Selain tcp/ip, terdapat banyak cara untuk menyegerakkan masa. Sesetengah daripada mereka hanya memerlukan telefon biasa, manakala yang lain memerlukan peralatan elektronik yang mahal, jarang dan sensitif. Infrastruktur sistem penyegerakan masa yang luas termasuk balai cerap, institusi kerajaan, stesen radio, buruj satelit dan banyak lagi.
Hari ini saya akan memberitahu anda bagaimana penyegerakan masa berfungsi tanpa Internet dan cara membuat pelayan NTP "satelit" dengan tangan anda sendiri.
Penyiaran radio gelombang pendek
Di Amerika Syarikat, NIST memancarkan masa dan kekerapan 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. Negeri Hawaii . Kod masa dihantar pada selang 60 saat pada 1 bps. menggunakan modulasi lebar denyut pada subpembawa 100 Hz.
Majlis Penyelidikan Kebangsaan (NRC) Kanada mengedarkan maklumat masa dan kekerapan pada 3.33, 7.85 dan 14.67 MHz dari CHU di Ottawa, Ontario.
Format siaran WWVH
Penyebaran isyarat dari stesen gelombang pendek biasanya berlaku dengan pantulan dari lapisan atas ionosfera. Penghantaran isyarat boleh diterima dalam jarak yang jauh, tetapi ketepatan masa adalah mengikut urutan satu milisaat.
Piawaian NTPv4 semasa termasuk pemacu audio untuk WWV, WWVH dan CHU.
Penyiaran radio gelombang panjang
NIST juga memancarkan masa dan kekerapan yang tepat melalui radio gelombang panjang pada 60 kHz dari Boulder, Colorado. Terdapat stesen lain yang menghantar isyarat masa pada gelombang panjang.
Tanda panggilan dan lokasi
Kekerapan (kHz)
Kuasa (kW)
WWVB Fort Collins, Colorado, Amerika Syarikat
60
50
DCF77 Mainflingen, Jerman
77.5
30
Ragbi MSF, United Kingdom
60>
50
HBG Prangins, Switzerland
75
20
JJY Fukushima, Jepun
40
50
JJY Saga, Jepun
60
50
Stesen Waktu Standard Frekuensi Rendah
Kod masa dihantar dalam selang 60 saat pada 1 bps, sama seperti stesen gelombang pendek. Format penghantaran data juga serupa untuk kedua-dua piawaian. Isyarat merambat melalui lapisan bawah ionosfera, yang agak stabil dan mempunyai variasi ketinggian harian yang boleh diramal. Terima kasih kepada kebolehramalan persekitaran fizikal ini, ketepatan meningkat kepada 50 ΞΌs.
Format siaran WWVB
Satelit persekitaran operasi geostasioner
Di AS, NIST juga menghantar data masa dan kekerapan yang tepat pada kira-kira 468 MHz daripada Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES). Kod masa bergantian dengan mesej yang digunakan untuk meninjau penderia jauh. Ia terdiri daripada 60 camilan BCD yang dihantar pada selang 30 saat. Maklumat kod masa adalah serupa dengan perkhidmatan darat.
Sistem kedudukan global
Jabatan Pertahanan AS menggunakan GPS untuk navigasi tepat di darat, laut dan di udara. Sistem ini menyediakan liputan 24 jam dunia menggunakan buruj satelit dalam orbit 12 jam condong pada 55Β°.
Buruj asal 24 satelit telah diperluaskan kepada 31 satelit dalam konfigurasi heterogen supaya sekurang-kurangnya 6 satelit sentiasa dilihat, dan 8 atau lebih satelit dapat dilihat di kebanyakan dunia.
Perkhidmatan yang serupa dengan GPS sedang dikendalikan atau dirancang oleh negara lain. GLONASS Rusia telah beroperasi selama sedozen tahun, jika anda mengira dari 2 September 2010, apabila jumlah bilangan satelit meningkat kepada 26 - buruj itu telah digunakan sepenuhnya untuk menutup Bumi sepenuhnya.
Satelit GPS di seluruh dunia.
Sistem navigasi satelit Kesatuan Eropah dipanggil Galileo. Dijangkakan bahawa Galileo akan mula beroperasi pada 2014-2016, apabila kesemua 30 satelit yang dirancang akan dilancarkan ke orbit. Tetapi sehingga 2018, buruj satelit Galileo tidak mencapai bilangan satelit yang diperlukan.
Terdapat juga bahasa Cina "Beidou", yang bermaksud "paus". Buruj 16 satelit telah dilancarkan ke dalam operasi komersial pada 27 Disember 2012, sebagai sistem kedudukan serantau. Ia dirancang bahawa sistem itu akan mencapai kapasiti penuh menjelang 2020. Baru hari ini, saya keluar pada HabrΓ© , tentang kejayaan pelancaran satelit sistem ini.
Matematik menentukan koordinat menggunakan SRNS
Bagaimanakah pelayar GPS/GLONASS pada telefon pintar anda menentukan lokasi dengan ketepatan sedemikian menggunakan sistem komunikasi navigasi radio (SRNS)? Untuk memahami prinsip pengiraan, anda perlu mengingati stereometri dan algebra di sekolah menengah, atau sekolah fizik dan matematik.
Setiap satelit memberitahu penerima masa yang tepat. Satelit mempunyai jam atom dan oleh itu boleh dipercayai. Mengetahui kelajuan cahaya, tidak sukar untuk menentukan jejari sfera pada permukaan di mana satelit itu terletak. Sfera yang sama ini, bersentuhan dengan Bumi, membentuk bulatan di mana penerima GPS / Glonass berada.
Apabila isyarat tiba dari dua satelit, kita sudah mempunyai persilangan Bumi dan dua sfera, yang memberikan hanya dua titik pada bulatan. Sfera satelit ketiga sepatutnya jatuh ke dalam salah satu daripada dua titik ini, akhirnya menentukan koordinat penerima.
Pada dasarnya, walaupun dari dua satelit, berdasarkan bukti tidak langsung, seseorang dapat memahami mana antara dua titik itu lebih dekat dengan kebenaran, dan algoritma perisian navigasi moden dapat mengatasi tugas ini. Mengapa kemudian kita memerlukan satelit keempat?
Menentukan lokasi menggunakan buruj satelit.
Adalah mudah untuk melihat bahawa dalam gambar ideal ini terdapat banyak nuansa yang bergantung pada ketepatan pengiraan. Masa penerima mungkin merupakan punca ralat yang paling jelas. Agar semuanya berfungsi sebagaimana mestinya, masa penerima GPS / Glonass mesti disegerakkan dengan masa satelit. Tanpa ini, ralat akan menjadi β 100 ribu km.
Daripada formula untuk kelajuan, masa dan jarak S = v*t kita memperoleh persamaan asas untuk menghantar isyarat SRNS. Jarak ke satelit adalah sama dengan hasil darab kelajuan cahaya dan perbezaan masa pada satelit dan penerima.
Ini disebabkan terutamanya oleh fakta bahawa walaupun selepas semua penyegerakan, kita mengetahui masa tpr pada penerima dengan tahap ketepatan yang mencukupi. Antara masa benar dan tpr akan sentiasa ada Ξt, yang menyebabkan ralat pengiraan menjadi tidak boleh diterima. Itulah sebabnya anda perlukan keempat satelit.
Untuk justifikasi matematik yang lebih jelas untuk keperluan empat satelit, kami akan membina sistem persamaan.
Untuk menentukan empat x, y, z, dan Ξt yang tidak diketahui, bilangan cerapan mestilah sama atau lebih daripada bilangan yang tidak diketahui. Ini adalah syarat yang perlu tetapi tidak mencukupi. Jika matriks persamaan normal ternyata tunggal, sistem persamaan tidak akan mempunyai penyelesaian.
Kita juga tidak harus melupakan Teori Khas Relativiti dan kesan relativistik dengan pelebaran masa pada jam atom satelit berbanding dengan jam tanah.
Jika kita mengandaikan bahawa satelit bergerak di orbit pada kelajuan 14 ribu km/j, maka kita mendapat pelebaran masa kira-kira 7 ΞΌs (mikrosaat). Sebaliknya, kesan relativistik Teori Umum Relativiti beroperasi.
Intinya ialah: satelit di orbit berada pada jarak yang jauh dari Bumi, di mana kelengkungan kontinum ruang-masa adalah kurang daripada di permukaan Bumi disebabkan oleh jisim Bumi. Mengikut relativiti am, jam yang terletak lebih dekat dengan objek besar akan kelihatan lebih perlahan daripada jam yang jauh daripadanya.
- G ialah pemalar graviti;
- M ialah jisim objek, dalam kes ini Bumi;
- r ialah jarak dari pusat Bumi ke satelit;
- c ialah kelajuan cahaya.
Pengiraan menggunakan formula ini memberikan pelebaran masa sebanyak 45 ΞΌs pada satelit. Jumlah -7ΞΌs +45ΞΌs = baki 38ΞΌs - kesan STR dan GTR.
Dalam aplikasi penentududukan SRNS, kelewatan ionosfera dan troposfera juga perlu diambil kira. Di samping itu, pembetulan 46 ns adalah disebabkan oleh kesipian 0.02 orbit satelit GPS.
Keupayaan untuk menerima isyarat secara serentak daripada lebih daripada empat satelit GPS / GLONASS membolehkan anda meningkatkan lagi ketepatan menentukan koordinat penerima. Ini dicapai kerana fakta bahawa navigator menyelesaikan sistem empat persamaan dengan empat yang tidak diketahui bilangan kali dan mengambil nilai purata, meningkatkan ketepatan anggaran akhir mengikut undang-undang statistik matematik.
Bagaimana untuk mengkonfigurasi pelayan NTP Stratum 1 melalui sambungan satelit
Untuk menyediakan pelayan masa berkualiti tinggi, anda hanya memerlukan GPSD, NTP dan penerima GPS dengan output 1PPS (satu nadi sesaat).
1. Pasang gpsd dan ntpd, atau gpsd dan chronyd. Versi GPSD mestilah β₯ 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. Sambungkan penerima GPS dengan sokongan PPS ke port bersiri atau USB RS232.
Penerima GPS murah biasa tidak akan berfungsi; Anda mungkin perlu melakukan sedikit carian untuk mencari yang betul.
3. Pastikan peranti benar-benar mengeluarkan PPS; untuk melakukan ini, semak port dengan utiliti gpsmon.
4. Buka fail /etc/conf.d/gpsd dan edit baris berikut.
Ganti
GPSD_OPTIONS=""sehingga menjadi
GPSD_OPTIONS="-n"Perubahan ini diperlukan supaya gpsd segera mula mencari sumber SRNS semasa dimulakan.
5. Mulakan atau mulakan semula gpsd.
(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart
Untuk pengedaran dengan systemd, gunakan perintah systemctl yang sesuai.
6. Semak output konsol arahan cgps.
Anda perlu memastikan bahawa data diterima dengan betul daripada satelit. Konsol sepatutnya mempunyai sesuatu yang serupa dengan ilustrasi.
Output arahan konsol cgps.
7. Sudah tiba masanya untuk mengedit fail /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 masa universal yang tersedia pada hampir semua peranti GPS. Entri NTP1 bawah mentakrifkan sumber PPS yang lebih tepat.
8. Mulakan semula ntpd.
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart
Untuk pengedaran dengan systemd, gunakan perintah systemctl.
$ sudo systemctl mulakan semula ntp
Bahan yang digunakan
- David L Mills Protokol Masa Rangkaian di Bumi dan di Angkasa,Edisi kedua.
Sumber: www.habr.com