Be tcp/ip, yra daug būdų sinchronizuoti laiką. Kai kuriems iš jų reikalingas tik įprastas telefonas, o kitiems – brangi, reta ir jautri elektroninė įranga. Plati laiko sinchronizavimo sistemų infrastruktūra apima observatorijas, vyriausybines institucijas, radijo stotis, palydovų žvaigždynus ir daug daugiau.
Šiandien aš jums pasakysiu, kaip laiko sinchronizavimas veikia be interneto ir kaip savo rankomis pasidaryti „palydovinį“ NTP serverį.
Trumpųjų bangų radijo transliacija
Jungtinėse Amerikos Valstijose NIST perduoda tikslų laiką ir dažnį 2.5, 5, 10, 15 ir 20 MHz radijo bangomis iš WWVH Fort Collins mieste, Kolorado valstijoje ir 2.5, 5, 10 ir 15 MHz iš WWVH Kauai valstijoje. Havajų valstija . Laiko kodas perduodamas 60 sekundžių intervalais 1 bps greičiu. naudojant impulsų pločio moduliaciją 100 Hz antriniame nešlyje.
Kanados nacionalinė mokslinių tyrimų taryba (NRC) platina laiko ir dažnio informaciją 3.33, 7.85 ir 14.67 MHz iš CHU Otavoje, Ontarijo valstijoje.
Transliacijos formatas WWVH
Signalo sklidimas iš trumpųjų bangų stočių dažniausiai vyksta atspindžiu iš viršutinių jonosferos sluoksnių. Signalo perdavimą galima priimti dideliais atstumais, tačiau laiko tikslumas yra maždaug viena milisekundė.
Dabartinis NTPv4 standartas apima WWV, WWVH ir CHU garso tvarkykles.
Ilgųjų bangų radijo transliacija
NIST taip pat perduoda tikslų laiką ir dažnį per ilgųjų bangų radiją 60 kHz dažniu iš Boulder, Koloradas. Yra ir kitų stočių, siunčiančių laiko signalus ilgomis bangomis.
Skambučiai ir vieta
Dažnis (kHz)
Galia (kW)
WWVB Fort Collins, Koloradas, JAV
60
50
DCF77 Mainflingen, Vokietija
77.5
30
MSF regbis, Jungtinė Karalystė
60>
50
HBG Prangins, Šveicarija
75
20
JJY Fukušima, Japonija
40
50
JJY Saga, Japonija
60
50
Žemo dažnio standartinės laiko stotys
Laiko kodas perduodamas 60 sekundžių intervalais 1 bps greičiu, kaip ir trumpųjų bangų stotys. Abiejų standartų duomenų perdavimo formatai taip pat panašūs. Signalas sklinda per apatinius jonosferos sluoksnius, kurie yra gana stabilūs ir turi nuspėjamus kasdienius aukščio pokyčius. Dėl šio fizinės aplinkos nuspėjamumo tikslumas padidėja iki 50 μs.
WWVB transliacijos formatas
Geostacionarus veikiantis aplinkos palydovas
JAV NIST taip pat perduoda tikslius laiko ir dažnio duomenis maždaug 468 MHz iš geostacionarių operatyvinių aplinkos palydovų (GOES). Laiko kodas pakaitomis su pranešimais, naudojamais nuotolinių jutiklių apklausai. Jį sudaro 60 BCD nibbles, perduodamų 30 s intervalais. Laiko kodo informacija yra panaši į antžemines paslaugas.
Globalios padėties nustatymo sistemos
JAV Gynybos departamentas naudoja GPS tiksliai navigacijai sausumoje, jūroje ir ore. Sistema užtikrina 24 valandų Žemės rutulio aprėptį, naudodama palydovų žvaigždyną 12 valandų orbitoje, pasvirusioje 55° kampu.
Pradinis 24 palydovų žvaigždynas buvo išplėstas iki 31 heterogeniškos konfigūracijos, kad bent 6 palydovai visada būtų matomi, o 8 ar daugiau palydovų būtų matomi didžiojoje pasaulio dalyje.
Į GPS panašias paslaugas teikia arba planuoja kitos šalys. Rusų GLONASS veikia jau keliolika metų, jei skaičiuoti nuo 2 metų rugsėjo 2010 dienos, kai bendras palydovų skaičius buvo padidintas iki 26 – žvaigždynas buvo visiškai dislokuotas, kad visiškai uždengtų Žemę.
GPS palydovai visame pasaulyje.
Europos Sąjungos palydovinės navigacijos sistema vadinama „Galileo“. Tikėtasi, kad „Galileo“ pradės veikti 2014–2016 m., kai į orbitą bus iškelti visi 30 suplanuotų palydovų, tačiau 2018 m. „Galileo“ palydovų žvaigždynas nebuvo pasiekęs reikiamo palydovų skaičiaus.
Taip pat yra kinų „Beidou“, kuris reiškia „banginį“. 16 palydovų žvaigždynas buvo paleistas komerciškai 27 m. gruodžio 2012 d., kaip regioninė padėties nustatymo sistema. Planuojama, kad visa sistema pasieks iki 2020 m. Kaip tik šiandien išėjau į Habré , apie sėkmingą šios sistemos palydovo paleidimą.
Koordinačių nustatymo naudojant SRNS matematika
Kaip GPS/GLONASS navigatorius jūsų išmaniajame telefone tokiu tikslumu nustato vietą naudodamas radijo navigacijos ryšio sistemą (SRNS)? Norint suprasti skaičiavimo principą, reikia atsiminti stereometriją ir algebrą vidurinėje mokykloje arba fizikos ir matematikos mokykloje.
Kiekvienas palydovas praneša imtuvui tikslų laiką. Palydovas turi atominį laikrodį, todėl juo galima pasitikėti. Žinant šviesos greitį, nesunku nustatyti sferos, kurios paviršiuje yra palydovas, spindulį. Ta pati sfera, besiliečianti su Žeme, sudaro apskritimą, ant kurio yra GPS / Glonass imtuvas.
Kai signalas ateina iš dviejų palydovų, jau turime Žemės ir dviejų sferų sankirtą, o tai duoda tik du apskritimo taškus. Idealiu atveju trečiojo palydovo sfera turėtų patekti į vieną iš šių dviejų taškų, pagaliau nustatant imtuvo koordinates.
Iš esmės net iš dviejų palydovų, remiantis netiesioginiais įrodymais, galima suprasti, kuris iš dviejų taškų yra arčiau tiesos, o šiuolaikiniai navigacijos programinės įrangos algoritmai gali susidoroti su šia užduotimi. Kam tada mums reikia ketvirto palydovo?
Vietos nustatymas naudojant palydovinį žvaigždyną.
Nesunku pastebėti, kad šiame idealizuotame paveiksle yra daug niuansų, nuo kurių priklauso skaičiavimų tikslumas. Imtuvo laikas yra bene akivaizdžiausias klaidų šaltinis. Kad viskas veiktų taip, kaip turėtų, GPS / Glonass imtuvo laikas turi būti sinchronizuotas su palydovo laiku. Be to paklaida būtų ∓ 100 tūkstančių km.
Iš greičio, laiko ir atstumo formulės S = v*t gauname pagrindinę SRNS signalo perdavimo lygtį. Atstumas iki palydovo yra lygus šviesos greičio ir palydovo ir imtuvo laiko skirtumo sandaugai.
Taip yra daugiausia dėl to, kad net ir po visų sinchronizacijų pakankamai tiksliai žinome laiką tpr imtuve. Tarp tikrojo laiko ir tpr visada bus Δt, dėl kurio skaičiavimo klaida tampa nepriimtina. Štai kodėl tau reikia ketvirta palydovas.
Kad būtų aiškesnis matematinis keturių palydovų poreikio pagrindimas, mes sukursime lygčių sistemą.
Norint nustatyti keturis nežinomuosius x, y, z ir Δt, stebėjimų skaičius turi būti lygus arba didesnis už nežinomųjų skaičių. Tai būtina, bet nepakankama sąlyga. Jei normaliųjų lygčių matrica pasirodys vienaskaita, lygčių sistema neturės sprendimo.
Taip pat neturėtume pamiršti apie specialiąją reliatyvumo teoriją ir reliatyvistinius efektus su laiko išsiplėtimu palydoviniams atominiams laikrodžiams, palyginti su antžeminiais.
Jei darysime prielaidą, kad palydovas orbitoje juda 14 tūkstančių km/h greičiu, tai gauname apie 7 μs (mikrosekundės) laiko išsiplėtimą. Kita vertus, veikia reliatyvistiniai Bendrosios reliatyvumo teorijos efektai.
Esmė tokia: orbitoje esantys palydovai yra dideliu atstumu nuo Žemės, kur erdvės ir laiko kontinuumo kreivumas dėl Žemės masės yra mažesnis nei Žemės paviršiuje. Pagal bendrąją reliatyvumo teoriją laikrodžiai, esantys arčiau masyvaus objekto, atrodys lėčiau nei esantys toliau nuo jo.
- G yra gravitacinė konstanta;
- M – objekto, šiuo atveju Žemės, masė;
- r – atstumas nuo Žemės centro iki palydovo;
- c yra šviesos greitis.
Skaičiuojant pagal šią formulę, palydovo laiko išsiplėtimas yra 45 μs. Iš viso -7μs +45μs = 38μs balansas – STR ir GTR poveikis.
Taikant SRNS padėties nustatymo programas, taip pat reikėtų atsižvelgti į jonosferos ir troposferos vėlavimą. Be to, 46 ns pataisos atsiranda dėl 0.02 GPS palydovų orbitos ekscentriškumo.
Galimybė vienu metu priimti signalus iš daugiau nei keturių GPS / GLONASS palydovų leidžia dar labiau padidinti imtuvo koordinačių nustatymo tikslumą. Tai pasiekiama dėl to, kad navigatorius išsprendžia keturių lygčių su keturiais nežinomaisiais sistemą skaičių kartų ir ima vidutinę reikšmę, padidindamas galutinio įverčio tikslumą pagal matematinės statistikos dėsnius.
Kaip sukonfigūruoti NTP serverį Stratum 1 per palydovinį ryšį
Norint nustatyti aukštos kokybės laiko serverį, jums reikia tik GPSD, NTP ir GPS imtuvo su 1PPS (vienas impulsas per sekundę) išvestis.
1. Įdiekite gpsd ir ntpd arba gpsd ir chronyd. GPSD versija turi būti ≥ 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. Prijunkite GPS imtuvą su PPS palaikymu prie RS232 serijos arba USB prievado.
Įprastas pigus GPS imtuvas neveiks; Gali tekti šiek tiek paieškoti, kad rastumėte tinkamą.
3. Įsitikinkite, kad įrenginys tikrai išleidžia PPS; norėdami tai padaryti, patikrinkite prievadą naudodami gpsmon paslaugų programą.
4. Atidarykite /etc/conf.d/gpsd failą ir redaguokite šią eilutę.
Pakeisti
GPSD_OPTIONS=""kad jis taptų
GPSD_OPTIONS="-n"Šis pakeitimas reikalingas, kad gpsd iškart pradėtų ieškoti SRNS šaltinių paleidus.
5. Paleiskite arba iš naujo paleiskite gpsd.
(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart
Platinimams su systemd naudokite atitinkamą komandą systemctl.
6. Patikrinkite cgps komandos konsolės išvestį.
Turite įsitikinti, kad duomenys iš palydovų gaunami teisingai. Konsolėje turėtų būti kažkas panašaus į iliustracijoje.
Cgps konsolės komandos išvestis.
7. Atėjo laikas redaguoti /etc/ntp.conf failą.
# 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
Viršutiniame NTP0 įraše nurodomas universalus laiko šaltinis, pasiekiamas beveik visuose GPS įrenginiuose. Apatinis NTP1 įrašas apibrėžia daug tikslesnį PPS šaltinį.
8. Iš naujo paleiskite ntpd.
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart
Platinimams su systemd naudokite komandą systemctl.
$ sudo systemctl iš naujo paleiskite ntp
Naudotos medžiagos
- Davidas L Millsas Tinklo laiko protokolas Žemėje ir kosmose,Antras leidimas.
Šaltinis: www.habr.com