite GPS prijemnik s PPS podrškom na RS232 serijski ili USB priključak.
Obični jeftini GPS prijemnik neće raditi; Možda ćete morati malo potražiti kako biste pronašli onaj pravi.
3. Provjerite izdaje li uređaj stvarno PPS; da biste to učinili, provjerite priključak pomoću uslužnog programa gpsmon.
4. Otvorite datoteku /etc/conf.d/gpsd i uredite sljedeći redak.
zamijeniti
GPSD_OPTIONS=""tako da postaje
GPSD_OPTIONS="-n"Ova promjena je potrebna kako bi gpsd odmah počeo tražiti SRNS izvore nakon pokretanja.
5. Pokrenite ili ponovno 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 konzole cgps naredbe.
Morate biti sigurni da se podaci ispravno primaju sa satelita. Konzola bi trebala imati nešto slično kao na ilustraciji.
Izlaz naredbe cgps konzole.
7. Vrijeme je za uređivanje datoteke /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 unos NTP0 označava univerzalni izvor vremena dostupan na gotovo svim GPS uređajima. Donji unos NTP1 definira mnogo precizniji PPS izvor.
8. Ponovno pokrenite ntpd.
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart
Za distribucije sa systemd, koristite naredbu systemctl.
$ sudo systemctl ponovno pokrenite ntp
Korišteni materijali
- David L Mills Mrežni vremenski protokol na Zemlji iu svemiru,Drugo izdanje.
Izvor: www.habr.com