Përveç tcp/ip, ka shumë mënyra për të sinkronizuar kohën. Disa prej tyre kërkojnë vetëm një telefon të rregullt, ndërsa të tjerë kërkojnë pajisje elektronike të shtrenjta, të rralla dhe të ndjeshme. Infrastruktura e gjerë e sistemeve të sinkronizimit të kohës përfshin observatorë, institucione qeveritare, stacione radio, konstelacione satelitore dhe shumë më tepër.
Sot do t'ju tregoj se si funksionon sinkronizimi i kohës pa internet dhe si të bëni një server "satelit" NTP me duart tuaja.
Transmetim radio me valë të shkurtra
Në Shtetet e Bashkuara, NIST transmeton kohën dhe frekuencën e saktë në valët e radios 2.5, 5, 10, 15 dhe 20 MHz nga WWVH në Fort Collins, Kolorado dhe në 2.5, 5, 10 dhe 15 MHz nga WWVH në Kauai. Shteti i Hawait . Kodi i kohës transmetohet në intervale 60 sekondash me 1 bps. duke përdorur modulimin e gjerësisë së pulsit në një nënbartës 100 Hz.
Këshilli Kombëtar i Kërkimeve (NRC) i Kanadasë shpërndan informacionin për kohën dhe frekuencën në 3.33, 7.85 dhe 14.67 MHz nga CHU në Otava, Ontario.
Formati i transmetimit WWVH
Përhapja e sinjalit nga stacionet me valë të shkurtra zakonisht ndodh nga reflektimi nga shtresat e sipërme të jonosferës. Transmetimet e sinjalit mund të merren në distanca të gjata, por saktësia e kohës është në rendin e një milisekondi.
Standardi aktual NTPv4 përfshin drejtuesit audio për WWV, WWVH dhe CHU.
Transmetim radio me valë të gjata
NIST transmeton gjithashtu kohën dhe frekuencën e saktë në radio me valë të gjata në 60 kHz nga Boulder, Kolorado. Ka stacione të tjera që transmetojnë sinjale kohore në valë të gjata.
Shenjat e thirrjes dhe vendndodhja
Frekuenca (kHz)
Fuqia (kW)
WWVB Fort Collins, Kolorado, 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
Stacione kohore standarde me frekuencë të ulët
Kodi i kohës transmetohet në intervale 60 sekondash me 1 bps, ashtu si stacionet me valë të shkurtra. Formatet e transmetimit të të dhënave janë gjithashtu të ngjashme për të dy standardet. Sinjali përhapet nëpër shtresat e poshtme të jonosferës, të cilat janë relativisht të qëndrueshme dhe kanë ndryshime të parashikueshme ditore në lartësi. Falë kësaj parashikueshmërie të mjedisit fizik, saktësia rritet në 50 μs.
Formati i transmetimit WWVB
Satelit mjedisor operacional gjeostacionar
Në SHBA, NIST transmeton gjithashtu të dhëna të sakta të kohës dhe frekuencës në afërsisht 468 MHz nga Satelitet Gjeostacionare Operacionale Mjedisore (GOES). Kodi i kohës alternohet me mesazhet që përdoren për të anketuar sensorët në distancë. Ai përbëhet nga 60 gërmime BCD të transmetuara në intervale 30 s. Informacioni i kodit kohor është i ngjashëm me shërbimet tokësore.
Sistemet e pozicionimit global
Departamenti Amerikan i Mbrojtjes përdor GPS për navigim të saktë në tokë, det dhe në ajër. Sistemi siguron mbulim 24-orësh të globit duke përdorur një plejadë satelitësh në orbita 12-orëshe të prirur në 55°.
Konstelacioni origjinal i 24 satelitëve u zgjerua në 31 satelitë në një konfigurim heterogjen, në mënyrë që të paktën 6 satelitë të jenë gjithmonë në pamje dhe 8 ose më shumë satelitë të jenë në pamje në pjesën më të madhe të botës.
Shërbime të ngjashme me GPS po operohen ose planifikohen nga vende të tjera. GLONASS ruse ka funksionuar për një duzinë vjet, nëse llogaritni nga 2 shtatori 2010, kur numri i përgjithshëm i satelitëve u rrit në 26 - konstelacioni u vendos plotësisht për të mbuluar plotësisht Tokën.
Satelitët GPS në të gjithë globin.
Sistemi i navigimit satelitor i Bashkimit Evropian quhet Galileo. Pritej që Galileo të fillonte funksionimin në 2014-2016, kur të 30 satelitët e planifikuar do të hidheshin në orbitë.Por që nga viti 2018, konstelacioni satelitor Galileo nuk kishte arritur numrin e kërkuar të satelitëve.
Ekziston edhe kinezi "Beidou", që do të thotë "balenë". Konstelacioni i 16 satelitëve u lançua në funksionim tregtar më 27 dhjetor 2012, si një sistem pozicionimi rajonal. Është planifikuar që sistemi të arrijë kapacitetin e plotë deri në vitin 2020. Vetëm sot dola në Habré , për lëshimin me sukses të një sateliti të këtij sistemi.
Matematika e përcaktimit të koordinatave duke përdorur SRNS
Si e përcakton navigatori GPS/GLONASS në telefonin tuaj inteligjent me një saktësi të tillë vendndodhjen duke përdorur sistemin e komunikimit të navigimit radio (SRNS)? Për të kuptuar parimin e llogaritjeve, duhet të mbani mend stereometrinë dhe algjebrën në shkollën e mesme, ose në shkollën e fizikës dhe matematikës.
Çdo satelit i tregon marrësit kohën e saktë. Sateliti ka një orë atomike dhe për këtë arsye mund t'i besohet. Duke ditur shpejtësinë e dritës, nuk është e vështirë të përcaktohet rrezja e sferës në sipërfaqen e së cilës ndodhet sateliti. E njëjta sferë, në kontakt me Tokën, formon një rreth në të cilin ndodhet marrësi GPS / Glonass.
Kur sinjali vjen nga dy satelitë, ne tashmë kemi kryqëzimin e Tokës dhe dy sferave, që jep vetëm dy pika në rreth. Sfera e satelitit të tretë në mënyrë ideale duhet të bjerë në një nga këto dy pika, duke përcaktuar më në fund koordinatat e marrësit.
Në parim, edhe nga dy satelitë, bazuar në prova indirekte, mund të kuptohet se cila nga dy pikat është më afër së vërtetës, dhe algoritmet moderne të softuerit të navigimit mund ta përballojnë këtë detyrë. Pse atëherë na duhet një satelit i katërt?
Përcaktimi i vendndodhjes duke përdorur konstelacionin satelitor.
Është e lehtë të shihet se në këtë pamje të idealizuar ka shumë nuanca nga të cilat varet saktësia e llogaritjeve. Koha e marrësit është ndoshta burimi më i dukshëm i gabimit. Në mënyrë që gjithçka të funksionojë siç duhet, koha e marrësit GPS / Glonass duhet të sinkronizohet me kohën satelitore. Pa këtë, gabimi do të ishte ∓ 100 mijë km.
Nga formula për shpejtësinë, kohën dhe distancën S = v*t marrim ekuacionin bazë për transmetimin e sinjalit SRNS. Distanca nga sateliti është e barabartë me produktin e shpejtësisë së dritës dhe diferencës së kohës në satelit dhe marrës.
Kjo është kryesisht për faktin se edhe pas të gjitha sinkronizimeve, ne e dimë kohën tpr në marrës me një shkallë të mjaftueshme saktësie. Midis kohës së vërtetë dhe tpr do të ketë gjithmonë Δt, për shkak të së cilës gabimi i llogaritjes bëhet i papranueshëm. Kjo është arsyeja pse ju duhet i katërti satelitor.
Për një justifikim më të qartë matematikor për nevojën për katër satelitë, ne do të ndërtojmë një sistem ekuacionesh.
Për të përcaktuar katër të panjohurat x, y, z dhe Δt, numri i vëzhgimeve duhet të jetë i barabartë ose më i madh se numri i të panjohurave. Ky është një kusht i domosdoshëm, por jo i mjaftueshëm. Nëse matrica e ekuacioneve normale rezulton të jetë njëjës, sistemi i ekuacioneve nuk do të ketë zgjidhje.
Gjithashtu nuk duhet të harrojmë për Teorinë Speciale të Relativitetit dhe efektet relativiste me zgjerimin e kohës në orët atomike satelitore në krahasim me ato tokësore.
Nëse supozojmë se sateliti lëviz në orbitë me një shpejtësi prej 14 mijë km/h, atëherë marrim një zgjerim kohor prej rreth 7 μs (mikrosekonda). Nga ana tjetër, efektet relativiste të Teorisë së Përgjithshme të Relativitetit veprojnë.
Çështja është kjo: satelitët në orbitë janë në një distancë të madhe nga Toka, ku lakimi i kontinumit hapësinor-kohë është më i vogël se në sipërfaqen e Tokës për shkak të masës së Tokës. Sipas relativitetit të përgjithshëm, orët e vendosura më afër një objekti masiv do të duken më të ngadalta se ato më larg prej tij.
- G është konstanta gravitacionale;
- M është masa e objektit, në këtë rast Tokës;
- r është distanca nga qendra e Tokës në satelit;
- c është shpejtësia e dritës.
Llogaritja duke përdorur këtë formulë jep një zgjerim kohor prej 45 μs në satelit. Total -7μs +45μs = balanca 38μs - efektet e STR dhe GTR.
Në aplikimet e pozicionimit SRNS, vonesat jonosferike dhe troposferike duhet gjithashtu të merren parasysh. Përveç kësaj, korrigjimet 46 ns janë për shkak të ekscentricitetit 0.02 të orbitës së satelitëve GPS.
Aftësia për të marrë sinjale njëkohësisht nga më shumë se katër satelitë GPS / GLONASS ju lejon të rrisni më tej saktësinë e përcaktimit të koordinatave të marrësit. Kjo arrihet për faktin se navigatori zgjidh një sistem prej katër ekuacionesh me katër të panjohura numri i herë dhe merr vlerën mesatare, duke rritur saktësinë e vlerësimit përfundimtar sipas ligjeve të statistikave matematikore.
Si të konfiguroni serverin NTP Stratum 1 përmes lidhjes satelitore
Për të konfiguruar një server kohe me cilësi të lartë, ju nevojiten vetëm GPSD, NTP dhe një marrës GPS me dalje 1PPS (një puls për 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
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. Lidhni një marrës GPS me mbështetje PPS me portën serike ose USB RS232.
Një marrës i rregullt GPS i lirë nuk do të funksionojë; Ju mund të duhet të bëni pak kërkim për të gjetur atë të duhurin.
3. Sigurohuni që pajisja lëshon vërtet PPS; për ta bërë këtë, kontrolloni portin me programin gpsmon.
4. Hapni skedarin /etc/conf.d/gpsd dhe modifikoni rreshtin e mëposhtëm.
të zëvendësojë
GPSD_OPTIONS=""në mënyrë që të bëhet
GPSD_OPTIONS="-n"Ky ndryshim kërkohet në mënyrë që gpsd të fillojë menjëherë kërkimin e burimeve SRNS pas fillimit.
5. Nisni ose rinisni gpsd.
(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart
Për shpërndarjet me systemd, përdorni komandën e duhur systemctl.
6. Kontrolloni daljen e konsolës së komandës cgps.
Duhet të siguroheni që të dhënat të merren saktë nga satelitët. Konsola duhet të ketë diçka të ngjashme me ilustrimin.
Dalja e komandës së konsolës cgps.
7. Është koha për të redaktuar 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
Hyrja kryesore NTP0 tregon një burim universal të kohës që disponohet pothuajse në të gjitha pajisjet GPS. Hyrja e poshtme NTP1 përcakton një burim shumë më të saktë PPS.
8. Rinisni ntpd.
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart
Për shpërndarjet me systemd, përdorni komandën systemctl.
$ sudo systemctl rinis ntp
Materialet e përdorura
- David L Mills Protokolli i Kohës së Rrjetit në Tokë dhe në Hapësirë,Edicioni i dyte.
Burimi: www.habr.com