機材保守について

構築編は、一段堕落したので構築したADS-B環境の運用保守について書いて行こうと思います。
現時点としては、正常に動作しており、さらに解決しないといけない課題も出てきましたが、
季節的な問題ということで詳細は最後に書いています。

物理破損が無いか確認

目視確認と防水ボックスをあけて、雨漏りなどがしていないかをチェックする。
雨漏りなどで、ボックス内水が確認された場合は、シリコンコーキングなどを適切に実施し
防水性を担保する。

OSアップデート(定期的に実施する)

sudo apt update
sudo apt list –upgradable
sudo apt upgrade

上記の様にアップデートが無い状態で運用する方がベストである。

データが正常にFeedされているか確認

feed状況を確認出来るコンソールにログインし状況を確認する。
Nginx等でリバプロ構成の場合は、ドメインつけて外部からSSL等で安全にACCESSできる。
その場合でも、いちおうのダイジェスト認証を設定しておく方が安全性は高い。

http://ラズパイのIPアドレス:8754 でブラウザーで確認出来ると思う。
リバプロ入れると、外部からドメインでAccess出来る様になる。

総合監視について

だいたい、この位を見ておけばとりあえず状況がつかめると思います。
監視項目を左上から右へと解説をして行きます。

普段は、この監視画面を見るだけで、ほぼほぼ状況がつかめるので問題ないと思います。
SDカードが書込上限を迎えそうになると、何かと不安定になるので、その時点で読み出しができる状態のまま停止させて、バックアップを取得して、そのままを新しいSDカードに書き戻せばリフレッシュ回復いたします。あとは、M.2 SSD化する方法もラズベリーパイ5ならあります。
長期間の稼働を想定するなら、絶対そちらがいいと思います。

SDR受信機が見えなくなる障害について

ラズベリーパイの電源事情によって、USBポートを多用した場合、一時的に電源提供電量を超えた場合、
不安定になって電流をたくさん食べているデバイスを強制リジェクトしている状況が発生している。
今までは、防水ボックス以外に設置していた際下記構成であった

USB Port0 : USB温度計
USB Port1 : クーリングファン
USB Port2 : SDR受信機

ところが、防水ボックスに組み込んだ際、上記構成＋ボックス内の温度を管理するコントロールユニットとFAN(5V)＋動作確認用LEDを取り付けてあるので、その消費電力が微妙らしく、SDR受信機をディスコネクトさせているようだ。

USB Port0 : USB温度計
USB Port1 : クーリングファン
USB Port2 : SDR受信機
USB Port3 : ボックス内FANコントローラー　5Vファン　LED（赤:常時点灯）　LED（青:動作中点灯）

OSからはケースファンと温度管理用コントロールユニットは見えてないけど、それらがUSBポートに電源供給オンリーとして接続されています。

全てUSB電源で動くように、5V定格の物を接続はしていますが、右下のFANを駆動した際のリレーがONになる瞬間少し起動電流がUSBの電圧を不安定にしているものと思われます。部屋の中で稼働していた時は特に問題なかったのですが、外に設置してからその事象がではじめたので、その影響かもしれません。LANケーブルで電源を送っている関係で、このボックス内にコンセントがなく、これについての対応はデバイスリセット自動化で実装しています。

動作設定について

今は、気温が下がってしまって、FANは日中・夜間も含めて動くタイミングが無いので、なんとも検証出来なくなってます。現在、FANが駆動していない為か、デバイスディスコネクトは発生して折らずです。
温度設定については、ラズベリーパイは60度を超えない限り、ヒートセーブモードに入らないそうなので、もう少し高めに設定しても大丈夫そうですが、基本はFAN寿命を考慮すると、あまり回さず、必要な時に回すの良い感じの閾値で設定をしていますが、場合により設定変更をする事もあります。

この辺りは、FANが停止－＞起動してボックス内の温度を自動で下げていることが見て取れます。
こういう時、廃熱口に手を当てると、かなり暖かい風を感じれますので、基本的には上手く想定通り動いているものと思われます。

USB単体の消費電力確認方法

ADS-B@ads-b:/script/com $ lsusb -v 2>/dev/null | grep -e ‘MaxPower’ -e ‘Bus [0-9]’
Bus 002 Device 001: ID 1111:1111 Linux Foundation 3.0 root hub
-> MaxPower 0mA
Bus 001 Device 004: ID 1111:1111 PCsensor TEMPerGold
-> MaxPower 100mA
Bus 001 Device 003: ID 1111:1111 Realtek Semiconductor Corp. RTL2832U DVB-T
-> MaxPower 500mA
Bus 001 Device 002: ID 1111:1111 VIA Labs, Inc. Hub
-> MaxPower 100mA
Bus 001 Device 001: ID 1111:1111 Linux Foundation 2.0 root hub
-> MaxPower 0mA

ラズベリーパイ4だと、USB端子に接続したデバイスの合計の供給電力は1.2Aまで と指定されています。

この時点で最大700mAを消費する可能性があることが分かります。
ラズベリーパイ4は、1.2Aが最大供給量だと考えると、のこり500mAでファンコントロールユニットとFANとケースFANとLED最大2つを稼働させないといけないことになります。

定格電圧:5V DC、電流:0.2A を消費しますので、残り300mA

LEDが1つ20mAで2つ最大点灯するので、40mA 残り260mAでケースファンも上記の電流とすると
残り60mAとなって、コントロールユニットが60mAで動作するとは思えずおそらくオーバーしてますね。推定で240mA程度オーバーしているタイミングがあって、そこで、SDRがディスコネクトして見えない事象となっていると結論づけました。

おそらく自動復帰型のヒューズが入っているそうなので、それが一時的に飛んで見えなくなっている気がします。

解決方法

PoEからUSB電源を取って、ファンコントロールユニットとFANに流すか、何らかの方法を検討しないといけないですね。ボックス内に蓄電池を設置して、ソーラーパネルを設置して、そちらからケースファンを給電する方法も検討出来そうです。夜間だけフルで回っても持つバッテリーさえ格納出来れば、日中ソーラーでその蓄電池を充電さえ出来れば解決も出来そうですね。

色々検討も出来そうなのですが、いったん、デバイス初期化して再認識させる監視プログラムを1分おきに流して乗り切ろうと思ってます。といっても、これで再認識出来るかは！？ちょっと事象が再発していないので分からないです。コントロールユニットの設定を低くして、ファンを強制起動かけて実験する方法もあるかもしれません。時間があったらやってみたいと思います。

総括

どうでしたでしょうか？
これは、数年動かした状態を維持することになると思いますので、保守メンテも必須になってきます。
構築したから放置してると、いつか動かない状態も発生しますので、保守しながら長くロングランで稼働させれると良いですね。

次回は、SDカードのバックアップ方法や、実際にリストアして動きなどを書いていければと思います。
お楽しみに待っておいてください。また、ラズベリーパイ5にreplaceも検討しています。

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Dモニターを語る前に、ちょっと、それを使うDSTARについてですが、
アマチュア無線の世界では、一般的に昔からあるFMのアナログレピーターが昔は一般的でした。
下記の様な奴です。ただ、今設置されているレピーターは、この機種よりかなり昔の物か
もしくは、アマチュア無線家によって手作りの機械もあるかもしれません。

今のDSTARのレピーターは、ほとんどの機種で、インターネット側に接続されており
最寄りのレピーターから他のレピーターに接続し、電波を出すことが出来ます。

DSTARは、何が便利かというと、カーチャンクして
レピーターにその無線機がこのレピーターに接続されていることが分かれば、
局指定にすると、レピーターが自動中継し接続されているレピーターへ
音声データを転送送信して、会話できるという新しい思想の仕組みが備わっています。

レピーターにアクセスする為には

レピーターにアクセスするには、4つくらい方法があります。

1．無線機からダイレクトウェーブで、直接レピーターにアクセスする場合
　　カーチャンクして、UR？が帰って来れば利用できる状態です。

2．ターミナルモードを使って、インターネット経由でレピーターにアクセスする場合
　　近くにレピーターがない場合でも、インターネット経由で送信出来ます。
　　IC-705などだと、wifiに接続さえすれば、アクセス出来ます。

3．次にDモニター経由のアクセス

　下記の様な仕組みです。

サーバ機は、ラズベリーパイの上で動作しています。

IC-705からUSBでラズベリーパイに接続して、ターミナルモードで外部接続としています。

サーバ機のモニターですが、Dモニター経由で接続出来るレピーター一覧が表示されます。
接続したい場合は、そのレピーターをクリックすると接続出来ます。

ターミナルモードとDモニターの違いは？

ターミナルモードとDモニターの違いは？って思った事無いでしょうか？
また、ターミナルモードでワッチしたレピーターの音声が聞こえてこないことに
違和感？不思議だと思ったことないでしょうか？

そなんですよ。ターミナルモードって、CQをだしたりコールサイン指定で
アクセスする分にはいいのですが、それ以外は無線機から一方通行なんですよ。
そこが、よくなくて、レピーターを常時ワッチしてて、知り合いがでたら
その後で呼ぼうって思えないのです。

通常のFMアナログレピーターって、ローカル局ってだいたい常時ワッチにしてて
だれか、知り合いがでたら、その後呼んだりしますよね？
それが、ターミナルモードでは出来ないのです。

レピーターの使用状況についても、カーチャンクしてUR?が帰ってくれば
誰も使用していないのが分かるのですが、ただ、ちょうど会話の継ぎ間で
割り込んでしまう可能性もあるので、ちょっと危険だと思います。

Dモニターについては、そこで交信されている音声をまるっと中継してくれます。
そこが違いとなっています。

下記の様に全国にあるDSTARのレピーターで、使用されているレピーター一覧も表示されます。
そこを選ぶと音声も聞ける状況になります。上記のようなローカル局がでていなか？など
そういう運用もできるようになります。

4．その他のデバイスを使ってリフレクター経由でレピーターにアクセスする
　　以下の様な仕組みになっているようです。

https://ja1cou.wixsite.com/ja1cou/blank-10
こちらは、外でスマホを使ってDSTARにアクセス出来るようです。
何かと便利ではないかと思います。次は、こちらに着手してみようと思います。

Dモニターの良く無いところ

発展途上で、若干安定していないところが見受けられますね。
ラズベリーパイの処理も遅いので、それも影響しているのかも知れませんが
長時間しゃべっていると、ケロケロボイスになりがちですね。
CPU負荷率をみてると、どんどんあがってきて、CPUが加熱してくると
クロックを下げてしまうので、処理遅延がどんどん増えていって
復調品質に影響がでるようです。

ラズベリーパイの熱処理に、ヒートパイプとかつけましたが
ある程度は解消しましたが、やっぱりそれでも5分10分としゃべっていると
どうも安定しないですね。

後は、USBで接続した無線機が見えなくなる事が多々あります。
その場合は、ラズベリーパイを再起動すると見える様になりますが
1回で見える場合と、2回くらいやらないと見えない事もあります。

とまあ、色々ありますが、楽しい仕組みである事は間違いないので
使っていいこうと思います。
引き続き、Dモニターネタは時々書こうと思います。

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ラズベリーパイでNTP ST1 完結編

前回ラズベリーパイ Pi3でGPSでSt1 NTPserverって記事を書きました。詳しくはみれもらえれば良いかなと思いますが、
掻い摘まんで書くと

• GPSモジュールの安定度が低くすぐGPSを見失ってしまう（GPSのアンテナを外にだしたい）
• PPSがとれていない事で、時刻同期品質のJitterが2桁～3桁で正確な値を刻んでいるとは言いがたい

ラズベリーパイ Pi3でGPSでSt1 NTPserver

さてと、大分我慢していたのですが、つい買っちゃいました。

はい。GPSモジュールキットですね。色々GPSモジュールキットは出ているのですが、何故これにしたか？色々理由はあるんです。

• GPSの外付けのアンテナが出ていて欲しい
• PPSの出力がある
• ラズベリーパイと接続コネクタが同梱されてる（半田付けは自分でしなきゃなんですが）
• バッテリーバックアップコネクタを要し、バッテリーを接続する事でラズパイがオフの時でも時間を保持する

ということで、この基板にしました。買ったのは、この基板とGPS外付けアンテナです。

ラズベリーパイに実装してみましょう。

使って居たケースに全く入らなかったので、とりあえず上蓋を外して、ひとまず動作確認しています。黒い細いケーブルがでているのは、GPSの外付けのアンテナが接続されていて、窓際においてます。基板上にのっているのもGPSのアンテナだと思いますが、まあ、そちらは使いません。

流したコマンドは、下記の通りです。

  536  stty -F /dev/serial0 raw 9600 cs8 clocal -cstopb
  537  cat /dev/serial0
  538  sudo apt-get install gpsd gpsd-clients python-gps
  539  sudo systemctl stop gpsd.socket
  540  sudo systemctl disable gpsd.socket
  541  sudo systemctl enable gpsd.socket
  542  sudo systemctl start gpsd.socket
  543  sudo gpsd /dev/ttyAMA0 -F /var/run/gpsd.sock
　550  sudo vi /etc/default/gpsd
  556  sudo sh -c "echo 'dtoverlay=pps-gpio,gpiopin=4' >> /boot/config.txt"
  557  sudo apt-get install -y pps-tools
  562  sudo apt-get install -y libcap-dev
  565  sudo sh -c "echo 'server 127.127.28.0 minpoll 4 maxpoll 4 prefer' >> /etc/ntp.conf"
  566  sudo sh -c "echo 'server 127.127.28.0 minpoll 4 maxpoll 4 prefer' >> /etc/ntp.conf"
  567  sudo sh -c "echo 'fudge 127.127.28.0 time1 0.490 refid GPS' >> /etc/ntp.conf"
  568  sudo sh -c "echo 'server 127.127.22.0 minpoll 4 maxpoll 4' >> /etc/ntp.conf"
  569  sudo sh -c "echo 'fudge 127.127.22.0 flag3 1 refid PPS' >> /etc/ntp.conf"
  593  sudo ppstest /dev/pps0
  574  NTPVER=ntp-Ver*.**p*
  575  wget http://www.eecis.udel.edu/~ntp/ntp_spool/ntp4/${NTPVER}.tar.gz
  576  tar xfz ${NTPVER}.tar.gz
  577  cd ${NTPVER}
  578  sudo ./configure --enable-NMEA --enable-linuxcaps && sudo make &&sudo make install
  579  sudo cp /usr/local/bin/ntp* /usr/bin/
  580  sudo cp /usr/local/sbin/ntp* /usr/sbin/
  581  sudo service ntp stop
  582  ntpq -p
  583  sudo service ntp start

動作確認してみましょう

PPSがとれているかどうかを確認します。問題無くPPS信号が取れています。デバイスとしても認識されています。

ntpq -qの結果でも確認しましょう。

GPSとPPSのデバイスが見えている事を確認出来ますね。そして、SHMに＊がついて居て同期がされていることが確認出来ますね。そして、PPSの先頭にはo文字がついてます。これは、PPSを使って補正をしているって事を表しています。この状態でGPSだけのJitterが19.808msであり、PPSは0.010msである事が分かります。PPSがどれだけの精度で動いて居るか分かると思います。

次にNTPのステータスを見て見ましょう

pi@ntp:~ $ ntpq -c rv
associd=0 status=0118 leap_none, sync_pps, 1 event, no_sys_peer,
version=”ntpd *.*.*p*@*.6243 Sat Sep 22 14:58:22 UTC 2018 (1)”,
processor=”armv7l”, system=”Linux/4.4.38-v7+”, leap=00, stratum=1,
precision=-20, rootdelay=0.000, rootdisp=1.030, refid=PPS,
reftime=df50ea32.3e2c4c0e Sun, Sep 23 2018 1:20:02.242,
clock=df50ea34.4295855e Sun, Sep 23 2018 1:20:04.260, peer=5140, tc=4,
mintc=3, offset=-0.003287, frequency=-9.791, sys_jitter=0.001926,
clk_jitter=0.003, clk_wander=0.001

stratumは、想定通りの1階層目で動作している事が分かりますね。そして、PPSで補正している事も分かりますね。

では、PPS対応した事でlocal環境のPC立ちはどうなったか見て行きましょう。

3番目に今回PPS対応したラズベリーパイがいますね。nict.goで今は同期していて、 mfeedとラズベリーパイが+で評価対象だと言ってます。Jitterが現時点では、nict.goが一番低い為、一番正確なNTPに同期したものと思われます。

ここからPPSのそこ力を垣間見る事になります。

Jitterは流動的なので、この確認した時にはラズベリーパイが一番低くラズベリーパイに同期した事が分かります。よしよし！とりあえず、local環境に設置したラズベリーパイが一番正確だと思ってもらったらしいです。

もう少し時間がたって見て見ると

もう独走態勢ですね。Jitterが0.160msと他の2つのNTPと比べても数倍の精度が出ている事が分かります。これで、local環境により正確な時計が同期出来るNTPserverが構築できました。

もう誰も勝てませんね。とりあえず、PPSがどれだけ精度を持っているか？お分かり頂けれたかと思います。0.069msのJitterです。ほぼ正確な時間を担保出来ている状況です。ケースがないのでむき出しですけどねｗ

最後のラズベリーパイの省電力機能を切って、フルパフォーマンスで動作させる仕様に変更後

sudo su –
echo performance > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
reboot

PPSのJitterが0.002とかになってますね。半端ないですね。

後は、安定度を見る為、このまま起動してGPSを見失わなければOK

という事で、明日ラズベリーパイを新しいケースに詰め替えて、アンテナ端子をちゃんと穴を空けて取り付けてGPSアンテナを外に設置すればいったん終わりです。問題無く稼働してくれると思っています。

先ほど外にGPSアンテナを設置してきました。

GPSの広う速度も速くなって、さらにGPSの同時受信している数も格段に増えました。これで、両面テープで固定したら今回のラズベリーパイでGPSによるナノレベルのST1構築は終了します。

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ラズベリーパイ Pi3でGPSでSt1 NTPserver

まあ、こんな事を書いてる訳ですが、NTPでST1の階層のNTPserverを気軽に上げたくないですか？あるんですよ。NTPアプライアンスって奴が！何十万もだせば手に入るんですよ。そりゃそうなんですが・・・。

非常に良さそうですよね。こういうのは・・・。是非欲しい気がするけど、多分おそらく価格はパートナーに問い合わせろと書いてますので、おそらくベースで言うと60万程度じゃないですかね？そして、業務機ってそれだけじゃ終わらないのですよ。年間保守費用ってのがある程度数万から数十万かかってくる訳です。

下記は別の奴ですが、とりあえず60万ですよ。これらのタイムサーバはアンテナの設置などで、これにプラス工事費がかかってくるんですよね。気軽に購入できる代物でもないですよ。ぶっちゃけると、そんなに時間に拘らないならこの記事読んでないですよね？ｗ

そして、そんな金額だしてらせませんよね。たかが時間がを正確に合わせるだけですよ。まあ、そうですよね。という事で2万程度で同じ事が出来るとしたらどうですか？買いたいですか？そうですよね？買いたいです。
でなんか代用できないかな？って思って色々やってたんですが、ラズベリーパイって言う組込系のおもちゃで一応行けるんですよ。

これですよこれ！

何を言ってるか？そうなんですよ。今回作った奴ですが、USBのGPSモジュールをデバイスとして認識させて、そこのGPS情報からNTPのST1を実現しようとしているのですが、そこまでは良かったですよね。結論からすると、全く受信されていません。全然受信されてないので数値取れてないです・・・。

一応受信は、しようとしてますね。ただ、シグナルが0なんです。
でこうなったら、どうするか？こうするしかないんですよね。リブートです。いわゆる再起動ですね。

そうすると、徐々にGPSの信号をひらっい出してくれます。だいたい3個衛星をひらえれば時刻はとれてきます。

はい。このように測位される訳です。

測位されると、ntpdのほうもそのデータを使用して時間の提供が行われます。SHMの先頭＊になっているので、これはすでにGPS情報からの時刻同期で動いている事が分かります。

Zabbixのグラフも表示され出しますね。赤色の線がJiterなのでどれだけ正確な値かどうかを見る指標となります。

Local環境のサーバ立ちも一応ラズベリーパイのNTPをむいてます。ただ、全く相手にもされてないですね。もう数日オフラインなのでJitterの評価が92とかになって他のタイムサーバの方に向いてますね。もう2つ登録しているのは、情報通信研究機構をむいてます。じゃあ、それでもいいやんと言われそうですが、それにはロマンがないですよね。ITのエンジニアって、ロマンを求めているんじゃないですか？違いますかね？

そして、しばらくは受信してくれるのですが、おそらくGPSモジュールが安定性がなく、断続的にGPSをつかんでおいてくれない事が最大の原因だと思っています。Zabbixでその模様をグラフ化したのが下記のグラフです。全然受信出来てない時間が続いてますね。

それに気がつきました？やたらとJitterが高い事を！そうですね。PPSがUSB経由だととれないというか、出力そもそも論で申し訳ないんだけど、出力されていないんですよね。なので、仮にGPSをひらえた場合でもそんなに精度が高くないのです。

PPSとは！？

PPSとは、1秒間に1回だけでる非常に正確なパルス波です。なので、この正確なパルス波を使って時間を刻んで行きましょうという話です。全ては、PPSがとれていない事で、Jitterが高い数値から落ちないですね。悪の根源ですね。PPSがとれてなくても10msくらいのJitterくらいで推移するので、事実上1秒から10ｍｓ程前後ずれているだけという話になりますが、されど10msなんですよね。PPSを使うとこれが1msとか位まで精度が向上するのです。とすると、情報通信研究機構のNTPでJitterが画像を採取した時で2程度なってますが、そこをlocalのNTPでPPS ST1をあげると1ms程度になるのでそれより精度が上がり、localのNTPに会わせた方がより高精度という事になります。

という事で、ちょっともっと高精度に改造してみましょうか。

まずは、上記のような基盤を追加します。こいつは良く出来ていて、ﾗｽﾞﾊﾟｲって電源落としたら時間情報とか全部消えちゃんですよ。ですが、これバッテリーを積んでいて、電源OFF時でもちゃんと時間を刻んでくれる優れものです。それに、もちろんPPSも出力されており外部アンテナの端子も出ています。これでGPSアンテナを外に出すことでより受信感度の良い電波を拾えるようになります。ラズベリーパイのOS設定については、基盤が届き次第追って掲載していこうと思います。なお、この基盤写真上部の端子は半田付けされて折らず自分で半田付けするしかないので要注意です。

この位楽勝ですけどね。では、これ上手く行けばGPSアンテナとラズベリーパイとこの基盤とOSをセットした状況で売り出すかも知れません。ネットワーク環境がない所でも窓際にこれ置いて、NTPの向け先をこいつにすれば、全然正確な時刻に合うわけなので、それが2万円でも上に書いた様なアプライアンスを何十万もするやつ買わなくても相当安くあがります。

もちろん、GPSアンテナの設置なんかも、こちらでやりますし調整もしますよ。導入時、お客様のlocal環境に1IPアドレス固定で払出しいただけるとだけで、後は全部の端末をそのiPに設定してもらうだけで、時刻同期出来るという仕様にしたいと思います。100台程度ならこいつ1台でこなせるでしょうね。駄目なら2台・3台とスタックして行けば、冗長化も出来ますしより安定するでしょうね。

The post ラズベリーパイ Pi3でGPSでSt1 NTPserver first appeared on ～下町物語～.