Բացի tcp/ip-ից, ժամանակի համաժամացման բազմաթիվ եղանակներ կան: Դրանցից ոմանք պահանջում են միայն սովորական հեռախոս, իսկ մյուսները պահանջում են թանկարժեք, հազվագյուտ և զգայուն էլեկտրոնային սարքավորումներ: Ժամանակի համաժամացման համակարգերի ընդարձակ ենթակառուցվածքը ներառում է աստղադիտարաններ, պետական հաստատություններ, ռադիոկայաններ, արբանյակային համաստեղություններ և շատ ավելին:
Այսօր ես ձեզ կասեմ, թե ինչպես է աշխատում ժամանակի համաժամացումը առանց ինտերնետի և ինչպես պատրաստել «արբանյակային» NTP սերվեր ձեր սեփական ձեռքերով:
Կարճ ալիքային ռադիոհեռարձակում
Միացյալ Նահանգներում NIST-ը ճշգրիտ ժամանակը և հաճախականությունը փոխանցում է 2.5, 5, 10, 15 և 20 ՄՀց ռադիոալիքների վրա WWVH-ից Ֆորտ Քոլինսում, Կոլորադո, և 2.5, 5, 10 և 15 ՄՀց-ով WWVH-ից Կաուայից: Հավայան նահանգ: . Ժամանակի կոդը փոխանցվում է 60 վայրկյան ընդմիջումներով 1 bps արագությամբ: օգտագործելով զարկերակային լայնության մոդուլյացիան 100 Հց ենթակրիչի վրա:
Կանադայի Ազգային Հետազոտական Խորհուրդը (NRC) ժամանակի և հաճախականության մասին տեղեկատվություն է տարածում 3.33, 7.85 և 14.67 ՄՀց հաճախականությամբ CHU-ից Օտտավայում, Օնտարիո:
Հեռարձակման ձևաչափը WWVH
Կարճ ալիքների կայաններից ազդանշանի տարածումը սովորաբար տեղի է ունենում իոնոլորտի վերին շերտերից արտացոլման միջոցով: Ազդանշանների փոխանցումները կարելի է ստանալ երկար հեռավորությունների վրա, սակայն ժամանակի ճշգրտությունը մեկ միլիվայրկյան է:
Ներկայիս NTPv4 ստանդարտը ներառում է աուդիո դրայվերներ WWV, WWVH և CHU-ի համար:
Երկարալիք ռադիոհեռարձակում
NIST-ը նաև ճշգրիտ ժամանակ և հաճախականություն է փոխանցում երկարալիք ռադիոյով 60 կՀց հաճախականությամբ Կոլորադոյի Բոլդեր քաղաքից: Կան այլ կայաններ, որոնք երկար ալիքների վրա ժամանակի ազդանշաններ են հաղորդում:
Զանգի նշաններ և գտնվելու վայրը
Հաճախականություն (կՀց)
Հզորություն (կՎտ)
WWVB Fort Collins, Կոլորադո, ԱՄՆ
60
50
DCF77 Mainflingen, Գերմանիա
77.5
30
MSF ռեգբի, Միացյալ Թագավորություն
60> թ
50
HBG Prangins, Շվեյցարիա
75
20
JJY Ֆուկուսիմա, Ճապոնիա
40
50
JJY Սագա, Ճապոնիա
60
50
Ցածր հաճախականության ստանդարտ ժամանակային կայաններ
Ժամանակի կոդը փոխանցվում է 60 վայրկյան ընդմիջումներով 1 bps արագությամբ, ինչպես կարճ ալիքային կայանները: Տվյալների փոխանցման ձևաչափերը նույնպես նման են երկու ստանդարտների համար: Ազդանշանը տարածվում է իոնոլորտի ստորին շերտերով, որոնք համեմատաբար կայուն են և ունեն կանխատեսելի ամենօրյա տատանումներ բարձրության վրա։ Ֆիզիկական միջավայրի այս կանխատեսելիության շնորհիվ ճշգրտությունը մեծանում է մինչև 50 մկվ:
WWVB հեռարձակման ձևաչափ
Գեոստացիոնար գործառնական բնապահպանական արբանյակ
ԱՄՆ-ում NIST-ը նաև փոխանցում է ճշգրիտ ժամանակի և հաճախականության տվյալներ մոտավորապես 468 ՄՀց հաճախականությամբ Geostationary Operational Environmental Satellites-ից (GOES): Ժամանակի կոդը փոխարինվում է հաղորդագրություններով, որոնք օգտագործվում են հեռակառավարման սենսորների հարցում: Այն բաղկացած է 60 BCD խայթոցներից, որոնք փոխանցվում են 30 վրկ ընդմիջումներով: Ժամանակի կոդի տեղեկատվությունը նման է երկրային ծառայություններին:
Գլոբալ դիրքորոշման համակարգեր
ԱՄՆ պաշտպանության նախարարությունն օգտագործում է GPS՝ ցամաքում, ծովում և օդում ճշգրիտ նավարկելու համար։ Համակարգն ապահովում է երկրագնդի 24-ժամյա ծածկույթ՝ օգտագործելով արբանյակների համաստեղությունը 12-ժամյա ուղեծրերում՝ 55°-ով թեքված:
24 արբանյակների սկզբնական համաստեղությունը ընդլայնվել է մինչև 31 արբանյակ՝ տարասեռ կոնֆիգուրացիայով, այնպես որ առնվազն 6 արբանյակները միշտ տեսանելի են, և 8 կամ ավելի արբանյակներ դիտվում են աշխարհի մեծ մասում:
GPS-ի նման ծառայությունները շահագործվում կամ պլանավորվում են այլ երկրների կողմից: Ռուսական GLONASS-ը գործում է մեկ տասնյակ տարի, եթե հաշվենք 2 թվականի սեպտեմբերի 2010-ից, երբ արբանյակների ընդհանուր թիվը հասցվեց 26-ի, համաստեղությունն ամբողջությամբ տեղակայվել էր Երկիրը ամբողջությամբ ծածկելու համար:
GPS արբանյակներ ամբողջ աշխարհում:
Եվրամիության արբանյակային նավիգացիոն համակարգը կոչվում է Galileo: Սպասվում էր, որ Galileo-ն կսկսի գործել 2014-2016 թվականներին, երբ բոլոր 30 նախատեսված արբանյակները կարձակվեն ուղեծիր, սակայն 2018 թվականի դրությամբ Galileo արբանյակային համաստեղությունը չէր հասել արբանյակների անհրաժեշտ քանակին:
Գոյություն ունի նաև չինական «Beidou», որը նշանակում է «կետ»: 16 արբանյակներից բաղկացած համաստեղությունը կոմերցիոն շահագործման է հանձնվել 27 թվականի դեկտեմբերի 2012-ին՝ որպես տեղորոշման տարածաշրջանային համակարգ։ Նախատեսվում է, որ համակարգը լիարժեք հզորությամբ կհասնի մինչև 2020 թվականը։ Հենց այսօր ես դուրս եկա Հաբրե , այս համակարգի արբանյակի հաջող արձակման մասին։
SRNS-ի միջոցով կոորդինատների որոշման մաթեմատիկա
Ինչպե՞ս է ձեր սմարթֆոնի GPS/GLONASS նավիգատորը նման ճշգրտությամբ որոշում տեղորոշումը ռադիոնավիգացիոն կապի համակարգի (SRNS) միջոցով: Հաշվարկների սկզբունքը հասկանալու համար հարկավոր է հիշել ստերեոմետրիան և հանրահաշիվը ավագ դպրոցում կամ ֆիզիկամաթեմատիկական դպրոցում:
Յուրաքանչյուր արբանյակ ստացողին ասում է ճշգրիտ ժամանակը: Արբանյակն ունի ատոմային ժամացույց, ուստի կարելի է վստահել: Իմանալով լույսի արագությունը՝ դժվար չէ որոշել այն ոլորտի շառավիղը, որի մակերեսին գտնվում է արբանյակը։ Այս նույն ոլորտը, Երկրի հետ շփվելով, կազմում է շրջան, որի վրա գտնվում է GPS/Glonass ընդունիչը։
Երբ ազդանշանը հասնում է երկու արբանյակներից, մենք արդեն ունենք Երկրի և երկու գնդերի հատումը, որը շրջանագծի վրա տալիս է ընդամենը երկու կետ։ Երրորդ արբանյակի ոլորտը իդեալականորեն պետք է ընկնի այս երկու կետերից մեկի մեջ՝ վերջապես որոշելով ստացողի կոորդինատները։
Սկզբունքորեն, նույնիսկ երկու արբանյակներից, անուղղակի ապացույցների հիման վրա, կարելի է հասկանալ, թե երկու կետերից որն է ավելի մոտ ճշմարտությանը, և ժամանակակից նավիգացիոն ծրագրերի ալգորիթմները կարող են հաղթահարել այս խնդիրը: Ինչու՞ այդ դեպքում մեզ պետք է չորրորդ արբանյակը:
Տեղադրության որոշում արբանյակային համաստեղության միջոցով:
Հեշտ է տեսնել, որ այս իդեալականացված պատկերում կան բազմաթիվ նրբերանգներ, որոնցից կախված է հաշվարկների ճշգրտությունը։ Ստացողի ժամանակը, թերեւս, սխալի ամենաակնառու աղբյուրն է: Որպեսզի ամեն ինչ աշխատի այնպես, ինչպես պետք է, GPS / Glonass ստացողի ժամանակը պետք է համաժամեցվի արբանյակի ժամանակի հետ: Առանց դրա սխալը կկազմի ∓ 100 հազար կմ:
Արագության, ժամանակի և հեռավորության S = v*t բանաձևից մենք ստանում ենք SRNS ազդանշանի փոխանցման հիմնական հավասարումը: Արբանյակից հեռավորությունը հավասար է լույսի արագության և արբանյակի և ստացողի վրա եղած ժամանակի տարբերության արտադրյալին:
Սա հիմնականում պայմանավորված է նրանով, որ նույնիսկ բոլոր սինխրոնիզացիաներից հետո մենք ստանում ենք tpr ժամը ստացողի մոտ բավականաչափ ճշգրտությամբ: Իրական ժամանակի և tpr-ի միջև միշտ կլինի Δt, ինչի պատճառով հաշվարկի սխալն անընդունելի է դառնում: Դրա համար անհրաժեշտ է չորրորդը արբանյակ.
Չորս արբանյակների անհրաժեշտության ավելի հստակ մաթեմատիկական հիմնավորման համար մենք կկառուցենք հավասարումների համակարգ:
Չորս x, y, z և Δt անհայտները որոշելու համար դիտումների թիվը պետք է հավասար լինի կամ մեծ լինի անհայտների թվից։ Սա անհրաժեշտ, բայց ոչ բավարար պայման է։ Եթե նորմալ հավասարումների մատրիցը պարզվի, որ եզակի է, ապա հավասարումների համակարգը լուծում չի ունենա:
Չպետք է մոռանալ նաև հարաբերականության հատուկ տեսության և հարաբերականության էֆեկտների մասին՝ արբանյակային ատոմային ժամացույցների վրա ժամանակի ընդլայնմամբ՝ վերգետնյա ժամացույցների համեմատ:
Եթե ենթադրենք, որ արբանյակը ուղեծրով շարժվում է 14 հազար կմ/ժ արագությամբ, ապա ստանում ենք ժամանակի լայնացում մոտ 7 մկվ (միկրովայրկյան)։ Մյուս կողմից, գործում են Հարաբերականության ընդհանուր տեսության հարաբերական էֆեկտները։
Բանն այն է, որ ուղեծրում գտնվող արբանյակները գտնվում են Երկրից մեծ հեռավորության վրա, որտեղ տարածություն-ժամանակային շարունակականության կորությունը Երկրի զանգվածի պատճառով ավելի քիչ է, քան Երկրի մակերեսին: Համաձայն հարաբերականության ընդհանուր տեսության՝ զանգվածային օբյեկտին ավելի մոտ գտնվող ժամացույցներն ավելի դանդաղ են երևում, քան նրանից ավելի հեռու:
- G-ը գրավիտացիոն հաստատունն է.
- M-ը օբյեկտի զանգվածն է, այս դեպքում՝ Երկրի;
- r-ը Երկրի կենտրոնից արբանյակ հեռավորությունն է.
- c-ն լույսի արագությունն է։
Այս բանաձևի օգտագործմամբ հաշվարկը տալիս է արբանյակի վրա 45 մկվ ժամանակի լայնացում: Ընդհանուր -7μs +45μs = 38μs հավասարակշռություն - STR-ի և GTR-ի ազդեցությունները:
SRNS-ի դիրքավորման կիրառություններում պետք է հաշվի առնել նաև իոնոլորտային և տրոպոսֆերային ուշացումները: Բացի այդ, 46 ns ուղղումները պայմանավորված են GPS արբանյակների ուղեծրի 0.02 էքսցենտրիկությամբ:
Ավելի քան չորս GPS / GLONASS արբանյակներից միաժամանակ ազդանշաններ ստանալու հնարավորությունը թույլ է տալիս ավելի մեծացնել ստացողի կոորդինատների որոշման ճշգրտությունը: Սա ձեռք է բերվում այն բանի շնորհիվ, որ նավիգատորը լուծում է չորս հավասարումների համակարգ չորս անհայտներով մի քանի անգամ և վերցնում է միջին արժեքը՝ ավելացնելով վերջնական գնահատման ճշգրտությունը մաթեմատիկական վիճակագրության օրենքների համաձայն:
Ինչպես կարգավորել NTP սերվերը Stratum 1 արբանյակային կապի միջոցով
Բարձրորակ ժամանակի սերվեր ստեղծելու համար ձեզ հարկավոր է միայն GPSD, NTP և 1PPS (վայրկյանում մեկ զարկերակ) ելքով GPS ընդունիչ:
1. Տեղադրեք gpsd և ntpd, կամ gpsd և chronyd: GPSD տարբերակը պետք է լինի ≥ 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. PPS աջակցությամբ GPS ընդունիչ միացրեք RS232 սերիական կամ USB պորտին:
Սովորական էժան GPS ընդունիչը չի աշխատի. Հնարավոր է, որ դուք պետք է մի փոքր փնտրեք, որպեսզի գտնեք ճիշտը:
3. Համոզվեք, որ սարքն իսկապես թողարկում է PPS: Դա անելու համար ստուգեք պորտը gpsmon կոմունալ ծրագրի միջոցով:
4. Բացեք /etc/conf.d/gpsd ֆայլը և խմբագրեք հետևյալ տողը.
Փոխարինեք
GPSD_OPTIONS=""որպեսզի այն դառնա
GPSD_OPTIONS="-n"Այս փոփոխությունը պահանջվում է, որպեսզի gpsd-ն անմիջապես սկսի SRNS աղբյուրների որոնումը գործարկումից հետո:
5. Սկսեք կամ վերագործարկեք gpsd-ը:
(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart
Systemd-ով բաշխումների համար օգտագործեք համապատասխան systemctl հրամանը:
6. Ստուգեք cgps հրամանի վահանակի ելքը:
Դուք պետք է համոզվեք, որ տվյալները ճիշտ են ստացվել արբանյակներից: Վահանակը պետք է ունենա նկարազարդման նման մի բան:
cgps կոնսոլի հրամանի ելք:
7. Ժամանակն է խմբագրել /etc/ntp.conf ֆայլը։
# 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
NTP0 վերին մուտքը ցույց է տալիս ժամանակի համընդհանուր աղբյուրը, որը հասանելի է գրեթե բոլոր GPS սարքերում: Ներքևի NTP1 մուտքը սահմանում է շատ ավելի ճշգրիտ PPS աղբյուր:
8. Վերագործարկեք ntpd:
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart
Systemd-ով բաշխումների համար օգտագործեք systemctl հրամանը:
$ sudo systemctl վերագործարկեք ntp
Օգտագործված նյութեր
- Դեյվիդ Լ Միլս Ցանցային ժամանակի արձանագրությունը Երկրի վրա և տիեզերքում, Երկրորդ հրատարակություն.
Source: www.habr.com