Zousätzlech zu tcp / ip ginn et vill Weeër fir Zäit ze synchroniséieren. E puer vun hinnen erfuerderen nëmmen e normale Telefon, anerer erfuerderen deier, rar a sensibel elektronesch Ausrüstung. Déi extensiv Infrastruktur vun Zäitsynchroniséierungssystemer enthält Observatoiren, Regierungsinstituter, Radiostatiounen, Satellitekonstellatiounen a vill méi.
Haut wäert ech Iech soen wéi d'Zäitsynchroniséierung ouni Internet funktionnéiert a wéi Dir en "Satellit" NTP-Server mat Ären eegenen Hänn mécht.
Kuerzwelle Radiosendung
An den USA iwwerdréit NIST präzis Zäit a Frequenz op 2.5, 5, 10, 15 an 20 MHz Radiowellen vum WWVH zu Fort Collins, Colorado, an op 2.5, 5, 10 an 15 MHz vum WWVH zu Kauai. Staat Hawaii. . Den Zäitcode gëtt mat 60 Sekonnen Intervalle bei 1 bps iwwerdroen. benotzt Pulsbreedmodulatioun op engem 100 Hz Subcarrier.
Den National Research Council (NRC) vu Kanada verdeelt Zäit- a Frequenzinformatioun iwwer 3.33, 7.85 an 14.67 MHz vum CHU zu Ottawa, Ontario.
Emissioun Format WWVH
Signalverbreedung vu Kuerzwellestatiounen geschitt normalerweis duerch Reflexioun vun den ieweschte Schichten vun der Ionosphär. Signaliwwerdroungen kënnen iwwer laang Distanzen opgeholl ginn, awer d'Timinggenauegkeet ass an der Uerdnung vun enger Millisekonnen.
Den aktuellen NTPv4 Standard enthält Audio Treiber fir WWV, WWVH an CHU.
Longwave Radio Sendung
NIST iwwerdréit och präzis Zäit a Frequenz iwwer Longwave Radio bei 60 kHz vu Boulder, Colorado. Et ginn aner Statiounen, déi Zäitsignaler op laange Wellen iwwerdroen.
Call Schëlder a Standuert
Frequenz (kHz)
Kraaft (kW)
WWVB Fort Collins, Colorado, USA
60
50
DCF77 Mainflingen, Däitschland
77.5
30
MSF Rugby, Vereenegt Kinnekräich
60>
50
HBG Prangins, Schwäiz
75
20
JJY Fukushima, Japan
40
50
JJY Saga, Japan
60
50
Niddereg Frequenz Standard Time Statiounen
Den Zäitcode gëtt a 60 Sekonnen Intervalle mat 1 bps iwwerdroen, grad wéi Kuerzwellestatiounen. Datetransmissionsformater sinn och ähnlech fir béid Standarden. D'Signal propagéiert duerch déi ënnescht Schichten vun der Ionosphär, déi relativ stabil sinn an prévisibel deeglech Variatiounen an der Héicht hunn. Dank dëser Prévisibilitéit vum kierperlechen Ëmfeld erhéicht d'Genauegkeet op 50 μs.
WWVB Broadcast Format
Geostationär operationell Ëmweltsatellit
An den USA iwwerdréit NIST och präzis Zäit- a Frequenzdaten op ongeféier 468 MHz vu Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES). Den Zäitcode alternéiert mat Messagen déi benotzt gi fir Fernsensoren ze pollen. Et besteet aus 60 BCD Nibbles mat 30 Sekonnen Intervalle iwwerdroen. Zäitcode Informatioun ass ähnlech wéi terrestresch Servicer.
Global Positionéierungssystemer
Den US Department of Defense benotzt GPS fir präzis Navigatioun um Land, Mier an an der Loft. De System bitt 24-Stonnen Ofdeckung vum Globus mat engem Konstellatioun vu Satellitten an 12-Stonne-Bunnen, déi op 55° geneigt sinn.
Déi ursprénglech Konstellatioun vu 24 Satellitte gouf op 31 Satellitten an enger heterogener Konfiguratioun erweidert, sou datt op d'mannst 6 Satellitte ëmmer an der Siicht sinn, an 8 oder méi Satellitte iwwer déi meescht vun der Welt.
Servicer ähnlech wéi GPS gi vun anere Länner bedriwwe oder geplangt. De russesche GLONASS fonctionnéiert zënter enger Dose Joer, zielt vum 2. September 2010, wéi d'total Zuel vun de Satellitte op 26 erhéicht gouf - d'Stärebild war voll agesat fir d'Äerd komplett ze decken.
GPS Satellitte ronderëm de Globus.
De Satellitennavigatiounssystem vun der Europäescher Unioun heescht Galileo. Et gouf erwaart datt de Galileo 2014-2016 géif operéieren, wann all 30 geplangte Satellitte an d'Ëmlafbunn gestart ginn, mä bis 2018 hat d'Galileo Satellittekonstellatioun net déi néideg Zuel u Satellitten erreecht.
Et gëtt och de Chinese "Beidou", dat heescht "Wal". D'Konstellatioun vu 16 Satellitte gouf de 27. Dezember 2012 als regionalt Positionéierungssystem a kommerziell Operatioun gestart. Et ass geplangt datt de System bis 2020 voll Kapazitéit erreecht. Just haut sinn ech op Habré erauskomm , iwwer den erfollegräiche Start vun engem Satellit vun dësem System.
Mathematik vun der Bestëmmung vun Koordinaten mat SRNS
Wéi bestëmmt de GPS/GLONASS Navigator op Ärem Smartphone d'Plaz mat esou Genauegkeet mam Radionavigatiounskommunikatiounssystem (SRNS)? Fir de Prinzip vun de Berechnungen ze verstoen, musst Dir Stereometrie an Algebra am Lycée, oder Physik a Mathematikschoul erënneren.
All Satellit seet den Empfänger déi genau Zäit. De Satellit huet eng atomar Auer an dofir kann een trauen. Wann Dir d'Vitesse vum Liicht kennt, ass et net schwéier de Radius vun der Sphär op der Uewerfläch ze bestëmmen, vun där de Satellit läit. Dës selwecht Kugel, a Kontakt mat der Äerd, bildt e Krees op deem de GPS / Glonass Empfänger läit.
Wann d'Signal vun zwee Satellitte kënnt, hu mir schonn d'Kräizung vun der Äerd an zwou Kugelen, déi nëmmen zwee Punkten um Krees gëtt. D'Sphär vum drëtte Satellit sollt am Idealfall an ee vun dësen zwee Punkte falen, endlech d'Koordinate vum Empfänger bestëmmen.
Am Prinzip, och aus zwee Satellitte, baséiert op indirekten Beweiser, kann ee verstoen, wéi eng vun deenen zwee Punkte méi no un der Wourecht ass, a modern Navigatiounssoftware Algorithmen kënnen dës Aufgab eens ginn. Firwat brauche mir dann e véierte Satellit?
Bestëmmung Standuert benotzt Satellit Konstellatioun.
Et ass einfach ze gesinn datt an dësem idealiséierte Bild vill Nuancen sinn, op deenen d'Genauegkeet vun de Berechnungen hänkt. Empfängerzäit ass vläicht déi offensichtlechst Quell vu Feeler. Fir datt alles funktionnéiert wéi et soll, muss d'GPS / Glonass Empfänger Zäit mat der Satellit Zäit synchroniséiert sinn. Ouni dëst wier de Feeler ∓ 100 dausend km.
Aus der Formel fir Geschwindegkeet, Zäit an Distanz S = v * t kréien mir d'Basis Equatioun fir d'Transmissioun vun der SRNS Signal. D'Distanz zum Satellit ass gläich mam Produkt vun der Liichtgeschwindegkeet an dem Zäitdifferenz um Satellit an dem Empfänger.
Dëst ass haaptsächlech wéinst der Tatsaach, datt och no all Synchroniséierunge mir d'Zäit tpr beim Empfänger mat enger genuch Genauegkeet kennen. Tëscht richteg Zäit an tpr gëtt et ëmmer Δt, wéinst deem de Berechnungsfehler inakzeptabel gëtt. Dofir braucht Dir Véierten Satellit.
Fir eng méi kloer mathematesch Begrënnung fir de Besoin fir véier Satellitte wäerte mir e System vun Equatioune konstruéieren.
Fir déi véier Onbekannten x, y, z an Δt ze bestëmmen, muss d'Zuel vun den Observatioune gläich oder méi grouss sinn wéi d'Zuel vun den Onbekannten. Dëst ass eng noutwendeg awer net genuch Konditioun. Wann d'Matrix vun normale Gleichungen singular ass, huet de System vun de Gleichungen keng Léisung.
Mir sollten och net iwwer d'Spezial Relativitéitstheorie an d'relativistesch Effekter mat Zäitdilatatioun op Atomuhren par rapport zu Buedem vergiessen.
Wa mir dovun ausgoen, datt de Satellit sech an der Ëmlafbunn mat enger Geschwindegkeet vu 14 Tausend km/h bewegt, da kréie mir eng Zäitdilatatioun vu ronn 7 μs (Mikrosekonnen). Op der anerer Säit funktionnéieren déi relativistesch Effekter vun der Allgemeng Relativitéitstheorie.
De Punkt ass dëst: Satellitten an der Ëmlafbunn sinn op enger grousser Distanz vun der Äerd, wou d'Krümmung vum Raum-Zäit Kontinuum wéinst der Äerdmass manner ass wéi op der Äerduewerfläch. Laut der allgemenger Relativitéitstheorie wäerte Auer méi no bei engem massiven Objet méi lues schéngen wéi déi méi wäit dovun.
- G ass d'Gravitatiounskonstant;
- M ass d'Mass vum Objet, an dësem Fall d'Äerd;
- r ass d'Distanz vum Zentrum vun der Äerd zum Satellit;
- c ass d'Vitesse vum Liicht.
D'Berechnung mat dëser Formel gëtt eng Zäitdilatatioun vu 45 μs um Satellit. Total -7μs +45μs = 38μs Gläichgewiicht - Effekter vun STR an GTR.
Bei SRNS Positionéierungsapplikatiounen sollten och ionosphäresch an troposphär Verzögerungen berücksichtegt ginn. Zousätzlech sinn d'46 ns Korrekturen duerch d'0.02 Exzentrizitéit vun de GPS-Satellitten Ëmlaf.
D'Kapazitéit fir Signaler gläichzäiteg vu méi wéi véier GPS / GLONASS Satellitten ze kréien erlaabt Iech d'Genauegkeet vun der Bestëmmung vun de Koordinaten vum Empfänger weider ze erhéijen. Dëst gëtt erreecht wéinst der Tatsaach, datt de Navigator e System vu véier Equatioune mat véier Onbekannten léist Unzuel vun Mol an hëlt den Duerchschnëttswäert, erhéicht d'Genauegkeet vun der definitiver Schätzung no de Gesetzer vun der mathematescher Statistik.
Wéi konfiguréieren NTP Server Stratum 1 iwwer Satellit Verbindung
Fir e qualitativ héichwäerteg Zäitserver opzestellen, braucht Dir nëmmen GPSD, NTP an e GPS Empfänger mat 1PPS (een Puls pro Sekonn) Ausgang.
1. Installéiert gpsd an ntpd, oder gpsd an chronyd. GPSD Versioun muss ≥ 3.20 sinn
(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. Connect engem GPS Empfänger mat PPS Ënnerstëtzung op der RS232 Serien oder USB port.
E regelméisseg bëlleg GPS Receiver wäert net schaffen; Dir musst vläicht e bëssen Sich maachen fir déi richteg ze fannen.
3. Vergewëssert Iech datt den Apparat wierklech PPS gëtt; Fir dëst ze maachen, kontrolléiert den Hafen mam GPSmon Utility.
4. Öffnen d'Datei /etc/conf.d/gpsd an ännert déi folgend Linn.
Ersetzen
GPSD_OPTIONS=""sou datt et gëtt
GPSD_OPTIONS="-n"Dës Ännerung ass erfuerderlech fir datt gpsd direkt ufänkt no SRNS Quellen beim Start ze sichen.
5. Start oder Restart gpsd.
(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart
Fir Distributiounen mat systemd, benotzt de passenden systemctl Kommando.
6. Kontrolléiert d'Konsolausgang vum cgps Kommando.
Dir musst sécher sinn datt d'Donnéeën richteg vun de Satellitte kritt ginn. D'Konsole soll eppes ähnlech wéi d'Illustratioun hunn.
Ausgang vum cgps Konsol Kommando.
7. Et ass Zäit d'Datei /etc/ntp.conf z'änneren.
# 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
Déi Top NTP0 Entrée weist op eng universell Zäitquell, déi op bal all GPS-Geräter verfügbar ass. Déi ënnescht NTP1 Entrée definéiert eng vill méi genee PPS Quell.
8. Restart ntpd.
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart
Fir Distributiounen mat systemd, benotzt de Systemctl Kommando.
$ sudo systemctl ntp nei starten
Matière benotzt
- David L Mills Den Network Time Protocol op der Äerd an am Weltraum, Zweet Editioun.
Source: will.com