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  • GPS时间同步系统揭秘各种时间同步方式
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    2020-10-13 18:29:46

    GPS时间同步系统揭秘各种时间同步方式
    GPS时间同步系统揭秘各种时间同步方式
    1.前言
    由计算机网络系统组成的分布式系统,若想协调一致进行:IT行业的“整点开拍”、“秒杀”、“Leader选举”,通信行业的“同步组网”之类业务处理,毫秒级甚至微秒级的时间同步是重要基础之一。
    2.术语描述
    2.0 世界时
    世界时UT,可以简单理解为按照地球自转一周来计量24小时的时间标准,由于地球自转速率的变化,世界时的秒长会有微小的变化,每天的快慢可以达到千分之几秒。
    2.1 TAI时间
    世界时不准,因此国际组织定义了TAI时间,即国际原子时( International Atomic Time),其起点是1958年的开始(世界时UT),以铯原子钟走秒连续计时的时间。
    2.2 UTC时间
    计算机网络普遍使用的UTC时间(协调世界时),由国际计量局BIPM综合全世界多个守时实验室的钟组计算得到,为了使UTC时间与地球自转1天的时间(世界时UT)协调一致,每隔1到2年, BIPM会通告在UTC时间6月30日或12月31日最后一分钟“加一秒”或“减一秒”等闰秒调整。也就是说,UTC时间会出现60秒或少了59秒的情况。
    最近一次闰秒是UTC时间2015年6月底:
    2015 年6月30日,23时 59分 59秒
    2015 年6月30日,23时 59分 60秒
    2015 年7月 1日, 0时 0分 0秒
    由于存在闰秒,UTC时间与TAI时间是有差别的,UTC = TAI - n,这个n现在(2016年1月)是36秒,也就是说UTC时间比TAI时间慢了36秒。
    2.3 北京时间
    北京时间也就是东八区时间,在UTC时间基础上加8小时,中国的北京标准时间由位于陕西的国家授时中心发播。
    2.4 GPS时间
    由GPS系统通过卫星信号发播的原子时间,GPS时间用自1980年1月6日零点(UTC时间)起的星期数和该星期内内的秒数来表示。
    工程上,GPS接收机会根据闰秒数将GPS时间换算为我们通常使用的UTC时间。GPS时间的源头是美国海军天文台的守时原子钟组。
    2.5 北斗(BDS)时间
    由北斗卫星导航系统通过卫星信号发播的原子时间,同样,北斗接收机会根据闰秒数将北斗时间换算为我们通常使用的UTC时间。
    北斗时间的时钟源是位于北京的解放军时频中心的守时原子钟组,陕西的国家授时中心好尴尬:(。
    2.6 频率
    时间的导数就是频率,机械发条、石英晶体振荡器、原子钟等各种时钟源通过产生频率信号,按照频率均匀打拍计数,模拟时间的等间隔流逝,就有了可见的“时间”。
    2.7 频率准确度
    手表有准和不准的,反映的就是频率准不准,时钟频率和标准频率的偏差可以用频率准确度来衡量。1E-9量级表示1秒会差1ns,我们使用的个人电脑,它的守时时钟是个32. 768kHz的石英晶振,准确度大概只有2E-5量级(20ppm),也就是说1秒会差0.02ms,1天会跑偏大概2秒。
    2.8 时间同步
    广义的“时间同步”包括的时间和频率的同步。上级时钟将时间频率信号通过各种有线(以太网、SDH数字网、同轴电缆、电话等)、无线(卫星、长波、电台、微波、WIFI、Zigbee等)链路传递给下级时钟,下级时钟接受时间频率信息后,与上级时钟保持相位、频率的一致。
    3.时间同步原理
    3.1 单向授时
    上级时钟主动发播时间信息,下级用户端被动接受时间信息,并调整本地时钟使时差控制在一定范围内。
    要想提高授时精度,用户端必须计算出时间信息在传播链路中的延时,GPS/北斗等卫星授时,可以通过用户端定位与卫星之间距离确定电磁传输延时,消除大部分误差,而电缆、网络等如果是单向授时方式就无法准确计算单向链路时延了。
    3.2 双向授时
    用户端将接受的时间信息原路返回给上级时钟服务端,服务端将往返时间除以二即得到单向链路时延,再把单向时延告诉客户端,在此基础上,客户端得到服务端更准确的时间信息。比如:北斗单向卫星授时精度100ns,双向卫星授时精度可做到20ns。
    3.3 网络时间同步
    网络时间同步,特指在计算机网络内的服务器与客户端之间利用网络报文交换实现的时间同步。
    鉴于计算机网络传输路径的不确定性和中间路由交换设备转发报文时间的不确定性,通过单播或多播实现的单向网络授时是不可靠的。因此,前辈们发明的网络时间同步技术NTP/PTP等,基本原理都是通过对网络报文打时间戳(标记),往返交换报文计算传输时延和同步误差。
    3.4 频率同步
    频率同步指的是主从时钟的频率误差保持在一定范围内,频率同步有2种类型:
    第1种是直接传递模拟频率信号,比如用电缆或光缆传递10MHz、5Mhz、2.048MHz等标准频率,或者传递bit位宽脉冲;
    第2种是通过测量得到的主从时钟时差,通过锁定主从相差实现频率锁定(PLL),或者间接计算频率偏差,完成频率修正。
    4.计算机网络时间同步
    计算机网络时间同步只是时间同步的一种应用场景,其时间传递的链路可能是SDH网、以太网、WIFI无线网络等。
    4.1 NTP
    NTP(Network Time Protocol)从1985年诞生来,目前仍在在大部分的计算机网络中起着同步系统时间的作用。
    • 基本原理
    服务器和客户端之间通过二次报文交换,确定主从时间误差,客户端校准本地计算机时间,完成时间同步,有条件的话进一步校准本地时钟频率。
    • 时间同步过程
    服务器在UDP的132端口提供授时服务,客户端发送附带T1时间戳(Timestamp)的查询报文给服务器,服务器在该报文上添加到达时刻T2和响应报文发送时刻T3,客户端记录响应报到达时刻T4。
    改个维基的图:

    • 时差计算
    维基这个图中用蓝色标注了主从直接来回链路的时延Sigma:
    Sigma = (t4-t1)-(t3-t2)
    因此,假设来回网络链路是对称的,即传输时延相等,那么可以计算客户端与服务器之间的时间误差Delta为:
    Delta = t2-t1-Sigma/2=((t2-t1)+(t3-t4))/2
    客户端调整自身的时间Delta,即可完成一次时间同步。
    • 计时方式
    NTP采用UTC时间计时,NTP时间戳包括自1900-01-01 00:00:00开始的UTC总秒数,当前秒的亚秒数。
    当正闰秒时,60秒和下一分钟的0秒的NTP总秒数一致的,因此NTP报文专门定义了闰秒指示域来提示。
    • 误差分析
    局域网内计算机利用NTP协议进行时间同步,时间同步精度在5ms左右,主要误差包括:
    1)计算机打时间戳的位置在应用层,受协议栈缓存、任务调度等影响,不能在网络报文到来时马上打戳;
    2)各种中间网络传输设备带来的传输时延不确定性以及链路的不对称性,将进一步降低NTP时间同步精度。
    4.2 PTP
    为克服NTP的各种缺点,PTP(Precision Time Protocol,精确时间同步协议)应运而生,最新协议是IEEE1588v2,可实现亚微秒量级的时间同步精度。
    • 基本原理
    主从节点在网络链路层打时间戳,利用支持IEEE1588协议的PHY片,精准记录时间同步网络报文接受或发送的时刻。交换机、路由器等网络中间节点准确记录时间同步报文在其中停留的时间,实现对链路时延的准确计算。
    • 时间同步过程
    PTP默认使用组播协议,二层或四层UDP组播都可以,一般我们使用基于UDP组播,使用319和320两个端口。
    PTP定义了三种角色:OC、BC和TC。我们一般接触的是OC:主时钟和从时钟,交换机、路由器一般是BC或TC。
    由于硬件性能有限,网络报文发送时记录的时刻信息,可以在随后的Follow_Up跟随报文中发出,这就是PTP的双步模式(Two-step)。
    下图是两OC主从时钟之间的同步过程:

    • a.主时钟向从时钟发送Sync报文,并在本地记录发送时间t1;从时钟收到该报文后,记录接收时间t2。
    • b.时钟发送Sync报文之后,紧接着发送一个携带有t1的Follow_Up报文。
    • c.从时钟向主时钟发送Delay_Req报文,用于发起反向传输延时的计算,并在本地记录发送时间t3;主时钟收到该报文后,记录接收时间t4。
    • d.主时钟收到Delay_Req报文之后,回复一个携带有t4的Delay_Resp报文。
    • 时差计算
    与NTP一样的原理,从时钟根据拥有的t1~t4这四个时间戳,由此可计算出主、从时钟间的往返总延时为:
    Sigma = (t4-t1)-(t3-t2)
    假设网络是对称的,从时钟相对于主时钟的时钟偏差为:
    Delta = t2-t1-Sigma/2=((t2-t1)+(t3-t4))/2
    • 计时方式
    与NTP不同,PTP采用TAI世界原子时间计时,而且PTP计时的起点与unix时间一致,即UTC时间1970年1月1日0点。
    PTP主钟会告知从钟,当前UTC相对于TAI的累计偏移量,从钟据此计算当前准确的UTC时间。
    • 误差分析
    PTP能准确记录报文发送和接受的时间,也能计算中间链路的延时,剩下影响最大的就是网络链路的不对称性了。
    在实际工程中,网络中间链路设备不支持PTP协议,大大降低了PTP的同步精度。目前,PTP主要应用在通信同步网、电力同步网等行业网络系统里。
    • 同步拓扑
    PTP域中所有的时钟节点都按一定层次组织在一起,可通过BMC(Best Master Clock,最佳主时钟)协议动态选举出最优时钟,最优时钟的时间最终将被同步到整个PTP域中。
    BMC算法与STP(Spaning Tree Protocl)生成树协议类似,最终形成无环路的树形网络拓扑,且都是动态选举,能适应最佳主时钟切换的变化。
    • 扩展应用——PTP over SDH
    充分利用各行业已有的SDH通信网络,利用PTP-E1信号转换设备,架设PTP同步网络,除了需要考虑链路倒换问题之外,SDH网络的时延稳定性可大幅提升网络时间同步精度。
    4.3 SyncE同步以太网
    以太网最早只能传输数据信号,有另外独立的频率同步网络,随着以太网的快速发展,SyncE(Synchronized Ethernet)同步以太网技术诞生后,企业们有了新的选择。
    • 基本原理
    时钟节点利用以太网(1000M、1G、10G等)物理层的空闲间隙,传递位宽时钟信号,实现时钟频率信号(25M、125M等)的自上而下传递。
    • 协议控制
    类似于SDH网络等时间间隔传递的SSM同步状态信息,同步以太网(Sync-E)利用链路层ESMC协议封装传递SSM信息,SSM信息包含时钟质量信息,接收端据此选择合适的上级网络时钟。
    • 应用
    一般商业PHY片提供SyncE功能选项,开启该功能模式,即可利用PHY恢复出来的频率信号,校准本地时钟频率或分频后用于本地计时。

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  • 传感器的时间同步系统

    千次阅读 2021-07-06 10:08:09
    传感器的时间同步 传感器: 激光雷达 摄像头 xavier域控制器 GPS 可选协议 IEEE 802.1 时间敏感组网(TSN)与IEEE1588v2 精确时间协议(PTP) 1PPS +NMEA 用于自动驾驶的激光雷达必须支持与主机或其他传感器的...

    传感器的时间同步

    传感器:

    • 激光雷达
    • 摄像头
    • xavier域控制器
    • GPS

    可选协议

    • IEEE 802.1 时间敏感组网(TSN)与IEEE1588v2 精确时间协议(PTP)
    • 1PPS +NMEA

    用于自动驾驶的激光雷达必须支持与主机或其他传感器的时钟同步,同步精度通常要达到毫秒级。常见的同步技术有两种,一种是基于GPS的“PPS+NMEA”,另一种是基于以太网的IEEE 1588时钟同步协议。

    xavier控制器分析

    PTP

    Xavier支持PTP,IEEE 1588就成了最好的选择,1588是基于以太网的高精度时钟同步协议,能够实现以太网中多个从节点(各种传感器)与主节点(主机)之间的亚微秒级时钟同步,前提是所有节点之间都通过以太网互联,并且每个节点都支持1588协议。

    PTP工具:linuxptp工具调试
    在这里插入图片描述

    1PPS

    如果使用1PPS架构。
    GPS能够从卫星获得高精度的时钟信号,因此通常作为整个系统的时钟源。常规的GPS单元都支持输出精确到毫秒的秒脉冲信号PPS和包含年月日时分秒信息的NMEA指令,通过PPS和NMEA的组合就能够实现对激光雷达或主机的毫秒级时钟同步。

    只要激光雷达支持基于RS232接口的PPS+NMEA时钟同步输入信号,就可以实现毫秒级的时钟同步。PPS+NMEA的优点是协议简单,容易实现;缺点是必须基于RS232,多个设备之间实现同步比较困难。

    Xavier PPS支持似乎需要重新构建内核,以便将PPS设备输出添加到ptp实现中。 默认的内核似乎具有PPS。在重新构建内核并添加PPS- ktimer模块后, 是否可能使用例如simpleRT2K设备[或ublox F9t] PPS来提高PTP实现的精度?

    1PPS+时间码,雷达可以设计的与pps有绝对同步关系。同步精度可以到几十个us,1PPS 作为同步刷新脉冲。

    在这里插入图片描述

    1、创建PPS节点

    创建一个设备树绑定来设置与pps-gpio驱动程序相关联的gpio。
    /dev/ptp0已经存在,但是没有与之关联的PPS源(因为没有PPS设备)。 一旦完成上述绑定,就会自动显示/dev/pps0设备并由ptp0使用。 然后外部设备的PPS输出将连接到创建绑定时选择的GPIO 使用任何必要的电压转换。

    2、用GPIO作为PPS接口
    Xavier在硬件上没有支持该功能(PPS信号)的引脚。 您可以使用GPIO作为PPS接口,对模拟的PPS信号进行软件修改。 内核中已经启用了CONFIG_PPS和CONFIG_PPS_CLIENT_GPIO。 请在dtb内核中添加设备树节点
    在系统引导之后,您将看到用于PPS的sysfs节点。
    当gpio引脚信号下降沿发生中断时,将捕获时间戳并使用:

    PPS+PTP 混合架构

    如果激光雷达支持1588协议,就可以使用如下的架构实现时钟同步:
    主机通过PPS+NMEA实现与GPS的时钟同步;
    激光雷达等其他节点通过1588协议实现与主机的时钟同步;

    常见的时间同步接口规范有1588V2时间同步、1PPS+NMEA时间同步这两种方式,而在实际的项目使用中采用的是时间同步设备与承载设备直接使用1588V2时间同步接口协议,而承载设备和应用设备之间采用1PPS+NMEA时间同步接口协议。系统使用的架构如下:

    在这里插入图片描述

    整体上时间同步有三步
    a) 高精度 UTC 时间信息的获得 目前主要通过卫星接收系统实现。
    b) 时间传送
    将时间信息从高级时间同步设备传送到低级时间同步设备以及从时间同步设备传送到 需要时间同步的通信设备。根据设备需要的时间精度不同,可以采用不同的传输手段。
    c) 时间分配 也就是设备通过适当的手段获取时间同步的方法。

    展开全文
  • Linux系统时间同步方法小结

    万次阅读 多人点赞 2019-01-20 12:19:17
    在Windwos中,系统时间的设置很简单,界面操作,通俗易懂,而且设置后,重启,关机都没关系。系统时间会自动保存在BIOS时钟...但在Linux下,默认情况下,系统时间和硬件时间并不会自动同步。在Linux运行过程中,系...

    本文转载自https://www.cnblogs.com/ibnode/p/3573302.html

    在Windwos中,系统时间的设置很简单,界面操作,通俗易懂,而且设置后,重启,关机都没关系。系统时间会自动保存在BIOS时钟里面,启动计算机的时候,系统会自动在BIOS里面取硬件时间,以保证时间的不间断。但在Linux下,默认情况下,系统时间和硬件时间并不会自动同步。在Linux运行过程中,系统时间和硬件时间以异步的方式运行,互不干扰。硬件时间的运行,是靠BIOS电池来维持,而系统时间,是用CPU Tick来维持的。在系统开机的时候,会自动从BIOS中取得硬件时间,设置为系统时间。

    1. Linux系统时间的设置

    在Linux中设置系统时间,可以用date命令:

    //查看时间
    [root@node1 ~]# date
    Tue Feb 25 20:15:18 CST 2014
    //修改时间
    [root@node1 ~]# date -s "20140225 20:16:00"  #yyyymmdd hh:mm:ss
    Tue Feb 25 20:16:00 CST 2014
    //date 有多种时间格式可接受,查看date --help
    

    2. Linux硬件时间的设置

    硬件时间的设置,可以用hwclock或者clock命令。两者基本相同,只用一个就行,只不过clock命令除了支持x86硬件体系外,还支持Alpha硬件体系。

    //查看硬件时间可以是用hwclock ,hwclock --show 或者 hwclock -r
    [root@node1 ~]# hwclock --show
    Tue 25 Feb 2014 08:21:14 PM CST -0.327068 seconds
    //设置硬件时间
    [root@node1 ~]# hwclock --set --date "20140225 20:23:00"
    [root@node1 ~]# hwclock
    Tue 25 Feb 2014 08:23:04 PM CST -0.750440 seconds
    

    3. 系统时间和硬件时间的同步

    同步系统时间和硬件时间,可以使用hwclock命令。

    //以系统时间为基准,修改硬件时间
    [root@node1 ~]# hwclock --systohc <== sys(系统时间)to(写到)hc(Hard Clock)
    //或者
    [root@node1 ~]# hwclock -w
    //以硬件时间为基准,修改系统时间
    [root@node1 ~]# hwclock --hctosys
    //或者
    [root@node1 ~]# hwclock -s
    

    4. 不同机器之间的时间同步

    为了避免主机时间因为长期运行下所导致的时间偏差,进行时间同步(synchronize)的工作是非常必要的。Linux系统下,一般使用ntp服务器来同步不同机器的时间。一台机器,可以同时是ntp服务端和ntp客户端。在生产系统中,推荐使用像DNS服务器一样分层的时间服务器来同步时间。

    不同机器间同步时间,可以使用ntpdate命令,也可以使用ntpd服务。

    4.1 ntpdate命令

    使用ntpdate比较简单。格式如下:

    1 [root@node1 ~]# ntpdate [NTP IP/hostname]
    2 [root@node1 ~]# ntpdate 192.168.0.1
    3 [root@node1 ~]# ntpdate time.ntp.org
    

    但这样的同步,只是强制性的将系统时间设置为ntp服务器时间。如果CPU Tick有问题,只是治标不治本。所以,一般配合cron命令,来进行定期同步设置。比如,在crontab中添加:

    0 12 * * * /usr/sbin/ntpdate 192.168.0.1
    

    这样,会在每天的12点整,同步一次时间。ntp服务器为192.168.0.1。

    或者将下列脚本添加到/etc/cron.hourly/,这样就每小时会执行一次同步:

    #!/bin/bash
    #
    # $Id: sync-clock,v 1.6 2009/12/23 15:41:29 jmates Exp $
    #
    # Use ntpdate to get rough clock sync with department of Genome Sciences
    # time server.
    
    NTPDATE=/usr/sbin/ntpdate
    SERVER="192.168.0.1 "
    
    # if running from cron (no tty available), sleep a bit to space
    # out update requests to avoid slamming a server at a particular time
    if ! test -t 0; then
      MYRAND=$RANDOM
      MYRAND=${MYRAND:=$$}
    
      if [ $MYRAND -gt 9 ]; then
        sleep `echo $MYRAND | sed 's/.*\(..\)$/\1/' | sed 's/^0//'`
      fi
    fi
    
    $NTPDATE -su $SERVER
    # update hardware clock on Linux (RedHat?) systems
    if [ -f /sbin/hwclock ]; then
      /sbin/hwclock --systohc
    fi
    

    4.2 ntpd服务

    使用ntpd服务,要好于ntpdate加cron的组合。因为,ntpdate同步时间会造成时间的突变和跳跃,对一些依赖时间的程序和服务会造成影响。比如sleep,timer等。而且ntpd服务可以在修正时间的同时,修正CPU Tick。因此理想的做法为,在开机的时候,使用ntpdate强制同步时间,在其他时候使用ntpd服务来同步时间。

    要注意的是,ntpd 有一个自我保护的机制:如果本机与上源时间相差太大,ntpd 不会运行时间同步操作,所以新设置的时间服务器一定要先 ntpdate 从上源取得时间初值, 然后启动 ntpd服务。ntpd服务运行后,先是每64秒与上源NTP服务器同步一次,根据每次同步时测得的误差值经复杂计算逐步调整自己的时间,随着误差减小,逐步增加同步的间隔。每次跳动,都会重复这个调整的过程。

    4.3. ntpd服务的设置

    ntpd服务的相关设置文件如下:

    (1)/etc/ntp.conf:这个是NTP daemon的主要设文件,也是 NTP 唯一的设定文件。

    (2)/usr /share/zoneinfo/:在这个目录下的文件其实是规定了各主要时区的时间设定文件,例如北京地区的时区设定文件在 /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai 就是了。这个目录里面的文件与底下要谈的两个文件(clock 与localtime)是有关系的。

    (3)/etc/sysconfig/clock:这个文件其实也不包含在NTP 的 daemon 当中,因为这个是 Linux 的主要时区设定文件。每次开机后,Linux 会自动的读取这个文件来设定自己系统所默认要显示的时间。

    (4)/etc /localtime:这个文件就是"本地端的时间配置文件"。刚刚那个clock 文件里面规定了使用的时间设置文件(ZONE) 为 /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai ,所以说,这就是本地端的时间了,此时, Linux系统就会将Shanghai那个文件另存为一份 /etc/localtime文件,所以未来我们的时间显示就会以Beijing那个时间设定文件为准。

    下面重点介绍 /etc/ntp.conf文件的设置。在 NTP Server 的设定上,建议不要对Internet 无限制的开放,尽量仅提供局域网内部的 Client 端联机进行网络校时。此外,NTP Server 总也是需要网络上面较为准确的主机来自行更新自己的时间啊,所以在我们的 NTP Server 上面也要找一部最靠近自己的 Time Server 来进行自我校正。事实上, NTP 这个服务也是 Server/Client 的一种模式。

    [root@linux ~]# vi /etc/ntp.conf 
    # 1. 关于权限设定部分 
    #  权限的设定主要以 restrict 这个参数来设定,主要的语法为: 
    #   restrict IP mask netmask_IP parameter 
    #   其中 IP 可以是软件地址,也可以是 default ,default 就类似 0.0.0.0 
    #  至于 paramter 则有: 
    #   ignore :关闭所有的 NTP 联机服务 
    #   nomodify:表示 Client 端不能更改 Server 端的时间参数,不过Client 端仍然可以透过 Server 端来进行网络校时。
    
    #   notrust :该 Client 除非通过认证,否则该 Client 来源将被视为不信任网域 
    #   noquery :不提供 Client 端的时间查询
    
    #   notrap :不提供trap这个远程事件登入
    
    #  如果 paramter 完全没有设定,那就表示该 IP (或网域)"没有任何限制"
    
    restrict default nomodify notrap noquery # 关闭所有的 NTP 要求封包
    
    restrict 127.0.0.1    #这是允许本机查询
    
    restrict 192.168.0.1 mask 255.255.255.0 nomodify
    
    #在192.168.0.1/24网段内的服务器就可以通过这台NTP Server进行时间同步了 
    # 2. 上层主机的设定 
    #  要设定上层主机主要以 server 这个参数来设定,语法为:
    #  server [IP|HOST Name] [prefer]
    #  Server 后面接的就是上层 Time Server,而如果 Server 参数
    
    # 后面加上 perfer 的话,那表示我们的 NTP 主机主要以该部主机来
    
    # 作为时间校正的对应。另外,为了解决更新时间封包的传送延迟动作,
    
    #  所以可以使用 driftfile 来规定我们的主机 
    #  在与 Time Server 沟通时所花费的时间,可以记录在 driftfile  
    #  后面接的文件内,例如下面的范例中,我们的 NTP server 与  
    #  cn.pool.ntp.org联机时所花费的时间会记录在 /etc/ntp/drift文件内 
    server 0.pool.ntp.org
    
    server 1.pool.ntp.org
    
    server 2.pool.ntp.org
    
    server cn.pool.ntp.org prefer
    
    #其他设置值,以系统默认值即可
    
    server  127.127.1.0     # local clock
    
    fudge   127.127.1.0 stratum 10
    
    driftfile /var/lib/ntp/drift
    broadcastdelay  0.008
    
    keys /etc/ntp/keys
    

    总结一下,restrict用来设置访问权限,server用来设置上层时间服务器,driftfile用来设置保存漂移时间的文件。

    4.4 ntpd服务的启动与查询

    在启动NTP服务前,先对提供服务的这台主机手动的校正一次时间(因为启动服务器,端口会被服务端占用,就不能手动同步时间了)。

    [root@node1 ~]# ntpdate cn.pool.ntp.org
    25 Feb 21:10:52 ntpdate[9549]: adjust time server 202.112.31.197 offset 0.000101 sec
    

    然后,启动ntpd服务:

    [root@node1 ~]# /etc/init.d/ntpd start
    Starting ntpd: [ OK ]
    [root@node1 ~]# date
    Tue Feb 25 21:11:07 CST 2014
    

    查看端口(ntpd服务使用UDP的123端口):

    [root@node1 ~]# netstat -ln |grep :123
    udp 0 0 12.12.12.100:123 0.0.0.0:*
    udp 0 0 192.168.0.100:123 0.0.0.0:*
    udp 0 0 172.18.226.174:123 0.0.0.0:*
    udp 0 0 10.10.10.100:123 0.0.0.0:*
    udp 0 0 127.0.0.1:123 0.0.0.0:*
    udp 0 0 0.0.0.0:123 0.0.0.0:*
    udp 0 0 fe80::225:90ff:fe98:61ff:123 :::*
    udp 0 0 fe80::225:90ff:fe98:61fe:123 :::*
    udp 0 0 fe80::202:c903:1b:afa1:123 :::*
    udp 0 0 ::1:123 :::*
    udp 0 0 :::123 :::*
    

    如何确认我们的NTP服务器已经更新了自己的时间呢?

    [root@node1 ~]# ntpstat
    synchronised to NTP server (202.120.2.101) at stratum 4
    time correct to within 557 ms
    polling server every 64 s
    # 该指令可列出NTP服务器是否与上层联机。由上述输出结果可知,时间校正约
    # 为557*10(-6)秒,且每隔64秒会主动更新时间。
    

    常见的错误:

    unsynchronized time server re-starting polling server every 64 s
    // 或者
    25 Apr 15:30:17 ntpdate[11520]: no server suitable for synchronization found
    

    其实,这不是一个错误。而是由于每次重启NTP服务器之后大约要3-5分钟客户端才能与server建立正常的通讯连接。当此时用客户端连接服务端就会报这样的信息。一般等待几分钟就可以了。

    [root@node1 ~] # ntptrace –n
    127.0.0.1:stratum 11, offset 0.000000,synch distance 0.950951
    222.73.214.125:stratum 2,offset –0.000787,synch distance 0.108575
    209.81.9.7:stratum 1,offset 0.000028,synch distance 0.00436,refid 'GPS'
    # 这个指令可以列出目前NTP服务器(第一层)与上层NTP服务器(第二层)
    # 彼此之间的关系,注意:该命令需要安装ntp-perl包
    

    ntpq命令:

    [root@node1 ~]# ntpq -p
    

    在这里插入图片描述

    指令"ntpq -p"可以列出目前我们的NTP与相关的上层NTP的状态,以上的几个字段的意义如下:

    remote:即NTP主机的IP或主机名称。注意最左边的符号,如果由"+“则代表目前正在作用钟的上层NTP,如果是”*"则表示也有连上线,不过是作为次要联机的NTP主机。

    refid:参考的上一层NTP主机的地址
    st:即stratum阶层
    when:几秒前曾做过时间同步更新的操作
    poll:下次更新在几秒之后
    reach:已经向上层NTP服务器要求更新的次数
    delay:网络传输过程钟延迟的时间
    offset:时间补偿的结果
    jitter:Linux系统时间与BIOS硬件时间的差异时间

    最后提及一点,ntp服务默认只会同步系统时间。如果想要让ntp同时同步硬件时间,可以设置/etc/sysconfig/ntpd 文件。

    在/etc/sysconfig/ntpd文件中,添加 SYNC_HWCLOCK=yes 这样,就可以让硬件时间与系统时间一起同步。

    5. HPC集群中时间同步示例
    5.1 集群环境简介

    管理节点:192.168.0.100,192.168.0.101
    计算节点:192.168.0.1~192.168.0.50
    I/O节点:192.168.0.51~192.168.0.54
    Internet NTP服务器:cn.pool.ntp.org

    5.2 时间同步方案设计
    在这里插入图片描述

    方案详细解释:

    (1)管理节点1作为主NTP服务器,跟互联网NTP服务器进行时间同步;管理节点2作为备用NTP服务器,也跟互联网NTP服务器进行时间同步。两个管理节点做Heartbeat,设置一个漂移IP地址192.168.0.103,并对ntpd服务进行双机高可用;
    (2)集群计算节点和IO节点,跟管理节点的虚拟IP地址192.168.0.103通过ntpd服务做时间同步;
    (3)所有节点,在ntp时间同步的同时,设置硬件时间跟系统时间一致;
    (4)所有计算节点和IO节点开机时,通过ntpdate跟192.168.0.103进行时间同步,然后再开启ntpd服务。

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  • 机器人&自动驾驶中的时间同步

    千次阅读 2021-09-26 15:22:09
    0.时间同步技术介绍 对于自动驾驶技术的实现,涉及到感知、规划、执行三个层面。由于车辆行驶在未知动态环境中,需要事先构建出环境地图并在地图中进行自我定位,这其中涉及到各传感器数据的精确时间同步。然后根据...

    0.时间同步技术介绍

    对于自动驾驶技术的实现,涉及到感知、规划、执行三个层面。由于车辆行驶在未知动态环境中,需要事先构建出环境地图并在地图中进行自我定位,这其中涉及到各传感器数据的精确时间同步。然后根据传感器捕获的原始数据和已有环境场景,规划车辆从一个位置到另一个位置的路径。最后控制系统发出信号控制车上的电机或者液压执行器执行相应的动作。试想在感知融合阶段,左侧车道有一辆时速80km/h的车辆正准备超车变道,由于没有时间同步,激光300ms前的点云数据与相机当前的图像数据融合。融合时激光点云数据置信度又高于图像数据,则决策单元误判断为后车没有超车行为,继续当前的行车状态或加速行驶,那么下一秒则可能酿成“亲人两行泪”这一悲剧。

    除了硬件时钟偏差的原因,各种传感器的采样频率也不一致,当前激光典型采样频率为10HZ,相机为30fps,高精度组合导航为100HZ。没有准确的时钟同步,各传感器在哪一帧进行融合,在哪里进行插值都没法进行判断。两个传感器即使采样频率一致,其每帧数据的采样点也一般不一致。真正应了那句,不主动求变,那就只能生死由命富贵在天了。

    通过设置唯一的时钟主机给各类传感器提供相同的基准时间。但是由于各传感器设备时钟晶振及数据传输路径不同,需要根据提供的基准时间校准各自的时钟时间,实现时间同步。最后根据校准后的时间为采集数据加上时间戳信息,这样就可以保证同一时刻采集相同的环境信息。
    在这里插入图片描述

    1. “两条族规”-PPS+GPRMC

    GNSS接收机加冕完成后,会颁布两条族规。一条是时间周期为1s的同步脉冲信号PPS,脉冲宽度5ms~100ms;一条是通过标准串口输出GPRMC标准的时间同步报文。同步脉冲前沿时刻与GPRMC报文的发送在同一时刻,误差为ns级别,误差可以忽略。GPRMC是一条包含UTC时间(精确到秒),经纬度定位数据的标准格式报文。
    在这里插入图片描述
    PPS秒脉冲为物理电平输出,接收及处理PPS信号的时间在ns级别,依旧可以忽略。但GPRMC数据一般通过波特率9600的串口发送,发送、接收、处理时间tx在ms级别,是时间同步的关键。以下是使用PPS+GPRMC进行时间同步的原理。

    (1)设备收到PPS秒脉冲信号后,将内部以晶振为时钟源的系统时间里的毫秒及以下时间清零,并由此开始计算毫秒时间。

    (2)当收到GPRMC数据后,提取报文里的时、分、秒、年、月、日UTC时间

    (3)将收到秒脉冲到解析出GPRMC中UTC时间所用的时间tx,与UTC整秒时间相加,同步给系统时间,至此已完成一次时间同步。下一秒再进行相同的过程,每秒准确校准一次。

    聪明的人可能已经恍然大悟,后面哪个小弟需要进行时间同步,谁做两根线接上这两个物理接口就妥了。可见你是一位自以为是的主管,一位听不进去良言的中层!

    (1)PPS是一个低功率的脉冲电平信号,驱动电流少的只有0.5mA,多的也就20mA,带几个小弟还行,十几个就很困难了。

    (2)PPS是无屏蔽的单线脉冲信号,十几根PPS线穿梭在车内,极易受到车内恶劣电磁环境的干扰,届时根本无法区分出是干扰脉冲还是同步脉冲。

    (3)GPRMC通过RS232串口发送同步报文,RS232是一种1对1的全双工通信形式,也可以通过主从形式实现1对几数据传输。但对十几,实属罕见,只能通过试验验证到底可不可行。但至少线束工程师是打死不愿答应的。

    (4)当时钟源丢失的时候,所有需要时间同步的设备都一下子没有了主心骨,每个小弟都可以自立门户,没有二当家的及时站出来,主持大局。这对功能安全要求极高的自动驾驶系统来说,根本无法接受。

    2. 高精度时间同步协议PTP

    因此基于单纯的PPS和GPRMC实现整个自动驾驶系统的时间同步,具有理论可行性,但并不具有实际可操作性。而基于网络的高精度时间同步协议PTP(Precision Time Protocol,1588 V2),同步精度可以达到亚微秒级。

    PTP是一种主从式的时间同步系统,采用硬件时间戳,因此可以大幅减少软件处理时间。同时PTP可运行在L2层(MAC层)和L4层(UDP层),运行在L2层网络时,直接在MAC层进行报文解析,不用经过四层UDP协议栈,从而大幅减少协议栈驻留时间,进一步提高时间同步精度,对于自动驾驶系统来说非常友善。

    设备中运行PTP协议的网络端口称为PTP端口,PTP主端口用来发布时间,PTP从端口用来接收时间。同时定义了三种时钟节点,边界时钟节点(BC,Boundary Clock)、普通时钟节点(OC,Ordinary Clock)和透明时钟节点(TC,Transparent clock)
    在这里插入图片描述
    (1)边界时钟节点拥有多个PTP端口,其中一个用来同步上游设备时间,其余端口用来向下游设备发送时间。当边界时钟节点的上游时间同步设备是GNSS接收机时,此时的边界时钟节点就是一个主时钟节点(最优时钟)

    (2)普通时钟节点只有一个PTP端口,用来同步上游时钟节点的时间。

    (3)透明时钟,人如其名,具有多个PTP端口,收到什么时间,转发什么时间,不进行协议解析,内部不参与时间同步。
    在这里插入图片描述
    PTP通过在主从设备之间交互同步报文,并记录下报文发送时间,从而计算网络传输延迟和主从设备间时钟的偏差。PTP定义了四条同步报文:Sync、Follow_Up、Delay_Req、Delay_Resp,精确同步过程如下。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    (1)PTP主端口向从端口发送Sync报文,同步记录下Sync发送的时间t1。从端口收到Sync报文后,记录下收到的时间t2。

    (2)紧接着主端口将t1时间放到Follow_Up报文发送给从端口,从端口收到此报文后就可以解析出t1,并由此得到第一个方程式:t1+网络延时+时钟偏差=t2。

    (3)从端口向主端口发送Delay_Req报文,同步记录下Delay_Req发送的时间t3。主端口收到报文后,记录下收到的时间t4。

    (4)紧接着主端口将t4时间放到Delay_Resp报文发送给从端口,从端口收到此报文后就可以解析出t4,并由此得到第一个方程式:t3+网络延时-时钟偏差=t4。

    两个未知数,两个方程组,应用初中数学知识可以解出:网络延时=[(t2-t1)+(t4-t1)]/2,时钟偏差=[(t2-t1)-(t4-t3)]/2。

    3. 全域架构时间同步方案

    全域架构下,智驾域控制器因为直接连接GNSS接收机(或内置),而GNSS又是绝佳的时钟源,因此智驾域控制器自然而然成为主时钟节点,中央网关域控制器通过车载以太网主干网串联起其它域控制器,自然而然成为边界时钟的最佳选择,这样在时钟源丢失的时候,边界时钟节点同步主时钟节点的系统时间,仍然可以保持整个全域架构内相对时间一致。

    其它域内传感器、执行器的时间同步需求,若没有,此域控制器设计成普通时钟节点即可。如有,可以设计成边界时钟,以保证无时钟源时的相对时间统一。

    基于以太网设备的时间同步方案已经完善,而对于非车载以太网设备但有非常强烈同步需求的相机,我们还得特殊处理一下。将相机设置为外触发模式,通过主控给相机外触发脉冲信号。相机拍照时,曝光时刻也会产生脉冲信号发送给主控,主控记录此时系统时间,并将时间戳数据放到相机的图像数据里。
    在这里插入图片描述

    4. 参考链接

    https://mp.weixin.qq.com/s/zE32DmNAVthRBlPXK9OA3w
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/135938786

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空空如也

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时间同步系统