🥇Sinkronisasi waktu tanpa internet

Selain tcp/ipAda banyak cara untuk menyinkronkan waktu. Beberapa hanya membutuhkan telepon biasa, sementara yang lain membutuhkan peralatan elektronik yang mahal, langka, dan sensitif. Infrastruktur sistem sinkronisasi waktu yang luas mencakup observatorium, lembaga pemerintah, stasiun radio, konstelasi satelit, dan masih banyak lagi.

Hari ini saya akan memberi tahu Anda cara kerja sinkronisasi waktu tanpa Internet dan cara membuat server NTP "satelit" dengan tangan Anda sendiri.

Siaran radio gelombang pendek

Di Amerika Serikat, NIST memancarkan waktu dan frekuensi yang tepat pada gelombang radio 2.5, 5, 10, 15 dan 20 MHz dari WWVH di Fort Collins, Colorado, dan pada 2.5, 5, 10 dan 15 MHz dari WWVH di Kauai. . Kode waktu dikirimkan pada interval 60 detik dengan kecepatan 1 bps. menggunakan modulasi lebar pulsa pada subcarrier 100 Hz.

Dewan Riset Nasional (NRC) Kanada mendistribusikan informasi waktu dan frekuensi pada 3.33, 7.85 dan 14.67 MHz dari CHU di Ottawa, Ontario.

Format siaran WWVH

Perambatan sinyal dari stasiun gelombang pendek biasanya terjadi melalui refleksi dari lapisan atas ionosfer. Transmisi sinyal dapat diterima dalam jarak jauh, tetapi keakuratan waktunya berada di urutan satu milidetik.

Standar NTPv4 saat ini mencakup driver audio untuk WWV, WWVH dan CHU.

Siaran radio gelombang panjang

NIST juga mentransmisikan waktu dan frekuensi yang tepat melalui radio gelombang panjang pada 60 kHz dari Boulder, Colorado. Ada stasiun lain yang memancarkan sinyal waktu pada gelombang panjang.

Tanda panggilan dan lokasi
Frekuensi (kHz)
Daya (kW)

WWVB Fort Collins, Colorado, AS
60
50

DCF77 Mainflingen, Jerman
77.5
30

MSF Rugbi, Inggris
60>
50

HBG Prangins, Swiss
75
20

JJY Fukushima, Jepang
40
50

JJY Saga, Jepang
60
50

Stasiun Waktu Standar Frekuensi Rendah

Kode waktu ditransmisikan dalam interval 60 detik dengan kecepatan 1 bps, seperti stasiun gelombang pendek. Format transmisi data juga serupa untuk kedua standar. Sinyal tersebut merambat melalui lapisan bawah ionosfer, yang relatif stabil dan memiliki variasi ketinggian harian yang dapat diprediksi. Berkat prediktabilitas lingkungan fisik ini, akurasi meningkat hingga 50 s.

Format siaran WWVB

Satelit lingkungan operasional geostasioner

Di AS, NIST juga mentransmisikan data waktu dan frekuensi yang tepat pada sekitar 468 MHz dari Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES). Kode waktu bergantian dengan pesan yang digunakan untuk melakukan polling pada sensor jarak jauh. Ini terdiri dari 60 camilan BCD yang dikirimkan dengan interval 30 detik. Informasi kode waktu mirip dengan layanan terestrial.

Sistem penentuan posisi global

Departemen Pertahanan AS menggunakan GPS untuk navigasi yang tepat di darat, laut, dan udara. Sistem ini menyediakan cakupan dunia 24 jam menggunakan konstelasi satelit dalam orbit 12 jam dengan kemiringan 55°.

Konstelasi awal yang terdiri dari 24 satelit diperluas menjadi 31 satelit dalam konfigurasi heterogen sehingga setidaknya 6 satelit selalu terlihat, dan 8 atau lebih satelit terlihat di sebagian besar dunia.

Layanan serupa dengan GPS sedang dioperasikan atau direncanakan oleh negara lain. GLONASS Rusia telah beroperasi selama belasan tahun, jika Anda menghitung mulai 2 September 2010, ketika jumlah satelit ditingkatkan menjadi 26 - konstelasi dikerahkan sepenuhnya untuk menutupi Bumi sepenuhnya.

Satelit GPS di seluruh dunia.

Sistem navigasi satelit Uni Eropa disebut Galileo. Galileo diperkirakan akan mulai beroperasi pada tahun 2014-2016, ketika seluruh 30 satelit yang direncanakan akan diluncurkan ke orbit.Namun hingga tahun 2018, konstelasi satelit Galileo belum mencapai jumlah satelit yang dibutuhkan.

Ada juga bahasa Cina “Beidou”, yang berarti “paus”. Konstelasi 16 satelit diluncurkan ke operasi komersial pada 27 Desember 2012, sebagai sistem penentuan posisi regional. Direncanakan sistem ini akan mencapai kapasitas penuh pada tahun 2020. Baru hari ini, saya keluar di Habré artikel, tentang keberhasilan peluncuran satelit sistem ini.

Matematika penentuan koordinat menggunakan SRNS

Bagaimana navigator GPS/GLONASS di ponsel cerdas Anda menentukan lokasi dengan akurat menggunakan sistem komunikasi navigasi radio (SRNS)? Untuk memahami prinsip perhitungan, Anda perlu mengingat stereometri dan aljabar di sekolah menengah, atau sekolah fisika dan matematika.

Setiap satelit memberi tahu penerima waktu yang tepat. Satelit ini memiliki jam atom sehingga dapat dipercaya. Mengetahui kecepatan cahaya, tidak sulit menentukan jari-jari bola di permukaan tempat satelit berada. Bola yang sama, bersentuhan dengan Bumi, membentuk lingkaran tempat penerima GPS/Glonass berada.

Ketika sinyal datang dari dua satelit, kita sudah melihat perpotongan Bumi dan dua bola, yang hanya menghasilkan dua titik pada lingkaran. Lingkup satelit ketiga idealnya jatuh ke salah satu dari dua titik ini, yang pada akhirnya menentukan koordinat penerima.

Pada prinsipnya, bahkan dari dua satelit, berdasarkan bukti tidak langsung, seseorang dapat memahami mana dari dua satelit tersebut yang lebih mendekati kebenaran, dan algoritma perangkat lunak navigasi modern dapat mengatasi tugas ini. Lalu mengapa kita memerlukan satelit keempat?

Penentuan lokasi menggunakan konstelasi satelit.

Sangat mudah untuk melihat bahwa dalam gambaran ideal ini terdapat banyak nuansa yang bergantung pada keakuratan perhitungan. Waktu penerima mungkin merupakan sumber kesalahan yang paling jelas. Agar semuanya berfungsi sebagaimana mestinya, waktu penerima GPS/Glonass harus disinkronkan dengan waktu satelit. Tanpa ini, kesalahannya akan menjadi ∓ 100 ribu km.

Dari rumus kecepatan, waktu dan jarak S = v*t diperoleh persamaan dasar transmisi sinyal SRNS. Jarak ke satelit sama dengan hasil kali kecepatan cahaya dan perbedaan waktu antara satelit dan penerima.

Hal ini terutama disebabkan oleh kenyataan bahwa bahkan setelah semua sinkronisasi, kami mengetahui waktu tpr pada penerima dengan tingkat akurasi yang memadai. Antara waktu sebenarnya dan tpr akan selalu ada Δt, sehingga kesalahan perhitungan menjadi tidak dapat diterima. Itu sebabnya Anda perlu yang keempat satelit.

Untuk pembenaran matematis yang lebih jelas atas kebutuhan empat satelit, kami akan membangun sistem persamaan.

Untuk menentukan empat variabel x, y, z, dan Δt yang tidak diketahui, jumlah observasi harus sama dengan atau lebih besar dari jumlah observasi yang tidak diketahui. Ini adalah kondisi yang perlu namun tidak cukup. Jika matriks persamaan normal berbentuk tunggal, maka sistem persamaan tersebut tidak mempunyai penyelesaian.

Kita juga tidak boleh melupakan Teori Relativitas Khusus dan efek relativistik dengan pelebaran waktu pada jam atom satelit relatif terhadap jam bumi.

Jika kita asumsikan satelit bergerak pada orbit dengan kecepatan 14 ribu km/jam, maka diperoleh pelebaran waktu sekitar 7 s (mikrodetik). Di sisi lain, efek relativistik dari Teori Relativitas Umum berlaku.

Intinya begini: satelit-satelit yang mengorbit berada pada jarak yang sangat jauh dari Bumi, di mana kelengkungan kontinum ruang-waktu lebih kecil dibandingkan di permukaan Bumi karena massa Bumi. Menurut relativitas umum, jam yang terletak lebih dekat dengan suatu benda masif akan tampak lebih lambat dibandingkan jam yang terletak lebih jauh darinya.

G adalah konstanta gravitasi;
M adalah massa benda, dalam hal ini Bumi;
r adalah jarak dari pusat bumi ke satelit;
c adalah kecepatan cahaya.

Perhitungan menggunakan rumus ini memberikan pelebaran waktu sebesar 45 μs pada satelit. Total -7μs +45μs = saldo 38μs - efek STR dan GTR.

Dalam aplikasi penentuan posisi SRNS, penundaan ionosfer dan troposfer juga harus diperhitungkan. Selain itu, koreksi 46 ns disebabkan oleh eksentrisitas orbit satelit GPS sebesar 0.02.

Kemampuan menerima sinyal secara bersamaan dari lebih dari empat satelit GPS/GLONASS memungkinkan Anda untuk lebih meningkatkan akurasi penentuan koordinat penerima. Hal ini dicapai karena navigator memecahkan sistem empat persamaan dengan empat hal yang tidak diketahui beberapa kali dan mengambil nilai rata-rata, meningkatkan keakuratan perkiraan akhir menurut hukum statistik matematika.

Cara mengkonfigurasi server NTP Stratum 1 melalui koneksi satelit

Untuk menyiapkan server waktu berkualitas tinggi, Anda hanya memerlukan GPSD, NTP, dan penerima GPS dengan output 1PPS (satu pulsa per detik).

1. Instal gpsd dan ntpd, atau gpsd dan chronyd. Versi GPSD harus ≥ 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. Hubungkan penerima GPS dengan dukungan PPS ke serial RS232 atau port USB.

Penerima GPS murah biasa tidak akan berfungsi; Anda mungkin harus melakukan sedikit pencarian untuk menemukan yang tepat.

3. Pastikan perangkat benar-benar mengeluarkan PPS, untuk melakukannya, periksa port dengan utilitas gpsmon.

4. Buka file /etc/conf.d/gpsd dan edit baris berikut.

Ganti

GPSD_OPTIONS=""

sehingga menjadi

GPSD_OPTIONS="-n"

Perubahan ini diperlukan agar gpsd segera mulai mencari sumber SRNS saat startup.

5. Mulai atau mulai ulang gpsd.

(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart

Untuk distribusi dengan systemd, gunakan perintah systemctl yang sesuai.

6. Periksa output konsol dari perintah cgps.

Anda perlu memastikan bahwa data diterima dengan benar dari satelit. Konsol harus memiliki sesuatu yang mirip dengan ilustrasi.

Output dari perintah konsol cgps.

7. Saatnya mengedit file /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

Entri NTP0 teratas menunjukkan sumber waktu universal yang tersedia di hampir semua perangkat GPS. Entri NTP1 bawah mendefinisikan sumber PPS yang jauh lebih akurat.

8. Mulai ulang ntpd.