โปรโฮสต์ > บล็อก > การบริหาร > การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต

การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต

การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต

นอกจาก tcp/ip แล้ว ยังมีวิธีอีกมากมายในการซิงโครไนซ์เวลา บางส่วนต้องการเพียงโทรศัพท์ธรรมดา ในขณะที่บางรุ่นต้องการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ราคาแพง หายาก และละเอียดอ่อน โครงสร้างพื้นฐานที่กว้างขวางของระบบประสานเวลาประกอบด้วยหอดูดาว สถาบันของรัฐ สถานีวิทยุ กลุ่มดาวดาวเทียม และอื่นๆ อีกมากมาย

วันนี้ฉันจะบอกคุณว่าการซิงโครไนซ์เวลาทำงานอย่างไรโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ตและวิธีสร้างเซิร์ฟเวอร์ NTP "ดาวเทียม" ด้วยมือของคุณเอง

วิทยุกระจายเสียงคลื่นสั้น

ในสหรัฐอเมริกา NIST ส่งสัญญาณเวลาและความถี่ที่แม่นยำบนคลื่นวิทยุ 2.5, 5, 10, 15 และ 20 MHz จาก WWVH ในฟอร์ตคอลลินส์ โคโลราโด และบนคลื่นความถี่ 2.5, 5, 10 และ 15 MHz จาก WWVH ในเกาะคาไว รัฐฮาวาย . รหัสเวลาจะถูกส่งในช่วงเวลา 60 วินาทีที่ 1 bps ใช้การปรับความกว้างพัลส์บนซับคาริเออร์ 100 Hz

สภาวิจัยแห่งชาติ (NRC) ของแคนาดาเผยแพร่ข้อมูลเวลาและความถี่บนคลื่น 3.33, 7.85 และ 14.67 MHz จาก CHU ในเมืองออตตาวา รัฐออนแทรีโอ

การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต
รูปแบบการออกอากาศ WWVH

การแพร่กระจายสัญญาณจากสถานีคลื่นสั้นมักเกิดขึ้นโดยการสะท้อนจากชั้นบนของชั้นไอโอโนสเฟียร์ การส่งสัญญาณสามารถรับได้ในระยะทางไกล แต่ความแม่นยำของเวลาอยู่ที่หนึ่งมิลลิวินาที

มาตรฐาน NTPv4 ปัจจุบันมีไดรเวอร์เสียงสำหรับ WWV, WWVH และ CHU

วิทยุกระจายเสียงคลื่นยาว

NIST ยังส่งเวลาและความถี่ที่แม่นยำผ่านวิทยุคลื่นยาวที่ 60 kHz จากโบลเดอร์ โคโลราโด มีสถานีอื่นที่ส่งสัญญาณเวลาเป็นคลื่นยาว

สัญญาณเรียกขานและที่ตั้ง
ความถี่ (กิโลเฮิรตซ์)
กำลัง (กิโลวัตต์)

WWVB ฟอร์ตคอลลินส์ โคโลราโด สหรัฐอเมริกา
60
50

DCF77 ไมน์ฟลิงเกน ประเทศเยอรมนี
77.5
30

MSF รักบี้ สหราชอาณาจักร
60>
50

HBG Prangins, สวิตเซอร์แลนด์
75
20

เจเจวาย ฟุกุชิมะ ประเทศญี่ปุ่น
40
50

เจเจวาย ซากะ ประเทศญี่ปุ่น
60
50

สถานีเวลามาตรฐานความถี่ต่ำ

รหัสเวลาจะถูกส่งในช่วงเวลา 60 วินาทีที่ 1 bps เช่นเดียวกับสถานีคลื่นสั้น รูปแบบการส่งข้อมูลก็คล้ายกันสำหรับทั้งสองมาตรฐาน สัญญาณแพร่กระจายผ่านชั้นล่างของชั้นไอโอโนสเฟียร์ ซึ่งค่อนข้างเสถียรและมีการเปลี่ยนแปลงระดับความสูงในแต่ละวันที่คาดการณ์ได้ ด้วยความสามารถในการคาดเดาได้ของสภาพแวดล้อมทางกายภาพนี้ ความแม่นยำจึงเพิ่มขึ้นเป็น 50 μs

การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต
รูปแบบการออกอากาศ WWVB

ดาวเทียมสิ่งแวดล้อมปฏิบัติการค้างฟ้า

ในสหรัฐอเมริกา NIST ยังส่งข้อมูลเวลาและความถี่ที่แม่นยำบนคลื่นประมาณ 468 MHz จากดาวเทียมสิ่งแวดล้อมเชิงปฏิบัติการธรณีสถานี (GOES) รหัสเวลาจะสลับกับข้อความที่ใช้ในการสำรวจเซ็นเซอร์ระยะไกล ประกอบด้วย BCD nibbles 60 ชิ้นที่ส่งในช่วงเวลา 30 วินาที ข้อมูลรหัสเวลาจะคล้ายกับบริการภาคพื้นดิน

ระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก

กระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ ใช้ GPS เพื่อการนำทางที่แม่นยำทั้งทางบก ทางทะเล และทางอากาศ ระบบนี้ให้ความคุ้มครองโลกตลอด 24 ชั่วโมงโดยใช้กลุ่มดาวดาวเทียมในวงโคจร 12 ชั่วโมงเอียงที่ 55°

กลุ่มดาวดาวเทียมดั้งเดิม 24 ดวงถูกขยายเป็น 31 ดวงในรูปแบบที่แตกต่างกัน เพื่อให้มีดาวเทียมอย่างน้อย 6 ดวงอยู่ในการมองเห็นตลอดเวลา และมีดาวเทียม 8 ดวงขึ้นไปอยู่ในการมองเห็นทั่วทั้งโลก

บริการที่คล้ายกับ GPS กำลังดำเนินการหรือวางแผนโดยประเทศอื่น GLONASS ของรัสเซียเปิดดำเนินการมาเป็นเวลาหลายสิบปีนับตั้งแต่วันที่ 2 กันยายน 2010 เมื่อจำนวนดาวเทียมทั้งหมดเพิ่มขึ้นเป็น 26 ดวง - กลุ่มดาวถูกนำไปใช้งานอย่างเต็มที่เพื่อปกคลุมโลกโดยสมบูรณ์

การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต
ดาวเทียม GPS ทั่วโลก

ระบบนำทางด้วยดาวเทียมของสหภาพยุโรปเรียกว่ากาลิเลโอ คาดว่ากาลิเลโอจะเริ่มปฏิบัติการในปี 2014-2016 เมื่อดาวเทียมทั้ง 30 ดวงที่วางแผนไว้จะถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจร แต่ในปี 2018 กลุ่มดาวบริวารกาลิเลโอยังไม่ถึงจำนวนดาวเทียมที่ต้องการ

นอกจากนี้ยังมีภาษาจีน "เป่ยโต่ว" ซึ่งแปลว่า "ปลาวาฬ" กลุ่มดาวดาวเทียม 16 ดวงถูกปล่อยสู่การปฏิบัติการเชิงพาณิชย์เมื่อวันที่ 27 ธันวาคม พ.ศ. 2012 โดยเป็นระบบระบุตำแหน่งระดับภูมิภาค มีการวางแผนว่าระบบจะเต็มประสิทธิภาพภายในปี 2020 แค่วันนี้ฉันออกมาฮาเบร บทความเกี่ยวกับความสำเร็จในการปล่อยดาวเทียมของระบบนี้

คณิตศาสตร์การกำหนดพิกัดโดยใช้ SRNS

เครื่องนำทาง GPS/GLONASS บนสมาร์ทโฟนของคุณระบุตำแหน่งด้วยความแม่นยำดังกล่าวโดยใช้ระบบสื่อสารด้วยวิทยุนำทาง (SRNS) ได้อย่างไร เพื่อให้เข้าใจหลักการคำนวณ คุณจำเป็นต้องจำภาพสามมิติและพีชคณิตในโรงเรียนมัธยมปลาย หรือโรงเรียนฟิสิกส์และคณิตศาสตร์

ดาวเทียมแต่ละดวงจะบอกเวลาที่แน่นอนแก่ผู้รับ ดาวเทียมมีนาฬิกาอะตอมจึงเชื่อถือได้ เมื่อรู้ความเร็วแสงแล้ว การระบุรัศมีของทรงกลมบนพื้นผิวที่ดาวเทียมตั้งอยู่นั้นไม่ใช่เรื่องยาก ทรงกลมเดียวกันนี้เมื่อสัมผัสกับโลกจะก่อตัวเป็นวงกลมซึ่งมีตัวรับสัญญาณ GPS / Glonass อยู่

เมื่อสัญญาณมาจากดาวเทียม XNUMX ดวง เราก็มีจุดตัดของโลกกับทรงกลม XNUMX ทรงกลมอยู่แล้ว ซึ่งให้จุดบนวงกลมเพียง XNUMX จุดเท่านั้น ทรงกลมของดาวเทียมดวงที่สามควรตกเป็นหนึ่งในสองจุดนี้ในอุดมคติ เพื่อกำหนดพิกัดของเครื่องรับในที่สุด

โดยหลักการแล้วแม้จะมาจากดาวเทียมสองดวงก็ตามตามหลักฐานทางอ้อมเราสามารถเข้าใจได้ว่าจุดใดในสองจุดนั้นใกล้กับความจริงมากที่สุดและอัลกอริธึมซอฟต์แวร์นำทางสมัยใหม่สามารถรับมือกับงานนี้ได้ เหตุใดเราจึงต้องมีดาวเทียมดวงที่สี่?

การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต
การกำหนดตำแหน่งโดยใช้กลุ่มดาวดาวเทียม

เป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นว่าในภาพในอุดมคตินี้มีความแตกต่างมากมายซึ่งความแม่นยำของการคำนวณขึ้นอยู่กับ เวลาของผู้รับอาจเป็นสาเหตุของข้อผิดพลาดที่ชัดเจนที่สุด เพื่อให้ทุกอย่างทำงานได้ตามที่ควรจะเป็น เวลาของตัวรับสัญญาณ GPS / Glonass จะต้องซิงโครไนซ์กับเวลาดาวเทียม หากไม่มีสิ่งนี้ ข้อผิดพลาดจะเป็น ∓ 100 กม.

จากสูตรความเร็ว เวลา และระยะทาง S = v*t เราได้สมการพื้นฐานสำหรับการส่งสัญญาณ SRNS ระยะทางถึงดาวเทียมเท่ากับผลคูณของความเร็วแสงและความต่างของเวลาบนดาวเทียมและเครื่องรับ

การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต

สาเหตุหลักมาจากความจริงที่ว่าแม้หลังจากการซิงโครไนซ์ทั้งหมดแล้ว เราก็รู้เวลา tpr ที่เครื่องรับด้วยระดับความแม่นยำที่เพียงพอ ระหว่างเวลาจริงกับ tpr จะมีค่า Δt เสมอ เนื่องจากข้อผิดพลาดในการคำนวณจึงไม่สามารถยอมรับได้ นั่นเป็นเหตุผลที่คุณต้องการ ที่สี่ ดาวเทียม.

เพื่อเหตุผลทางคณิตศาสตร์ที่ชัดเจนยิ่งขึ้นสำหรับความต้องการดาวเทียมสี่ดวง เราจะสร้างระบบสมการ

การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต

ในการหาค่าที่ไม่ทราบค่าทั้งสี่ค่า x, y, z และ Δt จำนวนการสังเกตจะต้องเท่ากับหรือมากกว่าจำนวนค่าที่ไม่ทราบ นี่เป็นเงื่อนไขที่จำเป็นแต่ไม่เพียงพอ หากเมทริกซ์ของสมการปกติกลายเป็นเอกพจน์ ระบบสมการก็จะไม่มีคำตอบ

เราไม่ควรลืมเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและผลกระทบเชิงสัมพันธ์กับการขยายเวลาบนนาฬิกาอะตอมของดาวเทียมที่สัมพันธ์กับนาฬิกาภาคพื้นดิน

การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต

หากเราสมมติว่าดาวเทียมกำลังเคลื่อนที่ในวงโคจรด้วยความเร็ว 14 กม./ชม. เราจะมีการขยายเวลาประมาณ 7 μs (ไมโครวินาที) ในทางกลับกัน ผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปดำเนินไป

ประเด็นก็คือ ดาวเทียมในวงโคจรอยู่ห่างจากโลกมาก โดยที่ความโค้งของความต่อเนื่องของกาล-อวกาศนั้นน้อยกว่าบนพื้นผิวโลกเนื่องจากมวลของโลก ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป นาฬิกาที่อยู่ใกล้วัตถุขนาดใหญ่จะปรากฏช้ากว่านาฬิกาที่อยู่ไกลออกไป

การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต

  • G คือค่าคงที่แรงโน้มถ่วง
  • M คือมวลของวัตถุ ในกรณีนี้คือโลก
  • r คือระยะห่างจากศูนย์กลางของโลกถึงดาวเทียม
  • c คือความเร็วแสง

การคำนวณโดยใช้สูตรนี้ทำให้การขยายเวลาเป็น 45 μs บนดาวเทียม ยอดรวม -7μs +45μs = ความสมดุล 38μs - ผลกระทบของ STR และ GTR

ในแอปพลิเคชันการวางตำแหน่ง SRNS ควรคำนึงถึงความล่าช้าของไอโอโนสเฟียร์และโทรโพสเฟียร์ด้วย นอกจากนี้ การแก้ไข 46 ns เกิดจากการเยื้องศูนย์ของวงโคจรดาวเทียม GPS ที่ 0.02

ความสามารถในการรับสัญญาณพร้อมกันจากดาวเทียม GPS / GLONASS มากกว่าสี่ดวงช่วยให้คุณเพิ่มความแม่นยำในการกำหนดพิกัดของเครื่องรับเพิ่มเติม สิ่งนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากการที่เนวิเกเตอร์แก้ระบบสมการสี่สมการโดยไม่ทราบค่าสี่ตัว การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต จำนวนครั้งและนำค่าเฉลี่ยมาเพิ่มความแม่นยำในการประมาณค่าขั้นสุดท้ายตามกฎของสถิติทางคณิตศาสตร์

วิธีกำหนดค่าเซิร์ฟเวอร์ NTP Stratum 1 ผ่านการเชื่อมต่อดาวเทียม

หากต้องการตั้งค่าเซิร์ฟเวอร์เวลาคุณภาพสูง คุณเพียงต้องการ GPSD, NTP และตัวรับสัญญาณ GPS ที่มีเอาต์พุต 1PPS (หนึ่งพัลส์ต่อวินาที)

1. ติดตั้ง gpsd และ ntpd หรือ gpsd และ chronyd เวอร์ชัน GPSD ต้องเป็น ≥ 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. เชื่อมต่อตัวรับสัญญาณ GPS ที่รองรับ PPS เข้ากับพอร์ตอนุกรม RS232 หรือ USB

ตัวรับสัญญาณ GPS ราคาถูกทั่วไปจะไม่ทำงาน คุณอาจต้องทำการค้นหาเล็กน้อยเพื่อหาสิ่งที่ถูกต้อง

3. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุปกรณ์มีปัญหา PPS จริงๆ โดยตรวจสอบพอร์ตด้วยยูทิลิตี้ gpsmon

4. เปิดไฟล์ /etc/conf.d/gpsd และแก้ไขบรรทัดต่อไปนี้

แทนที่

GPSD_OPTIONS=""

เพื่อที่มันจะกลายเป็น

GPSD_OPTIONS="-n"

การเปลี่ยนแปลงนี้จำเป็นเพื่อให้ gpsd เริ่มค้นหาแหล่ง SRNS ทันทีเมื่อเริ่มต้นระบบ

5. เริ่มหรือรีสตาร์ท gpsd

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

สำหรับการแจกแจงด้วย systemd ให้ใช้คำสั่ง systemctl ที่เหมาะสม

6. ตรวจสอบคอนโซลเอาต์พุตของคำสั่ง cgps

คุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้รับข้อมูลอย่างถูกต้องจากดาวเทียม คอนโซลควรมีสิ่งที่คล้ายกับภาพประกอบ

การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต
เอาต์พุตของคำสั่งคอนโซล cgps

7. ได้เวลาแก้ไขไฟล์ /etc/ntp.conf แล้ว

# 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

รายการ NTP0 บนสุดบ่งบอกถึงแหล่งเวลาสากลที่มีอยู่ในอุปกรณ์ GPS เกือบทั้งหมด รายการ NTP1 ด้านล่างจะกำหนดแหล่ง PPS ที่แม่นยำยิ่งขึ้น

8. รีสตาร์ท ntpd

(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart

สำหรับการแจกแจงด้วย systemd ให้ใช้คำสั่ง systemctl
$ sudo systemctl รีสตาร์ท ntp

วัสดุที่ใช้

การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต

การซิงโครไนซ์เวลาโดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ต

ที่มา: will.com

เพิ่มความคิดเห็น