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  • 电话授时系统同步精度改进研究,电话授时系统中怎么实现同步,怎么去发时间信息。
  • NTP授时服务器同步精度被推至亚纳秒级 NTP授时服务器同步精度被推至亚纳秒级 时间与每个人息息相关,当我们熟悉的时间被压缩到10-10量级(亚纳秒级),意味着什么?“新一代同步时间信息网络”究竟是什么?为什么...

    NTP授时服务器同步精度被推至亚纳秒级

    NTP授时服务器同步精度被推至亚纳秒级

    时间与每个人息息相关,当我们熟悉的时间被压缩到10-10量级(亚纳秒级),意味着什么?“新一代同步时间信息网络”究竟是什么?为什么说未来物联网、5G、人工智能等新兴领域的实现离不开精准时间技术?

     

    来自中国科学技术大学、中国科学院合肥分院、科大国盾量子技术有限公司、国防科技大学、合肥中科离子医学技术装备有限公司、产业投资机构等的参会嘉宾,共同探讨高精度卫星授时技术在大科学工程、国防军工、清洁能源以及先进医疗领域的应用。

     

    研讨会当天,详细介绍了新一代实现亚纳秒级授时同步精度的新产品,这是国内将同步授时精度压缩到亚纳秒级。他并从技术本身出发,拓展到多个与国家建设以及人民生活息息相关的行业应用,生动描绘了未来智能世界与高精度时间技术的联系。

     

    为什么需要亚纳秒级的授时精度?

     

    物联网,5G等新技术大潮的涌现,加速了未来智能化时代的到来。在未来的智能化世界架构里,所有的终端(比如手机,汽车等等)都会连接到智能节点,实现智能化的互联互通。

     

    多种复杂节点的接入,必然会对同步和时间信息提出更高的要求,高精度定时技术作为高新技术实现的基础,其重要性已经越来越高。

     

    在国家公布的重大科技基础建设“十三五”规划中,已经将高精度地基授时系统作为建设目标的重点任务。由此可见其重要性。

     

    正是在这样一个行业与时代的大背景下,不断研究和探索自主研发的高精度定时方法,发布了同步设备,将国内的同步授时精度压缩到亚纳秒级,能够同时实现时间同步、相位同步以及事件同步。可以为从几米到几十公里范围部署的节点提供亚纳秒量级的时间同步、参考时钟、时间触发以及数据传输。

     

     

    卫星授时服务

    高精度的授时技术能够广泛应用于相控阵雷达、智能网联汽车、大型科学工程及未来人工智能领域。

     

    高精度授时在新体制雷达的应用

     

    在新体制雷达,如相控阵雷达,多通道间的同步精确度会严重影响到雷达的成像质量。能够为大型相控阵雷达提供时钟同步精度小于200ps 的时钟基准、分布式的同步架构,使得雷达能够方便的实现多发多收,并为空基和海基的无线高精度同步提供实现的可能。

     

    更高的同步精度,更好的抗干扰性能以及更可靠的加密技术,使得可以满足从几米到几十公里量级的高精度同步需求,能够适用于大型陆基和海基相控阵雷达应用。

     

    智能网联汽车的实现需要高精度授时技术

     

    智能网联汽车是目前人工智能领域重要的落地方向之一,也是建设智慧城市重要的一环。对于智能驾驶汽车而言,安全性和可靠性是消费者对于新技术最大的担忧。

     

    高精度定位,是实现智能驾驶汽车安全稳定运行的重要技术。而高精度定位技术的实现,恰恰离不开高精度的定时技术。基站作为未来5G时代互联互通的重要设施,其定位精度一直受限于收拾精度不高的困扰,通过将定时精度提升至亚纳秒级,使得基站定位精度可以实现从米级到厘米级的飞跃,从而真正实现高精度定位。

     

    无人驾驶汽车在未来的智能化世界只是互联终端的一种,可以设想,对于需要将大量终端连接的智慧城市的建设,无疑将更加离不开高精度授时技术。

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  • 国内卫星授时时钟同步精度被推至亚纳秒级 国内卫星授时时钟同步精度被推至亚纳秒级 时间与每个人息息相关,当我们熟悉的时间被压缩到10-10量级(亚纳秒级),意味着什么?“新一代同步时间信息网络”究竟是什么?为...

    国内卫星授时时钟同步精度被推至亚纳秒级
    国内卫星授时时钟同步精度被推至亚纳秒级

    时间与每个人息息相关,当我们熟悉的时间被压缩到10-10量级(亚纳秒级),意味着什么?“新一代同步时间信息网络”究竟是什么?为什么说未来物联网、5G、人工智能等新兴领域的实现离不开精准时间技术?

    来自中国科学技术大学、中国科学院合肥分院、科大国盾量子技术有限公司、国防科技大学、合肥中科离子医学技术装备有限公司、产业投资机构等的参会嘉宾,共同探讨高精度定时技术在大科学工程、国防军工、清洁能源以及先进医疗领域的应用。

    研讨会当天,详细介绍了新一代实现亚纳秒级定时同步精度的新产品,这是国内将同步授时精度压缩到亚纳秒级。他并从技术本身出发,拓展到多个与国家建设以及人民生活息息相关的行业应用,生动描绘了未来智能世界与高精度时间技术的联系。

    为什么需要亚纳秒级的定时精度?

    物联网,5G等新技术大潮的涌现,加速了未来智能化时代的到来。在未来的智能化世界架构里,所有的终端(比如手机,汽车等等)都会连接到智能节点,实现智能化的互联互通。

    多种复杂节点的接入,必然会对同步和时间信息提出更高的要求,高精度定时技术作为高新技术实现的基础,其重要性已经越来越高。

    在国家公布的重大科技基础建设“十三五”规划中,已经将高精度地基授时系统作为建设目标的重点任务。由此可见其重要性。

    正是在这样一个行业与时代的大背景下,不断研究和探索自主研发的高精度定时方法,发布了同步设备,将国内的同步授时精度压缩到亚纳秒级,能够同时实现时间同步、相位同步以及事件同步。可以为从几米到几十公里范围部署的节点提供亚纳秒量级的时间同步、参考时钟、时间触发以及数据传输。

    高精度的定时技术能够广泛应用于相控阵雷达、智能网联汽车、大型科学工程及未来人工智能领域。

    高精度定时在新体制雷达的应用

    在新体制雷达,如相控阵雷达,多通道间的同步精确度会严重影响到雷达的成像质量。能够为大型相控阵雷达提供时钟同步精度小于200ps 的时钟基准、分布式的同步架构,使得雷达能够方便的实现多发多收,并为空基和海基的无线高精度同步提供实现的可能。

    更高的同步精度,更好的抗干扰性能以及更可靠的加密技术,使得可以满足从几米到几十公里量级的高精度同步需求,能够适用于大型陆基和海基相控阵雷达应用。

    智能网联汽车的实现需要高精度定时技术

    智能网联汽车是目前人工智能领域重要的落地方向之一,也是建设智慧城市重要的一环。对于智能驾驶汽车而言,安全性和可靠性是消费者对于新技术最大的担忧。

    高精度定位,是实现智能驾驶汽车安全稳定运行的重要技术。而高精度定位技术的实现,恰恰离不开高精度的定时技术。基站作为未来5G时代互联互通的重要设施,其定位精度一直受限于收拾精度不高的困扰,通过将定时精度提升至亚纳秒级,使得基站定位精度可以实现从米级到厘米级的飞跃,从而真正实现高精度定位。

    无人驾驶汽车在未来的智能化世界只是互联终端的一种,可以设想,对于需要将大量终端连接的智慧城市的建设,无疑将更加离不开高精度定时技术

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    最早接触帧同步的概念是在2005年开发PS游戏高智能方程式赛车3的时候,当时负责赛车游戏的逻辑,物理,AI和录像回放等功能,录像回放就是使用点帧同步实现的。一场比赛只要保存玩家在不同时刻的操作即可,回放的时候就再跑一遍游戏在相同的时间执行相同的操作,得到相同的结果。对于主机游戏来说帧同步实现要简单很多,因为设备唯一,不存在浮点精度的问题,甚至都不需要逻辑层和表现层分离,只要简单的限帧即可。

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    2015年开发一款3D战斗卡牌游戏的时候又使用了帧同步技术,因为当时服务器只有一个人战斗逻辑在客户端,一开始使用主机模式问题很多,迫不得已临时改成帧同步。因为是中途改的所以实现比较简单,使用FixedUpdate对逻辑限帧,使用TCP,可以说问题还是很多的。但因为1V1的横版游戏,玩家操作频率非常低,战斗也相对简单,有些不同步和延迟也还能接受。当时因为时间紧迫,开发的时候就遇到一个不同步问题解决一个,例如脚本更新顺序,逻辑帧更新等,其实也发现有浮点精度的问题,但因为时间有限只是对一些地方做了截断保护,后续项目又改成状态同步了也没有深究。

    后来也了解过同类型游戏刀塔传奇的帧同步,刀塔传奇逻辑使用lua脚本,双精度浮点数double的精度问题比float好很多,另外2D游戏的运算相对3D简单,当时只遇到过一个数学运算有问题做了特殊处理就解决了。

    最近在做一款射击类MOBA项目的时候,又采用了帧同步技术(帧同步和状态同步的对比和选择后续做更详细的介绍)。这是一款3D物理的俯视角射击MOBA项目,游戏中大量运用了真3D物理运算,双摇杆射击,最多支持16人战斗。游戏节奏非常快,操作频率非常高,一直会有大量玩家同屏团战,每个角色射速极高每帧有多发子弹,每个子弹都有弹道和物理计算,是一款对性能和延迟要求非常高的游戏。这时候同步就不能有一点问题了,任何一个Error或者运算的不同步就会导致结果的巨大差异,并且非常显而易见,使游戏无法进行,因此浮点精度问题也必须得到彻底解决了。

    浮点精度的问题在PC上就有跨平台的问题,因为语言编译器不同使用的寄存器和运算过程中的舍入方式不同。就会导致在不同平台下相同的float运算会出现不同的结果,这方面有很多文章阐述就不多做阐述。而在手机上IOS还好比较单纯,Android设备系统硬件千差万别就更容易出现精度问题了。

    首先我做了一些单元测试。

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    *如上图,通过简单的单元测试函数对各种常规的数学运算做了测试。

    测试方法是:

    • 首先在Windows64位电脑上生成浮点型测试数据,然后通过测试函数执行n次运算。
    • 将测试结果的二进制保存到配置文件中。这里需要说明的是因为float是小数点后7位,在编辑中最多可以显示到9位例如1.876777650比较起来不直观。另外也存在多个十进制数据对应一个二进制浮点数的情况,例如在编辑器中看到5.0,保存之后再读取显示可能就是4.9999999,他们两个对应相同的二进制是一样的。为了便于对比,我写了一个简单的函数将各种类型统一转成二进制,保存的时候按二进制写入和读取,输出的时候也对应输出浮点数的二进制表达方式。
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    *如上图,将各种类型转换成二进制字符串的函数。

    • 在其他各种设备运行测试程序,读取浮点测试数据,执行相同的运算,显示测试数据和运算结果的十进制和二进制结果。
    • 读取Windows64位电脑上的二进制测试结果,和当前运算结果进行比较,如果不同显示Error,并显示双方的二进制结果。

    结果如下:

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    可以发现连简单的x*x+y*y+z*z计算就出现了结果不一致,并且x*x,y*y,z*z和x*x+y*y都是一致的,就是y*y+z*z出现了不一致,猜测可能是不同设备的寄存器使用和舍入方式不同导致的误差,任何一个数学运算都有可能出现。

    进一步测试:

    • 进过更细致的测试,我发现Windows,IOS,Android三个平台之间会出现float运算结果不一致的情况,其中Windows设备之间、IOS设备之间是一致的(也可能设备较少),Android平台下即使同一个平台不同机型之间也会有大量运算不一致。并且各种运算都有可能出现,没有规律可言(例如某个只有数学运算不一致)。
    • 此外我又针对Unity的Physx物理引擎做了精度测试,创建一个3D世界,随机分布各种几何体胶囊,球,茶壶,立方体等等,然后从原点位置随机发射1000根射线,再用相同的方式记录和对比结果,最终发现物理运算也出现了不一致的现象!
    • 最后我还让做AI的同事对Unity的寻路系统Navmesh做了测试,生成一张带Navmesh的场景生成10000个测试路径然后保存和对比,这次结果就比较有趣了,让我吃了一惊,结果居然是一致的!

    测试结果:

    • 通过测试可以发现在如果逻辑代码中使用float连最基本的数学运算都保证不了,可见逻辑部分是不可能使用float了。
    • 同样物理运算也会有不一致的问题,不能直接使用,但测试结果主要在浮点数位数的误差上。
    • 使用Navmesh没有发现不一致的问题,可能有隐患但应该还是可以使用的。

    解决方案:

    • 代码中使用float的问题,我们通过在逻辑层使用定点数取代float来解决。我在刚入行的时候使用过定点数,当时主要是为了解决在手机上浮点数运算非常慢的问题。早期Doom,Quick等都使用过定点数的优化方式,在3D游戏编程大师的书中还提供过一套定点数学库。我的一个同事在此基础上实现了一套基于定点数的数学库,提供和Unity相似的接口,并对一些函数做了查表优化。另一个同事修改了导表工具,使得策划的填表数据也支持定点数,完美解决。后来我们还逆向了另外一款爆款帧同步游戏看了一下,他们也做了特殊处理,使用乘1000的方式来解决,类似我们的顶点数学库但更难使用。
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    • 因为大量使用了真实的3D物理,所以物理对我们来说是一道跨不过去的槛。我们尝试过多种解决方案,先是让公司引擎组的同事帮忙修改Unity和PhysX源码发现工作量巨大,然后又尝试修改bullet为定点数替换PhysX,但是修改后的Unity版本性能差了几百倍无法使用。最终迫于时间压力,我们还是采用了有些隐患的做法:只使用Unity最基本的射线和BoxCollider,在此基础上实现了一套简单的定点数物理引擎。但是即使这样还是会出现不一致的问题,我们又加入了尾数截断,按碰撞方向截断等方式保障一致性。最终在几十万把上线测试中还没有发现物理导致的不一致问题。(需要说明的是,如果要使用动态碰撞器,需要修改一下Unity源码,让物理引擎的Update可以再逻辑帧驱动,非常感谢引擎组同事的帮忙。Unity的新版好像提供了这个功能。)
    • Navmesh没有发现问题,我们实际使用也没出现问题,我们只使用了Navmesh的路点。

    总结:

    Float的一致性问题是帧同步方案的最基本的问题,也是相对比较好解决的问题,在后续开发过程中我们还遇到了无数帧同步的坑和难点,特别是同步和延迟的问题。帧同步是一个上手简单快速的技术,但是对操作频繁对延迟要求极高的大型游戏来说就变的非常难了。

    针对同步问题我们还开发了一整套工具,当出现不同步的时第一时间就会上报,同时上传录像和日志到文件服务器,可以较快速的定位问题,统计不同步率。配合敏捷开发每日自动构建,代码Review,每次提交自动编译等,及时发现问题。最近一次上线测试玩家进行了39727次战斗未出现不同步,同步率至少达到王者荣耀的水平。

    帧同步的不同步的测试还是比较困难和痛苦的,因为只要有一点没测到导致不同步上线之后可能就有非常大的风险,后续也会开发更强大的自动化测试工具,实现一种愉悦的开发方式!

    补充:

    • 针对double类型我也做了测试,不一致性较float大幅下降,但还是会产生不一致问题。
    • PhysX有一个一致性开关,即使打开了,也还是会产生不一致问题。
    • 在延迟上也做了大量优化,逻辑层和表现层完全分离,不使用FixedUpdate的方式降低输出延迟;同时使用了TCP,自己实现的可靠UDP和冗余包的非可靠UDP三种方式通信;极致压缩优化协议包降低在MTU范围以内;逻辑帧负载均衡;分地域部署和匹配;多线程收发等等。延迟数据接近王者荣耀的水平(双摇杆操作更多,服务器部署上延迟略高)。
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  • 精度同步相量算法

    2013-02-20 16:11:50
    精度同步相量算法可用于PMU相量测量的关键算法
  • 贴两篇博客: https://blog.csdn.net/TesuZer/article/details/80874195 ... 最好的方法就是转成BigDecimal高精度类型 具体请移步:https://blog.csdn.net/qpzkobe/article/detail...
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  • 来自本人百度空间 2009-08-20 16:41 program gaojingdu(input,output); var  str1,str2:string;  a1,a2:array[1..10000] of 0..9;  bol:boolean;  i,l,a:longint;...procedure init(a:
  • 本文给读者提供了一种高精度超声波多路同步测距系统设计方案,供读者参考。
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空空如也

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同精度