Tag Archives: ntp

Leap Second

ไม่ได้เช็คเสียนาน วันนี้เข้าไปดู ข้อมูลล่าสุด ที่ International Earth Rotation and Reference System Service สรุปว่า

NO positive leap second will be introduced at the end of December 2011.

สรุปปลายปีนี้ Time Server  ก็ไม่ต้องทดวินาที

.. ครั้งสุดท้ายที่มีการทดวินาที คือ 31 ธ.ค. 2008

Leap Second (อธิกวินาที) มันคืออะไร ? ทำไมต้องทด อ่านที่ http://en.wikipedia.org/wiki/Leap_second

Leap Second

จากที่มี การประกาศเพิ่ม leap second ปลายปีนี้ +1 วินาที เลยลองเช็คเวลาจาก GPS ดูสักหน่อย ผลก็คือ

$GPZDA,235958.00,31,12,2008,00,00*6D
$GPZDA,235959.00,31,12,2008,00,00*6C
$GPZDA,235960.00,31,12,2008,00,00*66
$GPZDA,000000.00,01,01,2009,00,00*6D
$GPZDA,000001.00,01,01,2009,00,00*6C
$GPZDA,000002.00,01,01,2009,00,00*6F

จะเห็น เวลา 23:59:60 ของวันที่ 31/12/2008 ซึ่งก็คือ leap second ที่เพิ่มขึ้นมา

leap second เป็นการปรับเวลาเพราะโลกไม่ได้หมุนในอัตราคงที่ e.g. 24 ชั่วโมง/วัน พอดีเสมอไป เนื่องจากกระแสน้ำ ลม แรงเสียดทาน ฯลฯ .. IERS จะประกาศให้มีการชดเชยเวลาครั้งละ 1 วินาที บางปีไม่ปรับ บางปีปรับสองครั้งก็มี

Happy New Year 2009 !

Setup Stratum-1 Time Server

พรบ.คอมฯ 50 กำหนดไว้ว่าผู้ให้บริการต้องเก็บข้อมูลจราจรคอมพิวเตอร์ โดยมีความคลาดเคลื่อนของเวลาไม่เกิน 10 msec. จากเวลาอ้างอิง (stratum-0) ซึ่งเป็นเวลาที่ได้จากนาฬิกาอะตอม .. time source ที่เป็นนาฬิกาอะตอมไม่ได้หายากอย่างที่คิด สัญญาณจากดาวเทียม GPS ก็เป็นเวลาที่ได้จากนาฬิกาอะตอมเหมือนกัน ดังนั้นเซ็ต stratum-1 time server ก็แค่ใช้ time source จาก GPS เท่านั้นเอง

เพิ่งได้ USB GPS receiver แบบไม่มียี่ห้อ มาเมื่อหลายวันก่อน ใช้ชิปของ U-Blox ANTARIS LEA-4S ซึ่ง output เป็น NMEA messages ออกมาทาง USB ได้เลย และส่ง 1-Pulse-Per-Second (1PPS) ได้ด้วย เสียบ USB GPS Receiver เข้าคอมพิวเตอร์ (ติดตั้ง เดเบียน ลินุกซ์) ลอง cat /var/log/syslog หรือ dmesg ก็เห็นข้อความประมาณนี้

...
cdc_acm 1-1:1.0: ttyACM0: USB ACM device
usbcore: registered new driver cdc_acm
drivers/usb/class/cdc-acm.c: v0.25:USB Abstract Control Model driver for USB modems and ISDN adapters
...

แปลได้ว่าลินุกซ์เห็น USB GPS receiver เชื่อมกับ USB แล้ว และกำหนด device เป็น /dev/ttyACM0 ลอง

$ lsusb
...
Bus 001 Device 002: ID 1546:01a4 U-Blox AG
...

จะเห็นว่าลินุกซ์รู้จัก U-Blox AG. ด้วย ..ว่าแล้วก็ cat /dev/ttyACM0 ดูเลย

$ cat /dev/ttyACM0
...
$GPRMC,180032.00,A,1628.32246,N,10249.53339,E,0.362,287.84,261208,,,A*62
$GPVTG,287.84,T,,M,0.362,N,0.671,K,A*3B
$GPGGA,180032.00,1628.32246,N,10249.53339,E,1,04,3.23,226.6,M,-27.1,M,,*76
$GPGSA,A,3,22,32,16,06,,,,,,,,,3.98,3.23,2.31*02
$GPGSV,3,1,11,18,04,149,,14,46,058,,22,37,158,42,30,16,038,*71
$GPGSV,3,2,11,32,31,319,20,31,45,353,,29,11,081,,20,08,321,*7C
$GPGSV,3,3,11,16,55,199,44,03,03,197,33,06,10,185,27*4E
$GPGLL,1628.32246,N,10249.53339,E,180032.00,A,A*6C
$GPZDA,180032.00,26,12,2008,00,00*63
$GPRMC,180033.00,A,1628.32249,N,10249.53329,E,0.191,285.38,261208,,,A*66
$GPVTG,285.38,T,,M,0.191,N,0.354,K,A*32
$GPGGA,180033.00,1628.32249,N,10249.53329,E,1,04,3.24,226.6,M,-27.1,M,,*7E
...

จะเห็นเป็น NMEA messages ขึ้นมา .. ข่าวดีคือ NTP อ่าน NMEA message มาเป็น time source ได้เลย .. ก่อนอื่นลง package ntp ก่อน

$ sudo aptitude install ntp

แก้ไฟล์ /etc/ntp.conf เพิ่ม server ที่ใช้ Generic NMEA driver

server 127.127.20.0
fudge 127.127.20.0 time1 0.0 refid GPS

Restart ntp รอสัก 1-2 นาที แล้ว query ดู

$ ntpq -p
     remote           refid      st t when poll reach   delay   offset  jitter
==============================================================================
*GPS_NMEA(0)     .GPS.            0 l   13   64  377    0.000   -2.154   3.517

แปลว่า ntp มัน sync กับ stratum-0 time source ได้ และขึ้นมาเป็น stratum-1 NTP server เรียบร้อย :D

อย่างไรก็ตาม หลังรันเซิร์ฟเวอร์และเก็บสถิติไปสักพักก็พบว่า นาฬิกามันไม่ได้แม่นยำอย่างที่คิด เวลาที่ได้มีความคลาดเคลื่อนแกว่งไปมาในช่วง +/- 4 msec บางจังหวะ peak ไปถึง +/- 20 msec ซึ่งถือว่าเป็น stratum-1 server ที่ performance ไม่ได้เรื่องเท่าไหร่ และยังไม่ได้ตามข้อกำหนดตามกฎหมายด้วย .. สาเหตุความคลาดเคลื่อนคงเพราะ NMEA message ไม่ใช่ time source ที่แม่นยำ .. ถ้าจะให้แม่นยำกว่านี้ ต้องใช้ 1PPS

USB GPS receiver ที่ได้มามันไม่ได้ต่อ 1PPS ออกมาให้ใช้งาน จะใช้ก็ต้องต่อเอง .. สิ่งที่ต้องใช้ก็มี DB-9 connector ตัวเมีย สายไฟ หัวแร้งบัดกรี ตะกั่วบัดกรีนิดหน่อย คู่มือของ U-Blox ANTARIS LEA-4S บอกว่าขา 1-PPS (i.e., TIMEPULSE) อยู่ที่ขา 28 จอเข้ากับขา 1 ของ DB-9 (ขา Data Carrier Detect ของ RS-232) และต่อ ground ของ receiver ไปยังขา 5 (GND) ของ DB-9 connector ก่อนเอาไปต่อก็เอา scope วัดสัญญาณดู สัญญาณ 1PPS จะเป็น pulse low-to-high amplitude 3.3 V ใช้ rising edge บอกวินาที

เมื่อต่อเข้ากับ RS-232 ของเครื่อง แล้วทีนี้จะอ่านสัญญาณ 1PPS ยังไงดี ? .. มีอยู่สามทางเลือก LinuxPPS, GPSD, และ SHMPPS

  • LinuxPPS เป็น PPSAPI implementation ตาม RFC2783 มีผลพลอยได้คือ precision ของนาฬิกาจะเป็น nanosecond แต่ต้อง patch / recompile kernel และอาจจะต้อง patch ntpd อีกด้วย (- -‘)
  • GPSD เป็นอีกทางเลือก ลองแล้วไม่สำเร็จ ทั้งที่ GPSD อ่านสัญญาณ 1PPS จาก /dev/ttyS0 แล้ว แต่มันไม่ signal ไปยัง ntpd .. GPS receiver แบบที่ป้อน 1PPS + NMEA ผ่าน RS-232 เพียวๆ อาจจะใช้กับ GPSD ได้
  • SHMPPS เป็นโปรแกรมอ่าน signal จาก serial/parallel port เลือก signal ได้หลายขา แล้วส่งไปยัง ntpd ผ่านทาง SHM (SHare Memory) .. อันนี้ง่ายสุดแล้ว

ก่อนอื่น แก้/เพิ่ม config ใน /etc/ntp.conf ให้ใช้ SHM driver

server 127.127.28.0 minpoll 4 maxpoll 4 prefer
fudge 127.127.28.0 refid PPS

ดาวน์โหลด shmpps extract / make จะได้ shm_splc2 เป็น binary และมี wrapper scripts อีก 2 ตัว ไม่ต้องสนใจ wrapper script ก็ได้ .. ลองสั่งให้ shm_splc2 อ่านสัญญาณ Data Carrier Detect จาก /dev/ttyS0 กันเลย

$ /usr/local/sbin/shm_splc2 -d /dev/ttyS0 -s -l DCD -u 0 -D &

รอสักพัก

$ ntpq -p
     remote           refid      st t when poll reach   delay   offset  jitter
==============================================================================
*SHM(0)          .PPS.            0 l    3   16  377    0.000    0.047   0.003
+GPS_NMEA(0)     .GPS.            0 l   13   64  377    0.000   -2.154   3.517

ทิ้งไว้สักพักใหญ่ๆ .. offset และ jitter จะค่อยๆ ลู่เข้าสู่ 0.000

$ ntpq -p
     remote           refid      st t when poll reach   delay   offset  jitter
==============================================================================
*SHM(0)          .PPS.            0 l    3   16  377    0.000    0.000   0.001
 GPS_NMEA(0)     .GPS.            0 l   33   64  377    0.000   -5.702  5.288

ปิดท้าย ดูจากกราฟก็จะเห็นว่ามันไม่ได้ 0.000000 s เสียทีเดียว แต่มีจังหวะแกว่งมากบ้างน้อยบ้าง จะเห็นว่านาฬิกามันไม่เที่ยงก็ต้องดู scale usec ซึ่งเทียบกับ stratum-1 servers ของหลายๆ แห่งก็จะได้ precision ประมาณเดียวกัน และน่าจะเกินพอสำหรับ พรบ. ..

เทียบ Offset ของ NMEA กับ 1PPS (scale: msec)

เทียบ Jitter ของ NMEA กับ 1PPS (scale: msec)

Offset ของ 1PPS (scale: usec)

Jitter ของ 1PPS (scale: usec)