Способы дистрибуции точного времени в компьютерных сетях реферат
Обновлено: 05.07.2024
Синхронизация времени в промышленных сетях необходима для согласования работы устройств и приложений, осуществляющих обработку данных в режиме реального времени. Помимо этого, синхронизация требуется в системах мониторинга и управления с целью протоколирования возникающих событий и своевременного реагирования на них.
В зависимости от решаемых задач, могут потребоваться разные уровни точности синхронизации времени. Так одной из наиболее чувствительных к точности времени систем является система автоматизации на энергетических подстанциях. Современная система автоматизации подстанции описана в стандарте МЭК 61850, в котором указано, что точность синхронизации времени на шине процессов должна быть не хуже 1 мкс.
Существует несколько методов синхронизации времени.
1. Односторонний метод
Часы Master отправляют информацию о времени на часы Slave. Последние используют полученные данные, учитывая задержку на передачу информации, для синхронизации времени. Задержка может быть измерена или рассчитана. Данный метод может быть использован только в тех системах, где сеть передачи данных и путь от часов Master к часам Slave не меняются, в противном случае при синхронизации времени будет неверно учтена задержка. При использовании этого метода следует учесть, что в любой системе могут возникнуть какие-либо помехи и шумы, которые повлияют на время передачи информации от мастера, но, так как связь односторонняя, отследить дополнительные задержки невозможно.
2. Двусторонний метод
Помимо отличий в методах синхронизации, разделяют еще и типы сетевых инфраструктур.
Выделенная и конвергентная сети
В выделенной сети для синхронизации времени используют выделенную линию передачи данных. В такой сети используют методы синхронизации времени 1PPS и IRIG-B.
В конвергентной сети синхронизация времени происходит по тем же каналам, по которым передается весь остальной трафик системы. Для подобных систем используют протоколы синхронизации времени NTP, SNTP и PTP.
Кроме того, в отдельную группу можно отнести системы синхронизации от орбитальных спутников – например, GPS/ГЛОНАС.
Каждое астрономическое наблюдение должно сопровождаться данными о моменте времени его выполнения. Точность момента времени может быть различной, в зависимости от требований и свойств наблюдаемого явления. Так, например, при обычных наблюдениях метеоров и переменных звезд вполне достаточно знать момент с точностью до минуты. Наблюдения же солнечных затмений, покрытий звезд Луной и в особенности наблюдения за движением искусственных спутников Земли требуют отметки моментов с точностью не меньшей, чем до десятой доли секунды. Точные же астрометрические наблюдения суточного вращения небесной сферы заставляют применять особые способы регистрации моментов времени с точностью до 0,01 и даже 0,005 секунды!
Для хранения времени астрономы располагают очень точными часами, которые регулярно проверяют, определяя моменты кульминаций звезд при помощи специальных инструментов. Передача же сигналов точного времени по радио позволила им организовать всемирную Службу времени, т. е. связать все обсерватории, занимающиеся наблюдениями такого рода, в одну систему.
ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕДАЧА ТОЧНОГО ВРЕМЕНИ
Эволюция измерений и хранения времени Развитие цивилизации непременно связано со значительным ростом науки и усложнением задач, стоящих перед людьми. Многие из них невозможны без определения точного времени. И точность, необходимая для решения этих задач, соответственно менялась. Так, к примеру, если для выбора наилучшего момента посева, сбора урожая или для определения приливов и отливов достаточно календаря и солнечных часов, то в наши дни, для запуска искусственного спутника Земли с заданными параметрами, необходимо довольно точное время с малыми погрешностями.
Часы. Закон четвертого измерения
. точный прибор. Но при помощи песочных часов можно было измерять лишь небольшие промежутки времени, обычно не более получаса. Таким образом, самые лучшие часы того периода могли обеспечить точность измерений . согласно которому беспрецедентно огромная по тем временам награда размером в . уходила меньше чем на секунду в сутки. Первая . точность его измерения стала для науки главной технической задачей. .
Так же, на конференции было решено, что всемирные сутки должны начинаться в полночь начального меридиана.
С середины 19 века в основное оборудование для хранения времени входили часы, рефракторные телескопы, для определения перехода небесных тел через меридиан и оборудование для излучения сигналов времени, такие как акустические, оптические и электрические излучатели
— С 1910 года для передачи временных сигналов начали использоваться излучатели и приемники радиосигналов. Первые передачи по радио сигналов точного времени в России состоялись в этом же году в ходе работ по определению разности долгот Пулково – Париж, при этом был использован радиотелеграфный передатчик Русского общества беспроволочных телеграфов и телефонов в Петербурге мощностью 100 кВт. Было обнаружено, что возникает систематическая ошибка в одну-две секунды. Причиной этому послужили погрешности в наблюдении положения небесных тел, задержки в инструментах и ошибки в определении долготы, которые в сумме давали неопределенный сдвиг. Всемирное время действительно единственное по своему определению, было трудно реализуемым. И уже в 1911 году бюро долготы Парижа предложило создать международное бюро времени (BIH), которое должно было обеспечивать единственное приближение к теоретическому всемирному времени. BIH выполняло свои функции до 1988 года, после чего разделились на международное бюро мер и весов BIPM, которое занимается измерением атомного времени, и службу вращения Земли IERS для выполнения астрономических и геодезических функций.
Долгое время считалось, что вращение Земли равномерно и секунда принималась как 1/8400 часть средних солнечных суток. Однако, в первой половине 20 века, было установлено, что вращение Земли не равномерно и это необходимо учитывать при определении всемирного времени. Впервые для этого в 1955 году были введены небольшие эмпирические поправки для удаления ежегодных флуктуаций, эта шкала с поправками именовалась как UT2. С 1960 международный комитет по мерам и весам определил секунду как 1/31556925,9747 долю тропического года на 0 января 1900 года, привязывая измерения времени к конкретной эпохе. Эта эфемеридная секунда мало использовалась для повседневной жизни и не совмещалась со шкалой времени UT.
В 1955 году был разработан атомный стандарт частоты. Уже через десятилетие неопределенность частоты атомных стандартов была уменьшена до 10-12. Дальнейшее исследование квантовомеханических генераторов частоты, проведенные в течение ряда лет в различных исследовательских лабораториях многих стран, подтвердили их способность воспроизводить постоянные интервалы времени с несравненно более высокой точностью, чем это можно было осуществить, используя астрономические определения времени. Это позволило отказаться от эфемеридной секунды и ввести атомное определение единицы времени, используемое и по сегодняшний день. В 1967 году на 13-й генеральной конференции по мерам и весам секунда определена как промежуток времени, состоящий из 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего перехода между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133. Новая секунда имеет длительность согласно усредненным данным девятнадцатого века.
Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи сигналов
. преобразователем, желательно, чтобы полученный аналоговый сигнал был максимально точной копией исходного сигнала. Если входной сигнал . сигнала (отсутствующие в спектре исходного сигнала) получили название alias (ложная частота, побочная низкочастотная составляющая). Частота ложных компонент зависит от разницы между частотой сигнала и частотой дискретизации. Например, синусоидальный сигнал с частотой .
Астрономические шкалы времени относятся к динамическим шкалам. При практической реализации они используют наблюдения за состоянием физической динамической системы, эволюция которой во времени известна, в которой время используется в качестве параметра. Атомные шкалы относятся к интегральным шкалам времени, такие шкалы при практической реализации используют счет событий и/или суммирование интервалов времени от начального момента времени (условного нуля).
Россия совершила значительный вклад в развитие систем единого времени и системы хранения времени. В послевоенные годы развитие ракетно-космической техники и реактивной авиации требовало создание новых измерительных средств в области частотно-временных измерений
Примеры похожих учебных работ
Часы. Закон четвертого измерения
. Вскоре парламент подготовил билль, согласно которому беспрецедентно огромная по тем временам награда размером в 20 тысяч фунтов ( . малого 15 веков, времени отводилась скромная роль средства измерения скорости движения, не более того, поскольку этого .
Спутниковые методы определения координат
. данными между приемниками. Пост-обработка обычно выполняется более строго. Методы GPS измерений можно разделить на статические и кинематические. При статических измерениях участвующие в сеансе приемники находятся на пунктах в .
Скорость света и методы ее определения
. одной среды в другую. Для этого необходимо было разработать методы измерения скорости света земных источников. Первые попытки таких экспериментов были предприняты в начале XIX века. .
Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи сигналов
. где-либо преобразуется обратно в аналоговую форму цифро-аналоговым преобразователем, желательно, чтобы полученный аналоговый сигнал был максимально точной копией исходного сигнала. Если входной сигнал меняется быстрее, чем делаются его отсчёты, .
Дискретизация сигнала
. например, первые две теоремы дискретизации Котельникова). Аналоговые сигналы описываются непрерывными функциями времени, поэтому аналоговый сигнал иногда называют непрерывным сигналом. Аналоговым сигналам противопоставляются дискретные (квантованные, .
Определение прочности материалов конструкций неразрушающими методами
Получением и хранением точного времени задача службы времени не ограничивается. Не менее важной ее частью является такая организация передачи точного времени, при которой эта точность не была бы утрачена.
В старину передача сигналов времени производилась с помощью механических, звуковых или световых устройств. В Петербурге ровно в полдень стреляла пушка; можно было также сверить свои часы по башенным часам Института метрологии, ныне носящего имя Д. И. Менделеева. В морских портах в качестве сигнала времени употреблялся падающий шар. С кораблей, стоящих в порту, можно было видеть, как ровно в полдень шар срывался с вершины специальной мачты и падал к ее подножию.
Для нормального хода современной интенсивной жизни очень важную задачу представляет обеспечение точным временем железных дорог, почты, телеграфа и больших городов. Здесь не требуется столь высокая точность, как при астрономических и географических работах, но необходимо, чтобы с точностью до минуты во всех частях города, во всех концах нашей огромной страны все часы показывали время одинаково. Эта задача обычно решается с помощью электрических часов.
В часовом хозяйстве железных дорог и учреждений связи, в часовом хозяйстве современного города электрические часы играют большую роль. Устройство их очень простое, и тем не менее с точностью до одной минуты во всех пунктах города они показывают одинаковое время.
Электрические часы бывают первичные и вторичные. Первичные электрические часы имеют маятник, колеса, спуск и являются настоящими измерителями времени. Вторичные электрические часы являются лишь указателями: часового механизма в них нет, а имеется лишь сравнительно простое устройство, передвигающее стрелки раз в минуту. При каждом размыкании тока электромагнит отпускает якорь и прикрепленная к якорю "собачка", упираясь в храповое колесо, поворачивает его на один зуб. Сигналы электрического тока подаются на вторичные часы либо от центральной установки, либо от первичных электрических часов. В последние годы появились говорящие часы, сконструированные по принципу звукового кино, которые не только показывают, но и сообщают время.
Для передачи точного времени ныне служат, главным образом, электрические сигналы, посылаемые с помощью телефона, телеграфа и радио. В течение последних десятилетий техника их передачи совершенствовалась, а точность соответственно возрастала. В 1904 г. Бигурдан передал ритмические сигналы времени с Парижской обсерватории, которые были приняты обсерваторией Монсури с точностью 0,02-0,03 сек. В 1905 г. регулярную передачу сигналов времени начала Вашингтонская морская обсерватория, с 1908 г. стали передавать ритмические сигналы времени с Эйфелевой башни, а с 1912 г. и с Гринвичской обсерватории.
В настоящее время передача сигналов точного времени ведется во многих странах. В СССР такие Передачи ведет Государственный астрономический институт им. П. К. Штернберга, а также ряд других организаций. При этом для передачи по радио показаний среднего солнечного времени используется целый ряд различных программ. Например, широковещательная программа сигналов времени передается в конце каждого часа и состоит из шести коротких импульсов. Начало последнего из них соответствует времени того или иного часа и 00 мин 00 сек. В морской и воздушной навигации применяется программа из пяти серий по 60 импульсов и трех серий по шесть коротких сигналов, разделенных более длинными сигналами. Кроме того, есть еще ряд специальных программ сигналов времени. Сведения о различных специальных программах сигналов точного времени публикуются в специальных изданиях.
Погрешность передачи сигналов времени по широковещательным программам составляет около ±0,01 - 0,001 сек, а по некоторым специальным ±10 -4 и даже ±10 -5 сек. Таким образом, в настоящее время разработаны методы и приборы, которые позволяют получать, хранить и передавать время с весьма высокой степенью точности.
В последнее время в области хранения и передачи точного времени были реализованы существенно новые идеи. Предположим, что нужно, чтобы в ряде пунктов какой-либо территории точность показаний стоящих там часов была не хуже ±30 сек, при условии непрерывной работы всех этих часов в течение года. Такие требования предъявляются, например, к городским и железнодорожным часам. Требования не очень жесткие, однако для того, чтобы их выполнить с помощью автономных часов, нужно, чтобы суточный ход каждого экземпляра часов был лучше ±0,1 сек, а для этого требуются прецизионные кварцевые хронометры.
Между тем, если для решения этой задачи используется система единого времени, состоящая из первичных часов и большого числа связанных с ними вторичных часов, то высокой точностью должны обладать лишь первичные. Следовательно, даже при повышенных затратах на первичные часы и соответственно малых на вторичные можно во всей системе обеспечить хорошую точность при относительно небольшой общей стоимости.
Конечно, при этом нужно сделать так, чтобы вторичные часы сами не вносили ошибки. Описанные ранее вторичные часы с храповым колесом и собачкой, в которых по сигналу раз в минуту передвигается стрелка, иногда дают сбои. Причем с течением времени ошибка их показаний накапливается. В современных вторичных часах применяется различного рода проверка и коррекция показаний. Еще большую точность обеспечивают вторичные часы, в которых используется переменный ток промышленной частоты (50 гц), частота которого строго стабилизирована. Основной частью этих часов является синхронный электродвигатель, приводимый в движение переменным током. Таким образом, в этих часах сам переменный ток является непрерывным сигналом времени с периодом повторения 0,02 сек.
В настоящее время создана Всемирная система единого времени ВОЗАК (WOSAC; название составлено из первых букв слов: World-wide Sinchronisation of Atomic Clocks). Главные первичные часы этой системы расположены в г. Риме, штат Нью-Йорк, США, и состоят из трех атомихронов (атомных цезиевых часов), показания которых усредняются. Таким образом обеспечивается точность отсчета времени, равная (1-3)*10 -11 . Эти первичные часы связаны с всемирной сетью вторичных часов.
Проверка показала, что при передаче сигналов точного времени по ВОЗАК от штата Нью-Йорк (США) до острова Оаху (Гавайские острова), т. е. приблизительно на 30 000 км, согласование показаний времени обеспечивалось с точностью до 3 микросекунд.
Высокая точность хранения и передачи меток времени, достигнутая в наши дни, позволяет решать сложные и новые вопросы дальней космической навигации, а также хотя и старые, но по-прежнему важные и интересные вопросы о движении земной коры.
Часы, отличающиеся большой точностью и используемые при астрономических наблюдениях. Знание точного времени необходимо при решении большинства задач астрометрии, а также некоторых других разделов астрономии.
С древнейших времён вплоть до 15 в. время в астрономии измерялось солнечными, песочными и водяными часами. Часы с механизмом из зубчатых колёс впервые были применены для астрономических наблюдений в 1484. Однако вследствие несовершенства регулятора показания таких часов были грубы. Маятниковые часы, созданные впервые Х. Гюйгенсом (1657), нашли широкое применение в службах времени. Невозможность пользоваться маятниковыми часами в условиях мореплавания стимулировала создание хронометра, который обеспечивает точность хода, достаточную в экспедиционных условиях, хотя и меньшую, чем у маятниковых часов. Главное требование, предъявляемое к Ч. а., сводится к обеспечению максимального постоянства периода, колебаний их регулятора (в маятниковых часах — маятника). При постоянном ускорении силы тяжести период колебаний маятника зависит: от приведённой длины маятника, от амплитуды, от плотности среды, в которой колеблется маятник. Изменение этих величин оказывает существенное влияние на ход часов. Так, изменение приведённой длины маятника, происходящее главным образом из-за непостоянства температуры, на 1 мкм вызывает изменение суточного хода часов на 0,04 сек. Для максимального уменьшения влияния температуры на ход часов стержни маятников изготовляют из материалов с малым коэффициентом температурного расширения, устраивают различные компенсационные приспособления, часы помещают в изотермические камеры. Амплитуды маятников Ч. а. обычно не превышают 120¢. Изменение этой величины на 0¢,1 изменяет суточный ход на 0,011 сек. Для устранения влияния изменении плотности среды маятник или весь механизм часов помещают в сосуд, из которого частично удалён воздух.
Развитие науки и техники привело к тому, что астрономические требования к точности часов перестали быть уникальными. В то же время организация передач сигналов точного времени по радио и по телевизионным каналам позволила регулярно контролировать ход опорных часов астрономических обсерваторий по показаниям лучших часов единой государственной службы времени и т. о. значительно повысить надёжность их работы.
Астрономические часы // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Астрономические часы – в прямом и переносном смыслах
Блинов Н. С. Атомное время//3емля и Вселенная. — 1966.— № 5. — С. 43–47
Завельский Ф. С. Время и его измерение. — 5-е изд., испр. — М.: Наука, 1987.
Краснов Ю., Пушкин С. Служба времени и частоты в СССР.
Сидоренков Н. С. Часы, время и неравномерность вращения Земли//3емля и Вселенная. 1971. —№ 3. — С. 26–31.
Аннотация: Предметом исследования являются процессы проектирования и создания защищенных мультисервисных сетей передачи данных (ЗМСПД). Объектом исследования является подсистема дистрибуции точного времени ЗМСПД. Наличие указанной подсистемы является базовым требованием с точки зрения обеспечения безопасности функционирования сети. Средства регистрации событий в ЗМСПД, системы анализа протоколов событий, системы защиты от вторжений – это лишь небольшой перечень подсистем ЗМСПД, которые не могут существовать без службы точного времени. С другой стороны, указанная служба может рассматриваться как клиентский сервис ЗМСПД. В этом качестве служба точного времени в вычислительных сетях год от года становится все более востребованной.В то же время не секрет, что в качестве источников точного времени в современных ЗМСПД используется продукция западных стран. При этом, ввиду высокотехнологичности указанных изделий, часто соответствующее производство не вынесено в страны Азии. Соответственно сегодня в этой сфере возникают определенные сложности при подборе и заказе оборудования. Учитывая выше сказанное, автор подробно рассматривает такие аспекты импортозамещения в части создания служб точного времени ЗМСПД, как наличие доступных опорных источников точного времени в Российской Федерации, присутствие отечественного производителя оборудования на соответствующем рынке, экономические аспекты последствий от реализации возможного импортозамещения. Особое внимание уделяется типовым конфигурациям источников точного времени в ЗМСПД, базирующимся на оборудовании отечественного производства. Работа основывается на совокупности результатов маркетинговых исследований отечественного рынка радиоэлектроники, проведенных автором. В качестве источников информации использовались сеть Internet и прямые (по телефону) контакты с отделами продаж ряда производителей. При формировании целей маркетинговых исследований использовались стандарты в области протоколов дистрибуции точного времени поверх Internet-протокола, а также некоторые исследования автора. Основным выводом проведенного исследования является констатация возможности использования в качестве источников точного времени в ЗМСПД комплексов, построенных на оборудовании отечественных производителей. Особым вкладом автора в исследование темы является выработка рекомендаций для отечественных производителей в части корректировки их рыночного поведения. Новизна исследования заключается в использовании концепции совокупной стоимости владения при сравнении различных сценариев построения подсистем дистрибуции точного времени в вычислительных сетях, базирующихся на Internet-протоколе.
Ключевые слова: NMEA, GPS, ГЛОНАСС, РТЗ, эталон времени, РБУ, дистрибуция точного времени, сеть передачи данных, NTP, совокупная стоимость владения
Abstract: The article deals with processes of design and creation of the secure wide area network (SWAN). Object of research is the subsystem of distribution of exact time of SWAN. Existence of the specified subsystem is the basic requirement from the point of view of safety of functioning of a network. Means of registration of events in SWAN, systems of the analysis of protocols of events, intruder detection systems is only a small list of subsystems of SWAN which can't exist without service of exact time. On the other hand, the specified service can be considered as the SWAN client service. In this quality the service of exact time in computer networks from year to year becomes more and more demanded. At the same time it is not a secret that as the sources of exact time in modern SWAN the production of the western countries are used. Thus, in view of categories hi-tech of the specified products, the corresponding production isn't taken out to the countries of Asia. Respectively today in this sphere there are certain difficulties at selection and the order of the equipment. Considering above told, author in detail considers such aspects of import substitution regarding creation of services of exact time of SWAN, as existence of available basic sources of exact time in the Russian Federation, presence of domestic producer of the equipment in the relevant market, economic aspects of consequences from realization of possible import substitution. The special attention is paid to the standard configurations of sources of exact time in SWAN which are based on the equipment of a domestic production. The article is based on set of results of the researches of the domestic market of radio electronics conducted by author. As sources of information the Internet publications and phone calls to the sales departments of a number of producers were used. When forming the purposes of market researches the standards in the field of protocols of distribution of exact time over the Internet-protocol and also some researches of the author were used. The main conclusion of the conducted research is ascertaining of possibility of use as sources of exact time in SWAN of the complexes constructed on the equipment of domestic producers. A special contribution of the author to the research of a subject is development of recommendations for domestic producers regarding correction of their market behavior. Novelty of the research is in the use of the concept of total cost of ownership when comparing various scenarios of creation of subsystems of distribution of exact time in the computer networks which are based on the Internet-protocol.
accurate time server, RBU, clock synchronization, RTZ, GLONASS, GPS, NMEA, network, NTP, total cost of ownership
Современные крупномасштабные защищенные мультисервисные сети передачи данных (ЗМСПД) немыслимы без таких подсистем, как подсистема безопасности, службы мониторинга и диагностики неисправностей, и, в ряде случаев, подсистема динамической ремаршрутизации. Важно обратить внимание на то, что ни одна из названных подсистем не может функционировать без наличия в ЗМСПД службы точного времени.
Для дистрибуции точного времени в ЗМСПД чаще всего используется протокол NTP (Network Time Protocol) [1] . NTP использует для своей работы протокол UDP. Система NTP чрезвычайно устойчива к изменениям латентности среды передачи данных. NTP использует алгоритм Марзулло (предложен Кейтом Марзулло из Университета Калифорнии, Сан-Диего), включая такую особенность, как учёт времени передачи. В версии 4 протокол способен обеспечивать точность дистрибуции точного времени до 10 мс при работе через Internet, и до 0,2 мс и лучше внутри локальных сетей [2] .
Основными игроками на рынке разработки и производства специализированных NTP-серверов, базирующихся на синхронизации времени в рамках американской системы глобального позиционирования GPS [3] , являются американские компании Symmetricom (с недавнего времени - Microsemi) и Spectracom, а также отчасти Trimble и Communication Systems Solutions, немецкий рынок NTP-решений представлен компанией Meinberg. Безусловный лидер на этом рынке – Symmetricom, Inc. Следует отметить, что стоимость специализированных серверов времени названных копаний достаточно высока и сопоставима между собой при близких технических характеристиках, однако их использование часто оказывается целесообразным [4] . Учитывая значительный масштаб большинства региональных ЗМСПД, приходится использовать не один источник точного времени, а несколько, распределенных по узлам ЗМСПД. В этих условиях актуальной становиться задача снижения совокупной стоимости владения подсистемой дистрибуции точного времени, как составной части совокупной стоимости владения ЗМСПД [5] . Еще большую остроту эта задача приобрела в последнее время в связи с вводом ограничений технологически развитыми странами на экспорт технологий в Российскую Федерацию.
Целью настоящей статьи является исследование возможности реализации схем импортозамещения технологий и оборудования, а также формирование рекомендаций для российских производителей, которые бы обеспечили создание условий эффективного решения задач дистрибуции точного времени в отечественных ЗМСПД.
Альтернативой, достаточно широко используемым в Российской Федерации источникам точного времени на основе приема спутниковых сигналов американской системы глобального позиционирования GPS, могут стать источники, использующие аналогичную отечественную систему глобальной навигации ГЛОНАСС [6] , а также источники Эталонных Сигналов Частоты и Времени (ЭСЧВ), функционирующие на базе радиостанции РБУ, расположенной в Москве и использующей частоту 66.(6) кГц, и радиостанции РТЗ, расположенной в Иркутске и использующей частоту 50.0 кГц.
Дивизион космического базирования системы ГЛОНАСС в последние годы был в значительной степени усилен, что позволило добиться высоких показателей доступности, см. рис. 1.
Рис. 1. Мгновенная доступность системы ГЛОНАСС по состоянию на 14.05.2012 г. (доступные данные на момент подготовки статьи)
Геометрический фактор PDOP (Position Dilution of Precision) показывает, насколько геометрически удачно расположены спутники в небе относительно пользователя в данный момент времени [7] . Чем ниже значение геометрического фактора, тем лучше. Величину PDOP = 6 принято считать граничным значением, при котором, результаты вычисления дают приемлемую точность. Мгновенная доступность рассчитывается на текущий момент времени.
Среднесуточные значения несущих частот ЭСЧВ, излучаемых радиостанциями РБУ и РТЗ, согласуются с размером единиц частоты, воспроизводимой Государственным эталоном времени и частоты [8] с относительной погрешностью не более `2xx10^-12` . При этом зона обслуживания сигналами точного времени радиостанций РБУ и РТЗ не превышает 1000 км [9] , см. рисунки 2 и 3.
Рис. 2. Расположение радиостанции РБУ и примерная зона ее охвата
Рис. 3. Расположение радиостанции РТЗ и примерная зона ее охвата
Одним из ключевых показателей качества синхронизации времени можно считать точность этого процесса. Для оценки легко достижимых показателей точности синхронизации на основе приема спутниковых сигналов системы глобального позиционирования GPS при использовании оборудования американского производства был собран стенд, см. рис. 4. Использованная система синхронизации времени содержит два первичных источника времени нижней ценовой категории: NTP-сервер с выделенным портом управления Truetime NTS-90 компании Symmetricom (в настоящее время снят с производства) и получивший достаточное распространение в виду низкой стоимости простейший NTP-сервер TM1000A компании Communication Systems Solutions. Данная система синхронизации использует физически выделенную сеть для доступа к первичным источникам времени с целью снижения влияния нецелевого траффика на точность синхронизации. Для дистрибуции точного времени потребителям, находящимся в сети общего назначения, используется вторичный NTP-сервер, построенный на базе операционной системы (ОС) Windows XP и службы NTPD, портированной немецкой компанией Meinberg с использованием исходных кодов одноименного демона Unix-подобных ОС (в стенде была использована версия 4.2.4). В качестве основных принципов построения данной системы синхронизации были использованы идеи, изложенные в ряде работ [10, 11, 12] .
Рис. 4. Топология вычислительной сети стенда для иссдедования процессов синхронизации времени на основе приема спутниковых сигналов системы глобального позиционирования GPS в условиях использовании оборудования компаний Symmetricom и Communication Systems Solutions.
Достаточно длительный (более двух с половиной месяцев) мониторинг работы описанного стенда позволил собрать статистику, представленную на рис. 5. (Для обработки и отображения статистики использовалось программное обеспечение NTP Time Server Monitor by Meinberg версии 1.04.) Обработка данных позволила получить следующие выборочные характеристики случайной величины точности синхронизации:
- рекордные значения: `min quadDelta t = -12.422` мс, `max quad Delta t = 10.778` мс;
- стандартное отклонение: `sigma = 4.453` мс.
Рис. 5. Статистика синхронизации времени от спутникоаого дивизиона GPS в рамках использования исследовательского стенда на основе двух эталонных источников времени: Truetime NTS-90 компании Symmetricom и TM1000A компании Communication Systems Solutions.
Полученные характеристики сдучайной величины точности синхронизации в дальнейшем могут служить ориентиром для оценки альтернативных технических решений.
Исследование отечественного рынка радиоэлектронной продукции соответствующего назначения, включая анализ продуктовой линейки производителей, позволил выделить две компании, чья продукция позволяет решить задачу синхронизации времени в ЗМСПД на основе использования протокола NTP сразу, без привлечения изделий сторонних производителей.
На сайте компании [13] представлено достаточно подробное описание линейки продукции, достаточное для принятия решения о составе и конфигурации тестовых стендов, предназначенных для испытания изделий компании в условиях обеспечения практических потребностей в источниках точного времени для мультисервисных сетей передачи данных.
В частности, в перечне продукции компании присутствуют следующие изделия.
1) Радиочасы РЧ-011, предназначенные для приема ЭСЧВ, передаваемых радиостанцией РБУ или РТЗ (в зависимости от исполнения) и выдачи информации о времени в объеме, соответствующем ГОСТ 8.515-84. Эти радиочасы при использовании фирменной программы TimeSync обеспечивают синхронизацию векового таймера компьютера относительно эталонной шкалы времени UTC с погрешностью не более 60 мс.
2) Радиочасы РЧ-011 повышенной точности используют те же источники синхронизации. При работе с внутренним кварцевым генератором аппаратурная погрешность синхронизации сигналов 1 сек и 1 мин составляет не более 10 мс. При работе с внешним высокостабильным генератором возможна синхронизация сигналов 1 сек, 1 мин и 5 мин с погрешностью не более 50 мкс.
3) Антенна магнитная активная, предназначенная для приема сигналов радиостанций РБУ на частоте 66,(6) кГц и РТЗ на частоте 50 кГц и ориентированная на работу с радиочасами РЧ-011. Полоса пропускания данной антенны по уровню 3 дБ – 2 кГц. Выходное сопротивление симметричного выхода – 120 Ом. Габаритные размеры – 36x200 мм.
4) Антенна электрическая активная, предназначенная для приема сигналов в диапазоне частот от 30 до 100 кГц и ориентированная на работу с радиочасами РЧ-011. Изготавливается в двух исполнениях: с коаксиальным выходом и выходным сопротивлением 50 Ом, и с симметричным выходом и выходным сопротивлением 120 Ом. Габаритные размеры антенны – 36x510 мм.
5) Блок интерфейсный предназначен для приема информации о дате и времени с радиочасов РЧ-011 и выдачи информации о дате и времени по протоколам NTP версий 2, 3 и 4. Информация о времени и дате может так же выдаваться в персональный компьютер по интерфейсам RS-232 и USB. Интерфейсный блок построен на базе процессора семейства ARM7 и операционной системы для встроенных решений проекта uClinux [14] .
6) Спутниковые радиочасы РЧ-021, предназначенные для выдачи информации о текущей дате и времени, синхронизированных по шкале спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Часы поддерживают три режима работы: ГЛОНАСС, GPS, ГЛОНАСС+GPS. Погрешность синхронизации сигнала 1 сек обеспечивается данным оборудованием на уровне 1 мкс.
Читайте также: