I tillegg til tcp/ip finnes det mange mÄter Ä synkronisere tid pÄ. Noen av dem krever bare en vanlig telefon, mens andre krever kostbart, sjeldent og sensitivt elektronisk utstyr. Den omfattende infrastrukturen for tidssynkronisering inkluderer observatorier, statlige institutter, radiostasjoner, satellittgrupper og mye mer.
I dag skal jeg fortelle hvordan tidssynkronisering uten internett fungerer, og hvordan du lager en âsatellittâ NTP-server selv.
Radioutsending pÄ kortbÞlger
I USA sender NIST nÞyaktig tid og frekvens pÄ 2,5, 5, 10, 15 og 20 MHz radiobÞlger fra WWVH-stasjonen i Fort Collins, Colorado, og pÄ frekvenser 2,5, 5, 10 og 15 MHz fra WWVH-stasjonen pÄ Kauai, Hawaii. Tidskoden sendes gjennom et 60-sekunders intervall med hastighet 1 b/s ved bruk av breddemodulering med en underfrekvens pÄ 100 Hz.
National Research Council (NRC) i Canada distribuerer tids- og frekvensinformasjon pÄ 3,33, 7,85 og 14,67 MHz fra CHU-stasjonen i Ottawa, Ontario.
Formatet for sending fra WWVH
SignaloverfÞring fra kortbÞlgestasjoner skjer vanligvis ved refleksjon fra de Þvre lagene av ionosfÊren. Signaler kan mottas pÄ store avstander, men tidsnÞyaktigheten ligger rundt én millisekund.
Den nÄvÊrende NTPv4-standarden inkluderer lyddrivere for WWV, WWVH og CHU.
Radioutsending pÄ langbÞlger
NIST sender ogsÄ nÞyaktig tid og frekvens pÄ langbÞlger pÄ 60 kHz fra Boulder, Colorado. Det finnes ogsÄ andre stasjoner som sender signaler for nÞyaktig tid pÄ langbÞlger.
Kallesignaler og beliggenhet
Frekvens (kHz)
Effekt (kW)
WWVB Fort Collins, Colorado, USA
60
50
DCF77 Mainflingen, Tyskland
77.5
30
MSF Rugby, Storbritannia
60>
50
HBG Prangins, Sveits
75
20
JJY Fukushima, Japan
40
50
JJY Saga, Japan
60
50
Lavfrekvente standardtidsstasjoner
Tidskoden sendes hvert 60. sekund med en hastighet pĂ„ 1 b/s, pĂ„ samme mĂ„te som pĂ„ kortbĂžlgestasjoner. Formatene for datatransmisjon er ogsĂ„ like for begge standardene. Signalets spredning skjer gjennom de nedre lagene av ionosfĂŠren, som er relativt stabile og har forutsigbare daglige variasjoner i hĂžyde. Takket vĂŠre denne forutsigbarheten i det fysiske miljĂžet Ăžker nĂžyaktigheten til 50 ÎŒs.
WWVB-signalformat
GeostasjonÊr operasjons satellitt for miljÞovervÄking
I USA sender ogsÄ NIST nÞyaktige tids- og frekvensdata pÄ omtrent 468 MHz fra geostasjonÊre miljÞoperasjons satellitter (GOES). Tidskoden veksler med meldinger som brukes til Ä forespÞrre fjerntliggende sensorer. Den bestÄr av 60 BCD-halvbyte som sendes med 30 sekunders intervaller. Tidskodeinformasjonen er lik den som tilbys av bakkenettverk.
Globale posisjonering systemer
Forsvarsdepartementet i USA bruker GPS for nÞyaktig navigering til lands, til sjÞs og i luften. Dette systemet gir 24-timers dekning av jordens overflate ved hjelp av en satellittkonstellasjon med 12-timers baner som er tiltet med 55°.
Den opprinnelige konstellasjonen pÄ 24 satellitter er utvidet til 31 satellitter i en ujevn konfigurasjon, slik at minst 6 satellitter alltid er synlige, og 8 eller flere satellitter er synlige i store deler av verden.
Tjenester som GPS drives eller planlegges av andre land. Den russiske GLONASS har vĂŠrt operativ i omtrent et tiĂ„r, regnet fra 2. september 2010, da det totale antallet satellitter ble Ăžkt til 26 â konstellasjonen ble komplett for full dekning av jorden.
GPS-satellitter rundt om i verden.
Den europeiske Unionens satellittnavigasjonssystem kalles «Galileo». Det var ventet at «Galileo» skulle begynne Ă„ operere i 2014â2016, nĂ„r alle de 30 planlagte satellittene ville bli sendt opp i bane. Men per 2018 har ikke satellittkonstellasjonen «Galileo» nĂ„dd det nĂždvendige antallet enheter.
Det finnes ogsÄ den kinesiske «Beidou», som oversatt betyr «hval». Gruppen bestÄende av 16 satellitter ble tatt i kommersiell drift 27. desember 2012, som et regionalt posisjoneringssystem. Det er planlagt at systemet skal nÄ full kapasitet innen 2020. Akkurat i dag ble det publisert pÄ Habr , om den vellykkede oppskytningen av satellitten fra dette systemet.
Matematikk for Ă„ bestemme koordinater ved hjelp av RNSS
Hvordan GPS/GLONASS-navigatoren pÄ smarttelefonen din bestemmer posisjonen din sÄ nÞyaktig ved hjelp av radiobillet kommunikasjonsystemet (RNSS)? For Ä forstÄ prinsippet bak beregningene mÄ vi huske stereometri og algebra fra de hÞyere klassene pÄ videregÄende, eller fysikk-matematikkskolen.
Hver satellitt rapporterer nÞyaktig tid til mottakeren. Satellittene er utstyrt med atomklokker, sÄ vi kan stole pÄ dem. Med kjennskap til lysets hastighet er det ikke vanskelig Ä bestemme radiusen pÄ sfÊren som satellitten befinner seg pÄ. Denne sfÊren danner et rundt omrÄde som berÞrer jorden, der GPS/GLONASS-mottakeren befinner seg.
NÄr signalet kommer fra to satellitter, har vi allerede skjÊringspunktet mellom jorden og de to sfÊrene, noe som gir oss kun to punkter pÄ sirkelen. Den tredje satellittens sfÊre mÄ i idealfallet treffe et av disse to punktene, og pÄ den mÄten bestemme mottakerens koordinater.
I prinsippet kan vi selv med to satellitter ut fra indirekte tegn forstÄ hvilken av de to punktene som er nÊrmest sannheten, og moderne algoritmer for navigasjonsprogramvare kan hÄndtere en slik oppgave. Hvorfor trenger vi da den fjerde satellitten?
Bestemmelse av posisjon ved hjelp av satellittgruppe.
Det er ikke vanskelig Ă„ se at det er mange nyanser i dette idealiserte bildet som pĂ„virker nĂžyaktigheten av beregningene. Tiden pĂ„ mottakeren er sannsynligvis den mest opplagte kilden til feil. For at alt skal fungere som det skal, mĂ„ GPS/GLONASS-mottakerens tid vĂŠre synkronisert med satellittens tid. Uten dette ville feilen vĂŠre â 100 tusen km.
Fra formelen for hastighet, tid og avstand S = v*t fÄr vi den grunnleggende likningen for overfÞring av signalet fra RNSS. Avstanden til satellitten er lik produktet av lysets hastighet og tidsforskjellen mellom satellitten og mottakeren.
Hovedsakelig skjer dette fordi vi selv etter alle synkroniseringer vet tidspunktet pĂ„ mottakeren tĐżŃ med tilstrekkelig nĂžyaktighet. Det vil alltid eksistere en Ît mellom den sanne tiden og tĐżŃ, som gjĂžr beregningene unĂžyaktige. Derfor er det nĂždvendig med fjerde en satellitt.
For en klarere matematisk begrunnelse for behovet for fire satellitter vil vi sette opp et system av ligninger.
For Ă„ bestemme de fire ukjente x, y, z og Ît er det nĂždvendig at antallet observasjoner er likt eller stĂžrre enn antallet ukjente. Dette er en nĂždvendig, men ikke tilstrekkelig betingelse. Hvis matrisen av normale ligninger viser seg Ă„ vĂŠre degenerert, vil systemet av ligninger ikke ha en lĂžsning.
Det er heller ikke lurt Ä glemme Spesialteorien om Relativitet og relativistiske effekter med tidsforlengelse pÄ atomklokker i satellitter sammenlignet med bakken.
Hvis vi antar at satellitten beveger seg i en bane med en hastighet pĂ„ 14 000 km/t, fĂ„r vi en tidsforlengelse pĂ„ omtrent 7 ÎŒs (mikrosekunder). PĂ„ den annen side pĂ„virkes det av relativistiske effekter fra Den Generelle Teorien om Relativitet.
Saken er at satellittene pÄ banene befinner seg langt fra jorden, der krumningen i romtids-kontinuumet er mindre enn pÄ jordoverflaten pÄ grunn av jordens masse. I henhold til GTR vil klokkene som ligger nÊrmere et massivt objekt, synes Ä gÄ saktere enn de som befinner seg lenger unna.
- G â gravitasjonskonstanten;
- M â massen av objektet, i dette tilfellet jorden;
- r â avstanden fra jordens sentrum til satellitten;
- c â lysets hastighet.
Beregningen etter denne formelen gir en tidsforlengelse pĂ„ 45 ÎŒs pĂ„ satellitten. Totalt -7ÎŒs +45ÎŒs = 38ÎŒs balanse av SRT- og GRT-effekter.
I praktiske oppgaver for bestemmelse av plassering ved hjelp av GNSS, bÞr ionosfÊriske og troposfÊriske forsinkelser ogsÄ tas i betraktning. I tillegg er korreksjoner pÄ 46 ns relatert til eksentrisiteten 0.02 til GPS-satellittenes bane.
Muligheten til Ä motta signaler samtidig fra mer enn fire GPS / GLONASS-satellitter tillater Ä Þke presisjonen i bestemme koordinatene til mottakeren ytterligere. Dette oppnÄs ved at navigatÞren lÞser systemet med fire ligninger med fire ukjente. 
antall ganger og tar gjennomsnittet, og Ăžker nĂžyaktigheten av den endelige vurderingen i henhold til lovene for matematisk statistikk.
Hvordan sette opp en Stratum 1 NTP-server via satellitt
For Ă„ sette opp en hĂžykvalitets tidsserver er det bare nĂždvendig med GPSD, NTP og en GPS-mottaker med 1PPS utgang (ett puls per sekund).
1. Installer gpsd og ntpd, eller gpsd og chronyd. Versjonen av gpsd mÄ vÊre ℠3.20.
(1:1109)$ sudo emerge -av gpsd chrony
Lokal kopi av den eksterne indeksen er oppdatert og vil bli brukt.
Beregner avhengigheter... ferdig!
[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 pakker (3 nye, 3 binÊre), StÞrrelse pÄ nedlastinger: 1275 KiB
Vil du slÄ sammen disse pakkene? [Ja/Nei]2. Koble til GPS-mottakeren med PPS-stÞtte til den serielle RS232 eller USB-porten.
En vanlig billig GPS-mottaker vil ikke fungere; det kan vĂŠre nĂždvendig Ă„ lete litt for Ă„ finne en passende.
3. SĂžrg for at enheten faktisk leverer PPS, sjekk dette porten med verktĂžyet gpsmon.
4. Ă pne filen /etc/conf.d/gpsd og rediger fĂžlgende linje.
Endre
GPSD_OPTIONS=""til
GPSD_OPTIONS="-n"Denne endringen er nÞdvendig for Ä fÄ gpsd til Ä begynne Ä sÞke etter GNSS-kilder umiddelbart ved oppstart.
5. Start eller restart gpsd.
(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart
For distribusjoner med systemd, bruk den relevante systemctl-kommandoen.
6. Sjekk konsollutgangen til kommandoen cgps.
Det er viktig Ă„ forsikre seg om at data kommer korrekt fra satellittene. Utgangen i konsollen skal ligne illustrasjonen.
Utgangen fra konsollkommandoen cgps.
7. NÄ er det pÄ tide Ä redigere filen /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
Den Þverste oppfÞringen NTP0 angir en universell tidskilde som er tilgjengelig pÄ nesten alle GPS-enheter. Den nederste oppfÞringen NTP1 definerer en mye mer presis PPS-kilde.
8. Restart ntpd.
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart For distribusjoner med systemd, bruk systemctl-kommandoen.
$ sudo systemctl restart ntp
Brukte materialer
- David L Mills, Nettverkstidprotokollen pÄ jorden og i rommet, Andre utgave.
Kilde: habr.com
Russian
Italian
German
Polish
Estonian
Albanian
Bulgarian
Croatian
Czech
Danish
Dutch
English
French
Hungarian
Latvian
Norwegian
Portuguese
Romanian
Slovak
Slovenian
Spanish
Swedish