🥇Sinkronizimi i kohës pa internet

Përveç tcp/ip, ka shumë mënyra për sinkronizimin e kohës. Disa prej tyre kërkojnë vetëm një telefon të zakonshëm, ndërsa të tjera kërkojnë pajisje elektronike të shtrenjta, të rralla dhe të ndjeshme. Infrastruktura e gjerë e sistemeve të sinkronizimit të kohës përfshin observatorë, institucione shtetërore, radio stacione, grupe satelitësh dhe shumë të tjera.

Sot do t'ju tregoj se si funksionon sinkronizimi i kohës pa internet dhe si të krijoni një server NTP “satelitor” me duar.

Transmetimi në vale të shkurtra

Në Shtetet e Bashkuara të Amerikës, NIST transmeton kohën dhe frekuencën e saktë në 2.5, 5, 10, 15 dhe 20 MHz përmes stacionit WWVH në Fort Collins, Colorado, dhe në frekuencat 2.5, 5, 10 dhe 15 MHz nga stacioni WWVH në Kauai, Hawaii. Kodi temporal transmetohet përmes një intervali 60-sekondësh me shpejtësi 1 b/s, duke përdorur modulim gjerë-nxënës në një nënfrekuencë 100 Hz.

Këshilli Kombëtar i Kërkimeve (NRC) i Kanadasë shpërndan informacionin e kohës dhe frekuencës në 3.33, 7.85 dhe 14.67 MHz nga stacioni CHU në Ottawa, Ontario.

Formati i transmetimit WWVH

Shpërndarja e sinjalit nga stacionet e valëve të shkurtra zakonisht ndodh përmes reflektimit nga shtresat e sipërme të ionosferës. Trasmetimet e sinjalit mund të priten në distanca të mëdha, megjithatë saktësia e kohës arrin rreth një milisekonde.

Standardi aktual NTPv4 përfshin drejtorët audio për WWV, WWVH dhe CHU.

Transmetimi në vale të gjata

NIST gjithashtu transmeton kohën dhe frekuencën e saktë përmes valëve të gjata në 60 kHz nga Boulder, Colorado. Ekzistojnë edhe stacione të tjera që transmetojnë sinjale të sakta të kohës në valë të gjata.

Thirrjet dhe vendndodhja
Frekvenca (kHz)
Fuqi (kW)

WWVB Fort Collins, Colorado, SHBA
60
50

DCF77 Mainflingen, Gjermani
77.5
30

MSF Rugby, Mbretëria e Bashkuar
60>
50

HBG Prangins, Zvicër
75
20

JJY Fukushima, Japoni
40
50

JJY Saga, Japoni
60
50

Stacionet e Ulta frekencave të Kohës Standard

Kodi temporal transmetohet përmes një intervali 60-sekondësh me shpejtësi 1 b/s, ashtu si në stacionet e valëve të shkurtra. Format e transmetimit gjithashtu janë të ngjashme për të dy standardet. Shpërndarja e sinjalit ndodh përmes shtresave më të ulëta të ionosferës, të cilat janë relativisht të qëndrueshme dhe kanë variacione ditore të parashikueshme të lartësisë. Falë kësaj parashikueshmërie të ambientit fizik, saktësia rritet deri në 50 μs.

Formati i transmetimit WWVB

Sateliti i caktuar për mbikëqyrjen e mjedisit

Në SHBA, NIST gjithashtu transmeton të dhëna për kohën dhe frekuencën e saktë rreth 468 MHz nga satelitët e caktuar për mbikëqyrjen e mjedisit (GOES). Kodi temporal alternohet me mesazhe që përdoren për pyetjen e sensorëve të largët. Ai përbëhet nga 60 BCD polubajtë, të transmetuar me një interval prej 30 sekondash. Informacioni i kodit temporal është i ngjashëm me shërbimet tokësore.

Sistemet e Pozitimit Global

Ministria e Mbrojtjes së SHBA-së përdor GPS për navigimin e saktë në tokë, në det dhe në ajër. Ky sistem ofron mbulimin 24-orësh të globit përmes grupeve të satelitëve në orbita 12-orëshe, të kënduar nën këndin 55°.

Grupi fillestar i 24 satelitëve është zgjeruar në 31 satelitë në një konfigurim të papërbërë, në mënyrë që së paku 6 satelitë të jenë gjithmonë në fushë të shikimit, ndërsa 8 ose më shumë satelitë ndodhen në fushë të shikimit në pjesën më të madhe të globit.

Shërbime të ngjashme me GPS janë në funksion ose planifikohen nga vende të tjera. GLONASS rus punon tashmë për një dekadë, nëse llogaritet nga 2 Shtatori 2010, kur numri total i satelitëve arriti në 26 — grupi u zhvillua plotësisht për mbulimin e plotë të Tokës.

Satelitët GPS rreth globit.

Sistemi i navigimit satelitor të Bashkimit Evropian quhet 'Galileo'. Pritej që 'Galileo' të fillonte punën në vitet 2014-2016, kur të gjithë 30 satelitët e planifikuar do të ishin të lëshuar në orbitë. Por deri në vitin 2018, grupi satelitor 'Galileo' nuk kishte arritur numrin e nevojshëm të aparateve.

Ka edhe 'Beidou' kinez, që do të thotë 'peshk'. Grupi me 16 satelitë u lansua në operacion komercial më 27 Dhjetor 2012, si një sistem rajonal pozicionimi. Pritet që sistemi të arrijë kapacitetin e plotë deri në vitin 2020. Së fundmi, sot, në Habra doli artikull, për lançimin e suksesshëm të satelitit të këtij sistemi.

Matematika për përcaktimin e koordinatave në SRNS

Si një GPS/Gelonass navigatori në telefonin tuaj inteligjent përcakton pozicionin me një saktësi të tillë nëpërmjet sistemit të lidhjes me radio (SRNS)? Për të kuptuar parimin e llogaritjeve, duhet të kujtojmë stereometrinë dhe algebrën në kufijtë e klasave të fundit të shkollës së mesme ose shkollës së fizikës dhe matematikës.

Çdo satelit i transmeton marrësit kohën e saktë. Në satelit janë të instaluara orë atomike dhe për këtë arsye mund të besoni në to. Duke ditur shpejtësinë e dritës, nuk është e vështirë të përcaktohet rrezja e sferës mbi sipërfaqen ku ndodhet sateliti. Kjo sferë, duke kontaktuar me Tokën, formon një rreth, mbi të cilin ndodhet marrësi GPS/Gelonas.

Kur sinjali vjen nga dy satelitë, ne tashmë kemi një ndërprerje të Tokës dhe dy sferave, që jep vetëm dy pika në rreth. Sfera e tretë e satelitit në ideal duhet të bien në njërën prej këtyre dy pikave, duke përcaktuar përfundimisht koordinatat e marrësit.

Në princip, madje edhe me dy satelitë, përmes njohurive të tërthorta mund të kuptohet se cila nga këto dy pika është më afër të vërtetës, dhe algoritmet moderne të softuerëve të navigacionit mund të merren me një detyrë të tillë. Pse na nevojitet atëherë një satelit i katërt?

Përcaktimi i pozicionit përmes grupeve të satelitëve.

Nuk është e vështirë të vihet re se në këtë pamje idealizuar ka shumë nuanca, nga të cilat varet saktësia e llogarive. Koha në marrës, ndoshta është burimi më i dukshëm i gabimeve. Për të funcionuar siç duhet, koha e marrësit GPS/Gelonas duhet të jetë e sinkronizuar me kohën e satelitit. Pa këtë, gabimi do të arrinte ∓ 100 mijë km.

Nga formula e shpejtësisë, kohës dhe distancës S = v*t, ne marrim ekuacionin bazë për transmetimin e sinjalit SRNS. Distanca deri në satelit është e barabartë me produktin e shpejtësisë së dritës dhe diferencës së kohës ndë satelit dhe marrës.

Kryesisht kjo ndodh për shkak se, madje edhe pas gjithë sinkronizimeve, koha në marrësin tpr ne e dimë me një shkallë të mjaftueshme saktësie. Ndërmjet kohës së vërtetë dhe tpr gjithmonë do të ketë një Δt, që e bën gabimin e llogarive të papranueshëm. Prandaj na nevojitet të katërt sateliti.

Për një arsyetim më të qartë matematikor për nevojën e katër satelitëve, do të construjmë një sistem ekuacionesh.

Për të përcaktuar katër të panjohura x, y, z dhe Δt është e nevojshme që numri i vëzhgimeve të jetë i barabartë ose më i madh se numri i të panjohurve. Kjo është një kusht i nevojshëm, por i pamjaftueshëm. Nëse matrica e ekuacioneve normale rezulton e çrregullt, sistemi i ekuacioneve nuk do të ketë zgjidhje.

Nuk duhet të harrojmë as Teorinë e Relativitetit të Veçantë dhe efektet relativiste me ngadalësimin e kohës në orët atomike të satelitëve në raport me ato tokësore.

Nëse merret parasysh se sateliti lëviz në orbitë me një shpejtësi prej 14 mijë km/h, atëherë kemi një ngadalësim të kohës rreth 7 μs (mikrosekonda). Nga ana tjetër, veprojnë efektet relativiste të Teorisë së Relativitetit të Përgjithshëm.

E gjithë çështja është se satelitët në orbita ndodhen në një distancë të madhe nga Toka, ku kurbura e kontinuumit hapësinë-kohë është më e vogël se në sipërfaqen e Tokës për shkak të masës së Tokës. Sipas OTO, koha e orëve që ndodhen më afër një objekti masiv do të duket më e ngadalshëm se ajo e atyre që janë më larg.

G — konstanta gravituese;
M — masa e objektit, në këtë rast Tokës;
r — distanca nga qendra e Tokës deri te sateliti;
c — shpejtësia e dritës.

Llogaritja sipas kësaj formule jep një ngadalësim të kohës prej 45 μs në satelit. Pra -7μs +45μs = 38μs balans - efektet e SRT dhe OTO.

Në detyrat praktike të përcaktimit të pozicionit përmes SRNS duhet të merren parasysh gjithashtu vonesat ionosferike dhe troposferike. Përveç kësaj, korrigjimet prej 46 ns janë të lidhura me ekscentricitetin 0.02 të orbitës së satelitëve GPS.

Mundësia për të marrë sinjale njëkohësisht nga më shumë se katër satelitë GPS/Gelonas lejon për më shumë saktësi në përcaktimin e koordinatave të marrësit. Kjo arrihet përmes faktit se navigatori zgjidh sistemin e tyre të katër ekuacioneve me katër të panjohura duke e bërë këtë disa herë dhe duke marrë mesataren, duke rritur saktësinë e vlerësimit përfundimtar sipas ligjeve të statistikës matematikore.

Si të konfigurohet një server NTP Stratum 1 përmes lidhjes satelitore

Për të konfiguruar një server të saktë kohor, ju nevojitet vetëm GPSD, NTP dhe një marrës GPS me dalje 1PPS (një impuls në sekondë).

1. Instaloni gpsd dhe ntpd, ose gpsd dhe chronyd. Versioni i gpsd duhet të jetë ≥ 3.20

(1:1109)$ sudo emerge -av gpsd chrony

Kopja lokale e indekseve të largët është e azhurnuar dhe do të përdoret.

Llogaritja e varësive... e përfunduar!

[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

E gjithë Totali: 3 paketa (3 të reja, 3 binare), Madhësia e shkarkimeve: 1275 KiB

A dëshironi të bashkoni këto paketa? [Po/Në]

2. Lidheni marrësin GPS me mbështetje PPS në portin sekuencial RS232 ose USB.

Një marrës GPS i zakonshëm i lirë nuk do të funksionojë; ndoshta do t'ju duhet të kërkoni pak për të gjetur një të përshtatshëm.

3. Sigurohuni që pajisja në të vërtetë jep PPS, verifikoni portin me utilitarin gpsmon.

4. Hapni skedarin /etc/conf.d/gpsd dhe redaktoni rreshtin e mëposhtëm.

Zëvendëso

GPSD_OPTIONS=""

në mënyrë që të bëhet

GPSD_OPTIONS="-n"

Ky ndryshim kërkohet që gpsd të fillojë menjëherë kërkimin për burime GPS në momentin e nisjes.

5. Startoni ose rilidheni gpsd.

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

Për distribucione me systemd, përdorni komandën përkatëse systemctl.

6. Kontrolloni daljen e komandës cgps.

Duhet të siguroheni që të dhënat po vijnë saktë nga satelitët. Në konsolë duhet të duket diçka e ngjashme me ilustimin.

Dalja e komandës konsolë cgps.

7. Ka ardhur koha të redaktoni skedarin /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

Rreshti i sipërm NTP0 tregon një burim universale të kohës, i disponueshëm në pothuajse të gjitha pajisjet GPS. Rreshti i poshtëm NTP1 përcakton një burim PPS shumë më të saktë.

8. Rilidhni ntpd.