TCP/ip'e ek olarak zamanı senkronize etmenin birçok yolu vardır. Bazıları sadece normal bir telefona ihtiyaç duyarken, bazıları pahalı, nadir ve hassas elektronik ekipmanlara ihtiyaç duyuyor. Zaman senkronizasyon sistemlerinin kapsamlı altyapısı gözlemevlerini, devlet kurumlarını, radyo istasyonlarını, uydu takımyıldızlarını ve çok daha fazlasını içerir.
Bugün size internet olmadan zaman senkronizasyonunun nasıl çalıştığını ve kendi ellerinizle nasıl bir "uydu" NTP sunucusu yapacağınızı anlatacağım.
Kısa dalga radyo yayıncılığı
Amerika Birleşik Devletleri'nde NIST, Fort Collins, Colorado'daki WWVH'den 2.5, 5, 10, 15 ve 20 MHz radyo dalgaları üzerinden ve Kauai'deki WWVH'den 2.5, 5, 10 ve 15 MHz radyo dalgaları üzerinden hassas zaman ve frekans iletir. . Zaman kodu 60 saniyelik aralıklarla 1 bps hızında iletilir. 100 Hz'lik bir alt taşıyıcı üzerinde darbe genişliği modülasyonu kullanılarak.
Kanada Ulusal Araştırma Konseyi (NRC), Ottawa, Ontario'daki CHU'dan 3.33, 7.85 ve 14.67 MHz'de zaman ve frekans bilgilerini dağıtır.
Yayın formatı WWVH
Kısa dalga istasyonlarından sinyal yayılımı genellikle iyonosferin üst katmanlarından yansıma yoluyla gerçekleşir. Sinyal iletimleri uzun mesafelerden alınabilir ancak zamanlama doğruluğu bir milisaniye mertebesindedir.
Mevcut NTPv4 standardı WWV, WWVH ve CHU için ses sürücülerini içerir.
Uzun dalga radyo yayıncılığı
NIST ayrıca Boulder, Colorado'dan 60 kHz'de uzun dalga radyo üzerinden kesin zaman ve frekansı iletir. Uzun dalgalarda zaman sinyali gönderen başka istasyonlar da var.
Çağrı işaretleri ve konum
Frekans (kHz)
Güç (kW)
WWVB Fort Collins, Kolorado, ABD
60
50
DCF77 Mainflingen, Almanya
77.5
30
MSF Rugby, Birleşik Krallık
60>
50
HBG Prangins, İsviçre
75
20
JJY Fukushima, Japonya
40
50
JJY Saga, Japonya
60
50
Düşük Frekanslı Standart Zaman İstasyonları
Zaman kodu, tıpkı kısa dalga istasyonları gibi 60 saniyelik aralıklarla 1 bps hızında iletilir. Veri iletim formatları da her iki standart için de benzerdir. Sinyal, iyonosferin nispeten kararlı olan ve günlük yükseklikte tahmin edilebilir değişikliklere sahip olan alt katmanları boyunca yayılır. Fiziksel ortamın bu öngörülebilirliği sayesinde doğruluk 50 μs'ye çıkar.
WWVB yayın formatı
Sabit operasyonel çevre uydusu
ABD'de NIST ayrıca Sabit Zaman ve Frekans verilerini Sabit Operasyonel Çevresel Uydulardan (GOES) yaklaşık 468 MHz üzerinden iletir. Zaman kodu, uzak sensörleri sorgulamak için kullanılan mesajlarla dönüşümlü olarak kullanılır. 60 saniyelik aralıklarla iletilen 30 BCD yarım baytından oluşur. Zaman kodu bilgisi karasal servislere benzer.
Küresel konumlandırma sistemleri
ABD Savunma Bakanlığı karada, denizde ve havada hassas navigasyon için GPS kullanıyor. Sistem, 24° eğimli 12 saatlik yörüngelerdeki uydulardan oluşan bir takımyıldızı kullanarak dünyanın 55 saat kapsamasını sağlar.
24 uydudan oluşan orijinal takımyıldızı, heterojen bir konfigürasyonda 31 uyduya genişletildi, böylece en az 6 uydu her zaman görüş alanında olacak ve 8 veya daha fazla uydu dünyanın büyük bir bölümünde görüş alanında olacak.
GPS'e benzer hizmetler başka ülkeler tarafından işletilmekte veya planlanmaktadır. Rus GLONASS, toplam uydu sayısının 2'ya çıkarıldığı 2010 Eylül 26'dan itibaren bir düzine yıldır faaliyet gösteriyor - takımyıldız Dünya'yı tamamen kaplayacak şekilde tamamen konuşlandırılmıştı.
Dünya çapında GPS uyduları.
Avrupa Birliği'nin uydu navigasyon sistemine Galileo adı verilmektedir. Galileo'nun, planlanan 2014 uydunun tamamının yörüngeye fırlatılacağı 2016-30'da faaliyete geçmesi bekleniyordu ancak 2018 itibarıyla Galileo uydu takımyıldızı gerekli uydu sayısına ulaşmamıştı.
Bir de Çince “balina” anlamına gelen “Beidou” var. 16 uydudan oluşan takımyıldızı, bölgesel konumlandırma sistemi olarak 27 Aralık 2012'de ticari işletmeye alındı. Sistemin 2020 yılına kadar tam kapasiteye ulaşması planlanıyor. Daha bugün Habré'ye çıktım , bu sistemin bir uydusunun başarıyla fırlatılması hakkında.
SRNS kullanarak koordinatları belirlemenin matematiği
Akıllı telefonunuzdaki GPS/GLONASS navigatörü, radyo navigasyon iletişim sistemini (SRNS) kullanarak konumu bu kadar doğru bir şekilde nasıl belirliyor? Hesaplamaların ilkesini anlamak için lisede stereometri ve cebiri veya fizik ve matematik okulunu hatırlamanız gerekir.
Her uydu alıcıya tam zamanı bildirir. Uydunun atom saati vardır ve bu nedenle güvenilir olabilir. Işığın hızını bildiğimiz için uydunun bulunduğu yüzeydeki kürenin yarıçapını belirlemek hiç de zor değil. Aynı küre, Dünya ile temas halinde, GPS / Glonass alıcısının bulunduğu bir daire oluşturur.
Sinyal iki uydudan geldiğinde, zaten Dünya ile iki kürenin kesişimine sahip oluyoruz, bu da daire üzerinde yalnızca iki nokta veriyor. Üçüncü uydunun küresi ideal olarak bu iki noktadan birine düşmeli ve sonunda alıcının koordinatları belirlenmelidir.
Prensip olarak, dolaylı kanıtlara dayanarak iki uydudan bile iki noktadan hangisinin gerçeğe daha yakın olduğu anlaşılabilir ve modern navigasyon yazılımı algoritmaları bu görevle başa çıkabilir. O halde neden dördüncü bir uyduya ihtiyacımız var?
Uydu takımyıldızı kullanılarak konumun belirlenmesi.
Bu idealize edilmiş resimde, hesaplamaların doğruluğunun bağlı olduğu birçok nüansın bulunduğunu görmek kolaydır. Alıcı zamanı belki de en belirgin hata kaynağıdır. Her şeyin olması gerektiği gibi çalışabilmesi için GPS/Glonass alıcısının saatinin uydu saatiyle senkronize olması gerekir. Bu olmasaydı hata ∓ 100 bin km olurdu.
Hız, zaman ve mesafe formülünden S = v*t, SRNS sinyalini iletmek için temel denklemi elde ederiz. Uyduya olan mesafe, ışık hızı ile uydu ile alıcı arasındaki zaman farkının çarpımına eşittir.
Bunun temel nedeni, tüm senkronizasyonlardan sonra bile alıcıdaki tpr zamanını yeterli bir doğrulukla biliyor olmamızdır. Gerçek zaman ile tpr arasında her zaman Δt olacaktır ve bu nedenle hesaplama hatası kabul edilemez hale gelir. Bu yüzden ihtiyacın var dördüncü uydu.
Dört uyduya duyulan ihtiyacın daha net bir matematiksel gerekçesi için bir denklem sistemi oluşturacağız.
Dört bilinmeyen x, y, z ve Δt'yi belirlemek için gözlem sayısının bilinmeyenlerin sayısına eşit veya ondan daha fazla olması gerekir. Bu gerekli ancak yeterli olmayan bir durumdur. Normal denklemlerin matrisi tekil çıkarsa denklem sisteminin çözümü olmayacaktır.
Ayrıca Özel Görelilik Teorisi'ni ve yerdeki atom saatlerine göre uydu atom saatleri üzerindeki zaman genişlemesinin göreceli etkilerini de unutmamalıyız.
Uydunun yörüngede 14 bin km/saat hızla hareket ettiğini varsayarsak yaklaşık 7 μs (mikrosaniye) kadar bir zaman genişlemesi elde ederiz. Öte yandan Genel Görelilik Teorisinin görelilik etkileri işliyor.
Mesele şu: Yörüngedeki uydular Dünya'dan çok uzaktalar; burada uzay-zaman sürekliliğinin eğriliği, Dünya'nın kütlesi nedeniyle Dünya yüzeyindeki eğrilikten daha az. Genel göreliliğe göre, büyük bir nesneye daha yakın olan saatler, ondan daha uzakta bulunanlara göre daha yavaş görünecektir.
- G yer çekimi sabitidir;
- M nesnenin, bu durumda Dünya'nın kütlesidir;
- r, Dünya'nın merkezinden uyduya olan mesafedir;
- c ışık hızıdır.
Bu formül kullanılarak yapılan hesaplama, uydu üzerinde 45 μs'lik bir zaman genişlemesi verir. Toplam -7μs +45μs = 38μs denge - STR ve GTR'nin etkileri.
SRNS konumlandırma uygulamalarında iyonosferik ve troposferik gecikmeler de dikkate alınmalıdır. Ek olarak, 46 ns'lik düzeltmeler GPS uydularının yörüngesinin 0.02'lik dış merkezliliğinden kaynaklanmaktadır.
Dörtten fazla GPS / GLONASS uydusundan aynı anda sinyal alma yeteneği, alıcının koordinatlarını belirleme doğruluğunu daha da artırmanıza olanak tanır. Bu, gezginin dört bilinmeyenli dört denklemden oluşan bir sistemi çözmesi nedeniyle elde edilir. sayısı ve ortalama değeri alır, matematiksel istatistik yasalarına göre nihai tahminin doğruluğunu arttırır.
Uydu bağlantısı üzerinden NTP sunucusu Stratum 1 nasıl yapılandırılır
Yüksek kaliteli bir zaman sunucusu kurmak için yalnızca GPSD, NTP ve 1PPS (saniyede bir darbe) çıkışı olan bir GPS alıcısına ihtiyacınız vardır.
1. Gpsd ve ntpd'yi veya gpsd ve chronyd'yi yükleyin. GPSD sürümü ≥ 3.20 olmalıdır
(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. PPS destekli bir GPS alıcısını RS232 seri veya USB bağlantı noktasına bağlayın.
Sıradan ucuz bir GPS alıcısı çalışmaz; Doğru olanı bulmak için biraz arama yapmanız gerekebilir.
3. Cihazın gerçekten PPS verdiğinden emin olun, bunu yapmak için gpsmon yardımcı programını kullanarak bağlantı noktasını kontrol edin.
4. /etc/conf.d/gpsd dosyasını açın ve aşağıdaki satırı düzenleyin.
Vekil
GPSD_OPTIONS=""böylece olur
GPSD_OPTIONS="-n"Bu değişiklik, gpsd'nin başlatma sırasında hemen SRNS kaynaklarını aramaya başlaması için gereklidir.
5. gpsd'yi başlatın veya yeniden başlatın.
(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart
Systemd içeren dağıtımlar için uygun systemctl komutunu kullanın.
6. cgps komutunun konsol çıktısını kontrol edin.
Verilerin uydulardan doğru şekilde alındığından emin olmanız gerekir. Konsolun çizime benzer bir şeye sahip olması gerekir.
Cgps konsolu komutunun çıktısı.
7. /etc/ntp.conf dosyasını düzenlemenin zamanı geldi.
# 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
En üstteki NTP0 girişi, hemen hemen tüm GPS cihazlarında bulunan evrensel bir zaman kaynağını gösterir. Alttaki NTP1 girişi çok daha doğru bir PPS kaynağını tanımlar.
8. Ntpd'yi yeniden başlatın.
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart
Systemd içeren dağıtımlar için systemctl komutunu kullanın.
$ sudo systemctl ntp'yi yeniden başlat
Kullanılan malzemeler
- David L Mills Dünya ve Uzayda Ağ Zaman Protokolü, İkinci baskı.
Kaynak: habr.com