Поред тцп/ип, постоји много начина за синхронизацију времена. Неки од њих захтевају само обичан телефон, док други захтевају скупу, ретку и осетљиву електронску опрему. Обимна инфраструктура система за синхронизацију времена укључује опсерваторије, владине институције, радио станице, сателитске констелације и још много тога.
Данас ћу вам рећи како синхронизација времена функционише без интернета и како да направите „сателитски“ НТП сервер својим рукама.
Краткоталасно радио емитовање
У Сједињеним Државама, НИСТ емитује прецизно време и фреквенцију на радио таласима од 2.5, 5, 10, 15 и 20 МХз са ВВВХ у Форт Цоллинсу, Колорадо, и на 2.5, 5, 10 и 15 МХз са ВВВХ у Кауаију. Држава Хаваји . Временски код се преноси у интервалима од 60 секунди брзином од 1 бпс. коришћењем модулације ширине импулса на подносачу од 100 Хз.
Национални истраживачки савет (НРЦ) Канаде дистрибуира информације о времену и фреквенцији на 3.33, 7.85 и 14.67 МХз од ЦХУ у Отави, Онтарио.
Формат емитовања ВВВХ
Ширење сигнала са краткоталасних станица обично се дешава рефлексијом од горњих слојева јоносфере. Преноси сигнала се могу примати на велике удаљености, али је тачност времена реда величине једне милисекунде.
Тренутни НТПв4 стандард укључује аудио драјвере за ВВВ, ВВВХ и ЦХУ.
Дуготаласно радио емитовање
НИСТ такође преноси прецизно време и фреквенцију преко дуготаласног радија на 60 кХз из Боулдера, Колорадо. Постоје и друге станице које емитују временске сигнале на дугим таласима.
Позивни знакови и локација
фреквенција (кХз)
Снага (кВ)
ВВВБ Форт Цоллинс, Колорадо, САД
60
50
ДЦФ77 Маинфлинген, Немачка
77.5
30
МСФ Рагби, Велика Британија
60>
50
ХБГ Прангинс, Швајцарска
75
20
ЈЈИ Фукушима, Јапан
40
50
ЈЈИ Сага, Јапан
60
50
Стандардне временске станице ниске фреквенције
Временски код се преноси у интервалима од 60 секунди брзином од 1 бпс, баш као и краткоталасне станице. Формати преноса података су такође слични за оба стандарда. Сигнал се простире кроз ниже слојеве јоносфере, који су релативно стабилни и имају предвидљиве дневне варијације у надморској висини. Захваљујући овој предвидљивости физичког окружења, тачност се повећава на 50 μс.
ВВВБ формат емитовања
Геостационарни оперативни еколошки сателит
У САД, НИСТ такође преноси прецизне податке о времену и фреквенцији на приближно 468 МХз са геостационарних оперативних еколошких сателита (ГОЕС). Временски код се смењује са порукама које се користе за испитивање удаљених сензора. Састоји се од 60 БЦД грицкалица које се преносе у интервалима од 30 с. Информације о временском коду су сличне земаљским услугама.
Глобални системи позиционирања
Министарство одбране САД користи ГПС за прецизну навигацију на копну, мору и у ваздуху. Систем обезбеђује 24-часовну покривеност глобуса користећи констелацију сателита у 12-часовним орбитама нагнутим под углом од 55°.
Првобитна констелација од 24 сателита проширена је на 31 сателит у хетерогеној конфигурацији, тако да је најмање 6 сателита увек у видокругу, а 8 или више сателита је видљиво у већем делу света.
Услуге сличне ГПС-у управљају или планирају друге земље. Руски ГЛОНАСС ради десетак година, рачунајући од 2. септембра 2010, када је укупан број сателита повећан на 26 – сазвежђе је у потпуности распоређено да потпуно покрије Земљу.
ГПС сателити широм света.
Сателитски навигациони систем Европске уније се зове Галилео. Очекивало се да ће Галилео почети са радом 2014-2016, када ће свих 30 планираних сателита бити лансирано у орбиту, али од 2018. сателитска констелација Галилео није достигла потребан број сателита.
Постоји и кинески „Беидоу“, што значи „кит“. Констелација од 16 сателита пуштена је у комерцијалну употребу 27. децембра 2012. године, као регионални систем за позиционирање. Планирано је да систем достигне пуни капацитет до 2020. године. Баш данас сам изашао на Хабре , о успешном лансирању сателита овог система.
Математика одређивања координата помоћу СРНС
Како ГПС/ГЛОНАСС навигатор на вашем паметном телефону са таквом тачношћу одређује локацију помоћу радио-навигационог комуникационог система (СРНС)? Да бисте разумели принцип прорачуна, потребно је да запамтите стереометрију и алгебру у средњој школи, односно школи физике и математике.
Сваки сателит говори пријемнику тачно време. Сателит има атомски сат и стога му се може веровати. Познавајући брзину светлости, није тешко одредити полупречник сфере на чијој се површини налази сателит. Ова иста сфера, у контакту са Земљом, формира круг на коме се налази ГПС/Глонасс пријемник.
Када сигнал стигне са два сателита, већ имамо пресек Земље и две сфере, што даје само две тачке на кругу. Сфера трећег сателита би идеално требало да падне у једну од ове две тачке, коначно одређујући координате пријемника.
У принципу, чак и са два сателита, на основу индиректних доказа, може се разумети која је од две тачке ближа истини, а савремени софтверски алгоритми за навигацију могу да се носе са овим задатком. Зашто нам је онда потребан четврти сателит?
Одређивање локације помоћу сателитске констелације.
Лако је видети да на овој идеализованој слици постоји много нијанси од којих зависи тачност прорачуна. Време пријемника је можда најочигледнији извор грешке. Да би све функционисало како треба, време ГПС/Глонасс пријемника мора бити синхронизовано са временом сателита. Без овога, грешка би била ∓ 100 хиљада км.
Из формуле за брзину, време и растојање С = в*т добијамо основну једначину за пренос СРНС сигнала. Растојање до сателита једнако је производу брзине светлости и временске разлике на сателиту и пријемнику.
Ово је углавном због чињенице да чак и након свих синхронизација знамо време тпр на пријемнику са довољним степеном тачности. Између правог времена и тпр увек ће постојати Δт, због чега грешка у прорачуну постаје неприхватљива. Зато ти треба четврти сателита.
Ради јаснијег математичког оправдања потребе за четири сателита, конструисаћемо систем једначина.
Да би се одредиле четири непознате к, и, з и Δт, број посматрања мора бити једнак или већи од броја непознатих. Ово је неопходан, али не и довољан услов. Ако се матрица нормалних једначина покаже као сингуларна, систем једначина неће имати решење.
Такође не треба заборавити на Специјалну теорију релативности и релативистичке ефекте са дилатацијом времена на сателитске атомске сатове у односу на земаљске.
Ако претпоставимо да се сателит креће у орбити брзином од 14 хиљада км/х, онда добијамо временску дилатацију од око 7 μс (микросекунди). С друге стране, делују релативистички ефекти Опште теорије релативности.
Поента је следећа: сателити у орбити су на великој удаљености од Земље, где је закривљеност просторно-временског континуума мања него на површини Земље због Земљине масе. Према општој релативности, сатови који се налазе ближе масивном објекту ће изгледати спорије од оних који се налазе даље од њега.
- Г је гравитациона константа;
- М је маса објекта, у овом случају Земље;
- р је растојање од центра Земље до сателита;
- ц је брзина светлости.
Прорачун коришћењем ове формуле даје временску дилатацију од 45 μс на сателиту. Укупно -7μс +45μс = 38μс баланс - ефекти СТР и ГТР.
У апликацијама за позиционирање СРНС-а, јоносферска и тропосферска кашњења такође треба узети у обзир. Поред тога, корекције од 46 нс су последица ексцентрицитета од 0.02 орбите ГПС сателита.
Могућност истовременог примања сигнала са више од четири ГПС / ГЛОНАСС сателита омогућава вам да додатно повећате тачност одређивања координата пријемника. Ово се постиже чињеницом да навигатор решава систем од четири једначине са четири непознате број пута и узима просечну вредност, повећавајући тачност коначне процене по законима математичке статистике.
Како конфигурисати НТП сервер Стратум 1 преко сателитске везе
Да бисте поставили висококвалитетни временски сервер, потребни су вам само ГПСД, НТП и ГПС пријемник са излазом од 1ППС (један импулс у секунди).
1. Инсталирајте гпсд и нтпд, или гпсд и цхронид. Верзија ГПСД мора бити ≥ 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. Повежите ГПС пријемник са ППС подршком на РС232 серијски или УСБ порт.
Обичан јефтин ГПС пријемник неће радити; Можда ћете морати мало да претражујете да бисте пронашли прави.
3. Уверите се да уређај заиста издаје ППС; да бисте то урадили, проверите порт помоћу гпсмон услужног програма.
4. Отворите датотеку /етц/цонф.д/гпсд и уредите следећи ред.
Замијените
GPSD_OPTIONS=""тако да постаје
GPSD_OPTIONS="-n"Ова промена је потребна да би гпсд одмах почео да тражи СРНС изворе по покретању.
5. Покрените или поново покрените гпсд.
(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart
За дистрибуције са системд, користите одговарајућу системцтл команду.
6. Проверите излаз на конзоли цгпс команде.
Морате се уверити да су подаци исправно примљени са сателита. Конзола би требало да има нешто слично илустрацији.
Излаз команде цгпс конзоле.
7. Време је да уредите датотеку /етц/нтп.цонф.
# 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
Горњи НТП0 унос указује на универзални извор времена доступан на скоро свим ГПС уређајима. Доњи НТП1 унос дефинише много тачнији ППС извор.
8. Поново покрените нтпд.
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart
За дистрибуције са системд, користите наредбу системцтл.
$ судо системцтл рестарт нтп
Коришћени материјали
- Давид Л Миллс Мрежни протокол времена на Земљи и у свемиру,Друго издање.
Извор: ввв.хабр.цом