GPS nie jest jedyną technologią zależną od zegarów atomowych. Wysoki poziom dokładności dostarczany przez zegary atomowe są wykorzystywane w innych kluczowych technologiach, które bierzemy za pewnik każdego dnia.

Kontrola ruchu lotniczego Nie tylko wszystkie samoloty i samoloty są teraz wyposażone w GPS, aby umożliwić pilotom i personelowi naziemnemu poznanie ich dokładnej lokalizacji, ale zegary atomowe są również używane przez kontrolerów ruchu lotniczego, którzy potrzebują precyzyjnych i dokładnych pomiarów oraz czasu między samolotami.

Światła drogowe i systemy ograniczające drogi - Sygnalizacja świetlna to inny system, który opiera się na taktowaniu zegara atomowego. Dokładność i synchronizacja są niezbędne dla systemów sygnalizacji świetlnej, ponieważ niewielkie błędy synchronizacji mogą prowadzić do śmiertelnych wypadków.

Kamery przeciążeniowe i inne systemy, takie jak parkometry, również wykorzystują zegary atomowe jako podstawę ich pomiaru czasu, ponieważ zapobiega to wszelkim problemom prawnym przy wydawaniu kar.

CCTV - Telewizja przemysłowa to kolejny duży użytkownik zegarów atomowych. Kamery CCTV są często wykorzystywane w walce z przestępczością, ale jako dowód są nieskuteczne w sądzie, chyba że informacje dotyczące czasu na kamerach CCTV mogą być udowodnione. Nieprzestrzeganie tego może doprowadzić do tego, że przestępcy uciekną przed ściganiem, ponieważ pomimo identyfikacji dokonanej przez kamerę, dowód, że był w czasie i dniu przestępstwa, nie może zostać wyjaśniony bez dokładności i synchronizacji.

Internet - Wiele aplikacji, które teraz powierzamy internetowi, jest możliwe tylko dzięki zegarom atomowym. Handel online, bankowość internetowa, a nawet domy aukcyjne online wymagają dokładnego i zsynchronizowanego czasu.

Wyobraź sobie, że bierzesz oszczędności ze swojego konta bankowego i odkrywasz, że możesz je wycofać, ponieważ inny komputer ma wolniejszy zegar lub wyobrazić sobie licytowanie na stronie aukcji internetowej tylko po to, aby Twoja oferta została odrzucona przez licytację, która pojawiła się przed tobą, ponieważ została wykonana na komputer z wolniejszym zegarem.

Używanie zegarów atomowych jako źródła czasu jest stosunkowo proste dla wielu technologii. Sygnały radiowe, a nawet transmisje GPS mogą być wykorzystywane jako źródło czasu atomowego i dla systemów komputerowych, protokół NTP (Network Time Protocol) zapewni idealnie zsynchronizowane sieci dowolnej wielkości. Dedykowane Serwery czasu NTP są używane na całym świecie w technologiach i aplikacjach wymagających precyzyjnego czasu.

Zegary atomowe są najdokładniejszymi urządzeniami do pomiaru czasu, znanymi człowiekowi. Jego dokładność jest nieporównywalna z innymi zegarami i chronometrami, podczas gdy nawet najbardziej wyrafinowany zegar elektroniczny będzie dryfował o sekundę co tydzień lub dwa, najbardziej nowoczesne zegary atomowe może działać przez tysiące lat i nie stracić nawet ułamka sekundy.

Dokładność zegara atomowego zależy od tego, co jest podstawą pomiaru czasu. Zamiast polegać na elektronicznym prądzie płynącym przez kryształ jak zegar elektroniczny, zegar atomowy wykorzystuje przemianę nadsubtelną atomu w dwóch stanach energetycznych. Choć może to brzmieć skomplikowanie, jest to po prostu niewiarygodny pogłos, który "tyka" ponad 9 miliard razy na sekundę, co sekundę.

Ale dlaczego taka dokładność jest naprawdę potrzebna i jakich technologii używają zegary atomowe?

Analizując technologie wykorzystujące zegary atomowe, widzimy, dlaczego tak wysoki poziom dokładności jest wymagany.

GPS - nawigacja satelitarna

Nawigacja satelitarna to obecnie ogromny przemysł. Będąc już tylko technologią dla wojska i lotników, nawigacja satelitarna GPS jest obecnie wykorzystywana przez użytkowników dróg na całym świecie. Jednak informacje nawigacyjne dostarczane przez systemy nawigacji satelitarnej, takie jak GPS, zależą wyłącznie od dokładności zegarów atomowych.

GPS działa poprzez triangulację kilku sygnałów taktowania, które są rozmieszczone z zegarów atomowych na satelitach GPS. Po ustaleniu, kiedy sygnał taktowania został zwolniony z satelity, odbiornik nawigacji satelitarnej może po prostu odległy od satelity i za pomocą wielu sygnałów obliczyć, gdzie znajduje się na świecie.

Ze względu na to, że te sygnały czasowe poruszają się z prędkością światła, tylko jedna sekunda niedokładności w sygnale taktowania może doprowadzić do tego, że informacja o pozycji jest oddalona o tysiące mil. To jest świadectwo dokładności Zegary atomowe GPS że obecnie odbiornik nawigacji satelitarnej ma dokładność do pięciu metrów.

. National Physical Laboratory ogłosił zaplanowaną konserwację w tym tygodniu (czwartek), co oznacza, że ​​sygnał czasu i częstotliwości MSF60kHz zostanie chwilowo wyłączony, aby umożliwić konserwację w bezpieczny sposób w stacji radiowej Anthorn w Cumbrii.

Zwykle te zaplanowane okresy konserwacji trwają tylko kilka godzin i nie powinny powodować żadnych zakłóceń dla kogokolwiek polegającego na sygnale MSF do zastosowań czasowych.
NTP (Network Time Protocol) jest dobrze dostosowany do tych chwilowych strat sygnału i niewiele, jeśli żaden dryf nie powinien być odczuwany przez żadną Serwer czasu NTP użytkownika.

Istnieje jednak kilku użytkowników wysokiego poziomu serwerów czasu sieciowego lub mogą mieć obawy co do dokładności ich technologii podczas zaplanowanych okresów braku sygnału. Istnieje inne rozwiązanie zapewniające ciągły, bezpieczny i równie dokładny sygnał czasu, który zawsze jest używany.

GPS, najczęściej używany do nawigacji i wyszukiwania drogi, a właściwie technologii opartej na zegarze atomowym. Każdy z satelitów GPS wysyła sygnał z wbudowanego zegara atomowego, który jest używany przez urządzenia nawigacji satelitarnej, które sprawdzają lokalizację przez triangulację.

Te sygnały GPS mogą być również odbierane przez a NTP serwer czasu GPS. Tak jak MSF, jak i inne serwery czasu sygnału radiowego odbierają sygnał zewnętrzny z nadajnika Anthorn, serwery czasu GPS mogą odbierać ten dokładny i zewnętrzny sygnał z satelitów.

W przeciwieństwie do transmisji radiowych, GPS nigdy nie powinien zejść w dół, chociaż czasami może być niepraktyczne odbiór sygnału, ponieważ antena GPS wymaga wyraźnego widoku nieba i dlatego najlepiej powinna znajdować się na dachu.

Dla tych, którzy chcą mieć podwójną pewność, nigdy nie będzie okresu, w którym sygnał nie zostanie odebrany przez Serwer NTP, A podwójny serwer czasu może być użyte. Odbierają one zarówno transmisje radiowe, jak i GPS, a pokładowy demon NTP oblicza najdokładniejszy czas od nich obu.

Wzrost liczby ataków GPS wzbudził pewne zaniepokojenie społeczności naukowej. GPS, podczas gdy bardzo dokładny i niezawodny system przesyłania czasu i informacji o pozycji, opiera się na bardzo słabych sygnałach, które są zakłócane przez zakłócenia z Ziemi.

Zarówno niezamierzone interferencje, takie jak pirackie stacje radiowe, czy zamierzone celowe "zagłuszanie" przez przestępców, są nadal rzadkie, ale ponieważ technologia, która może utrudniać sygnały GPS staje się coraz bardziej dostępna, sytuacja prawdopodobnie się pogorszy.

Podczas gdy skutki awarii sygnału systemu GPS mogą mieć oczywiste skutki dla osób, które używają go do nawigacji (kończąc w niewłaściwym miejscu lub gubiąc się), może to mieć poważniejsze i głębsze konsekwencje dla technologii, które polegają na GPSie przez czas sygnały.

Ponieważ tak wiele technologii opiera się obecnie Sygnały taktowania GPS od sieci telefonicznych, Internetu, bankowości i sygnalizacji świetlnej, a nawet naszej sieci energetycznej, jakikolwiek brak sygnału, niezależnie od tego, jak krótko, może spowodować poważne problemy.

Głównym problemem z sygnałem GPS jest to, że jest bardzo słaby, a ponieważ pochodzi z satelitów związanych z przestrzenią, niewiele można zrobić, aby wzmocnić sygnał, aby jakakolwiek podobna częstotliwość emitowana w lokalnym obszarze mogła łatwo zagłuszyć GPS.

Jednak GPS nie jest jedyną dokładną i bezpieczną metodą odbierania czasu ze źródła zegara atomowego. Wiele krajowych laboratoriów fizyki z całego świata transmituje sygnały zegara atomowego za pomocą fal radiowych (zazwyczaj fal długich). W USA sygnały te są transmitowane przez NIST (Narodowy Instytut Standardów i Czasu (znany jako WWVB), podczas gdy w Wielkiej Brytanii sygnał MSF jest nadawany przez NPL (Krajowe Laboratorium Fizyczne).

Podwójne serwery czasu które mogą odbierać oba sygnały są dostępne i są bezpieczniejsze dla każdej firmy wysokiej technologii, której nie stać na ryzyko utraty sygnału czasu.

Zegar atomowy nie jest najnowszym wynalazkiem. Opracowany w 1950 tradycyjny zegar atomowy na bazie cezu zapewnia nam dokładny czas od pół wieku.

. zegar atomowy cezu stał się podstawą naszego czasu - dosłownie. The Międzynarodowy system jednostek (SI) definiują sekundę jako pewną liczbę oscylacji atomu cezu, a zegary atomowe regulują wiele technologii, z których korzystamy na co dzień: Internet, nawigacja satelitarna, kontrola ruchu lotniczego i sygnalizacja świetlna, aby wymienić tylko kilka.

Jednak ostatnie postępy w optycznych zegarach kwantowych, które wykorzystują pojedyncze atomy metali, takich jak aluminium czy stront, są tysiące razy dokładniejsze niż tradycyjne zegary atomowe. Aby to ująć, najlepszy zegar atomowy cezu używany przez instytuty takie jak NIST (Narodowy Instytut Standardów i Czasu) lub NPL (National Physical Laboratory) do zarządzania globalną skalą światową UTC (Skoordynowany Czas Uniwersalny), z dokładnością do jednej sekundy za każdy 100 milionów lat. Jednak te nowe kwantowe zegary optyczne są dokładne co sekundę co XUM miliarda lat - prawie tak długo, jak Ziemia jest stara.

Dla większości ludzi ich jedyne spotkanie z zegarem atomowym odbiera swój sygnał czasu to sieciowy serwer czasu or Urządzenie NTP (Network Time Protocol) w celu synchronizacji urządzeń i sieci oraz te atomowe sygnały zegarowe są generowane przy użyciu zegarów cezowych.

Dopóki światowi naukowcy nie zgodzą się na pojedynczy atom, który zastąpi cez i pojedynczy projekt zegara do utrzymania UTC, nikt z nas nie będzie w stanie wykorzystać tej niewiarygodnej dokładności.

Zapytaj dowolnego administratora sieci lub informatyka i zapytaj ich, jak ważne synchronizacja czasu sieci jest i zwykle otrzymasz tę samą odpowiedź - bardzo.

Czas wykorzystywany jest w prawie wszystkich aspektach przetwarzania w celu rejestrowania zdarzeń. W rzeczywistości znaczniki czasu są jedynym odniesieniem, które komputer może wykorzystać do utrzymywania śladów zadań, które wykonał, i tych, których jeszcze nie ma.

Gdy sieci nie są zsynchronizowane, wynik może być prawdziwym bólem głowy dla każdego, kto ma za zadanie debugowanie ich. Dane mogą często zostać utracone, aplikacje nie mogą się uruchomić, rejestrowanie błędów jest prawie niemożliwe, nie wspominając już o lukach w zabezpieczeniach, które mogą wystąpić, jeśli nie ma zsynchronizowanego czasu sieciowego.

NTP (Network Time Protocol) to wiodąca aplikacja do synchronizacji czasu działająca od czasów 1980-ów. Został stale opracowany i jest używany przez praktycznie każdą sieć komputerową, która wymaga dokładnego czasu.

Większość systemów operacyjnych ma już zainstalowaną wersję NTP i używanie jej do synchronizowania pojedynczego komputera jest stosunkowo proste, korzystając z opcji w ustawieniach zegara lub pasku zadań.

Jednak użycie wbudowanej aplikacji NTP lub demona na komputerze spowoduje, że urządzenie wykorzysta źródło czasu internetowego jako odniesienie czasowe. To wszystko jest dobre i dobre dla pojedynczych biurkowych urządzeń, ale w sieci wymagane jest bezpieczniejsze rozwiązanie.

W każdej sieci komputerowej ważne jest, aby w zaporze nie było żadnych usterek, które mogłyby prowadzić do ataków złośliwych użytkowników. Otwarcie portu w celu komunikowania się z internetowym źródłem czasu jest jedną z metod, za pomocą których atakujący może wprowadzić sieć.

Na szczęście istnieją alternatywy dla korzystania z Internetu jako źródła czasu. Atomowe sygnały zegarowe mogą być odbierane za pomocą fal długich lub transmisji GPS.

Dedykowane Serwer czasu NTP dostępne są urządzenia, które bardzo ułatwiają synchronizację czasu Serwerów NTP odbiera czas (zewnętrznie do zapory ogniowej), a następnie może dystrybuować do wszystkich komputerów w sieci - odbywa się to bezpiecznie i dokładnie w większości sieci synchronizowanych z serwerem NTP działających w odstępach kilku milisekund.

Podobnie jak w przypadku zaawansowanej technologii komputerowej, która wydaje się wykładniczo zwiększać możliwości każdego roku, zegary atomowe również wydają się drastycznie zwiększać swoją dokładność z roku na rok.

Teraz, ci pionierzy technologii zegara atomowego, Amerykański Narodowy Instytut Standardów Czasowych (NIST), ogłosili, że udało im się wyprodukować zegar atomowy z dokładnością dwukrotnie większą niż w przypadku zegarów, które były wcześniej używane.

Zegar opiera się na pojedynczym atomie glinu, a NIST twierdzi, że może pozostać dokładny bez utraty sekundy w ciągu 3.7 miliarda lat (mniej więcej tyle samo czasu, ile życie istniało na Ziemi).

Poprzedni najdokładniejszy zegar został opracowany przez niemiecki Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) i był zegarem optycznym opartym na atomie strontu i był dokładny do sekundy od ponad miliarda lat. Ten nowy zegar atomowy NIST jest również zegarem optycznym, ale bazuje na atomach glinu, co według badań NIST z tym zegarem jest znacznie dokładniejsze.

Zegary optyczne wykorzystują lasery do zatrzymywania atomów i różnią się od tradycyjnych zegarów atomowych wykorzystywanych przez sieci komputerowe Serwerów NTP (Network Time Protocol) i inne technologie oparte na zegarach fontannowych. Te tradycyjne zegary fontannowe nie tylko używają cezu jako atomu czasu, ale zamiast laserów wykorzystują super chłodzone ciecze i odkurzacze do kontrolowania atomów.

Dzięki pracy NIST, PTB i Wielkiej Brytanii NPL (National Physical Laboratory) zegary atomowe nadal postępują w postępie geometrycznym, jednak te nowe optyczne zegary atomowe oparte na atomach takich jak aluminium, rtęć i stront są dalekie od wykorzystania jako podstawa do UTC (Skoordynowany czas uniwersalny).

UTC jest sterowane konstelacją zegarowych fontann cezowych, które mimo że są dokładne do sekundy w 100,000, są zdecydowanie mniej precyzyjne niż te zegary optyczne i bazują na technologii sprzed pięćdziesięciu lat. I niestety, dopóki światowa społeczność naukowa nie zgodzi się na to, by projekt atomów i zegarów był używany na całym świecie, te precyzyjne zegary atomowe pozostaną jedynie grą społeczności naukowej.

Precyzja staje się coraz ważniejsza w nowoczesnych technologiach i niczym więcej niż dokładnością w utrzymywaniu czasu. Od Internetu po nawigację satelitarną precyzyjna i dokładna synchronizacja ma zasadnicze znaczenie w dzisiejszych czasach.

W rzeczywistości wiele technologii, które bierzemy za pewnik w dzisiejszym świecie, nie byłoby możliwe, gdyby nie najdokładniejsze maszyny wymyślone - zegar atomowy.

Zegary atomowe są tylko urządzeniami mierzącymi czas, takimi jak inne zegary lub zegarki. Ale to, co je wyróżnia, to dokładność, jaką mogą osiągnąć. Jako prosty przykład Twój standardowy zegar mechaniczny, taki jak wieża zegarowa w centrum miasta, będzie dryfował nawet o sekundę dziennie. Zegary elektroniczne, takie jak zegarki cyfrowe lub radiobudziki, są dokładniejsze. Tego typu zegary dryfują sekundę w ciągu około tygodnia.

Jednak przy porównywaniu dokładności zegara atomowego, w którym sekunda nie zostanie utracona lub utracona w 100,000 lat lub więcej, dokładność tych urządzeń jest nieporównywalna.

Zegary atomowe mogą osiągnąć tę dokładność dzięki oscylatorom, z których korzystają. Prawie wszystkie rodzaje zegara mają oscylator. Generalnie oscylator jest po prostu obwodem, który regularnie tyka.

Zegary mechaniczne wykorzystują wahadła i sprężyny, aby zapewnić regularną oscylację, podczas gdy zegary elektroniczne mają kryształ (zwykle kwarc), który po przejściu prądu elektrycznego zapewnia dokładny rytm.

Zegary atomowe wykorzystują oscylację atomów podczas różnych stanów energii. Często używa się cezu 133 (a czasami rubidu), ponieważ jego nadsubtelna przejściowa oscylacja wynosi ponad 9 miliarda razy na sekundę (9,192,631,770) i to nigdy się nie zmienia. W rzeczywistości Międzynarodowy system jednostek (SI) teraz oficjalnie uznaje drugi w czasie cykl 9,192,631,770 promieniowania z atomu cezu.

Zegary atomowe stanowią podstawę światowego globalnego harmonogramu - UTC (Coordinated Universal Time). A sieci komputerowe na całym świecie pozostają zsynchronizowane za pomocą sygnałów czasu nadawanych przez zegary atomowe i odbierane Serwery czasu NTP (Network Time Server).

Synchronizacja sieci komputerowych jest czymś, co wielu administratorów bierze za pewnik. Dedykowane sieciowe serwery czasu mogą odbierać źródło czasu i dystrybuować je w sieci, dokładnie, bezpiecznie i precyzyjnie.

Jednakże, dokładna synchronizacja czasu jest możliwe tylko dzięki protokołowi czasowemu NTP - Network Time Protocol.

NTP został opracowany, gdy internet był jeszcze w powijakach i Profesor David Mills a jego zespół z Uniwersytetu Delaware próbował zsynchronizować czas w sieci kilku maszyn. Rozwinęli najwcześniejszą wersję NTP, która była rozwijana do dziś, blisko trzydzieści lat po jej pierwszym powstaniu.

NTP nie było wtedy i nie jest teraz, jedynym oprogramowaniem do synchronizacji czasu, są inne aplikacje i protokół, które wykonują podobne zadanie, ale NTP jest najczęściej wykorzystywanym (zdecydowanie ponad 98% aplikacji używających go do synchronizacji czasu). Jest również pakowany z najnowocześniejszymi systemami operacyjnymi z wersją NTP (zwykle SNTP - wersja uproszczona) zainstalowaną w najnowszym systemie operacyjnym Windows 7.

NTP odegrało ważną rolę w tworzeniu internetu, który znamy i kochamy dzisiaj. Wiele aplikacji i zadań online nie byłoby możliwych bez dokładnej synchronizacji czasu i NTP.

Handel online, aukcje internetowe, bankowość i debugowanie sieci opierają się na dokładnej synchronizacji czasu. Nawet wysłanie wiadomości e-mail wymaga synchronizacji czasu z serwerem poczty e-mail - w przeciwnym razie komputery nie będą w stanie obsługiwać wiadomości e-mail pochodzących z niezsynchronizowanych komputerów, ponieważ mogą one dotrzeć przed ich wysłaniem.

NTP jest darmowym protokołem oprogramowania i jest dostępny online NTP.org Jednak większość sieci komputerowych wymagających bezpiecznego i dokładnego czasu najczęściej korzysta dedykowane serwery NTP działające na zewnątrz sieci i zapory ogniowej, uzyskujące czas z atomowych sygnałów zegarowych, zapewniające dokładność milisekundową w skali globalnej na świecie UTC (Skoordynowany czas uniwersalny).

Global Positioning System (GPS) jest coraz popularniejszym narzędziem, używanym na całym świecie jako źródło wskazówek i nawigacji. Jednak sieć GPS ma znacznie więcej funkcji niż tylko nawigacja satelitarna, ponieważ transmisje nadawane przez satelity GPS mogą być również wykorzystywane jako bardzo dokładne źródło czasu.

Satelity GPS są właściwie tylko orbitującymi zegarami, ponieważ każdy zawiera zegary atomowe, które generują sygnał czasu. Jest to sygnał czasu, który jest transmitowany przez satelity GPS, które odbiorniki nawigacji satelitarnej w samochodach i samolotach wykorzystują do obliczenia odległości i położenia.

Pozycjonowanie jest możliwe tylko dlatego, że sygnały czasu są tak dokładne. Pojazdy satelitarne na pojazdach wykorzystują na przykład sygnały z czterech orbitujących satelitów i dokonują triangulacji informacji w celu ustalenia pozycji. Jeśli jednak wystąpi tylko jedna sekunda niedokładności z jednym z sygnałów czasowych, informacja o pozycji może być oddalona o tysiące mil - dowodząca bezużyteczności.

Jest to świadectwo dokładności zegarów atomowych wykorzystywanych do generowania sygnałów GPS, które obecnie odbiornik GPS może ustalić swoje położenie na ziemi w odległości do pięciu metrów.

Ponieważ satelity GPS są tak dokładne, są idealnym źródłem czasu zsynchronizować sieć komputerową do. Ściśle mówiąc, czas GPS różni się od międzynarodowego czasu uniwersalnego UTC (skoordynowany czas uniwersalny), ponieważ do UTC dodano dodatkowe sekundy przestępne, aby zapewnić parzystość względem obrotu Ziemi, co oznacza, że ​​jest dokładnie o 18 sekundy przed GPS, ale jest łatwo konwertowane przez NTP na synchronizację czasu protokół (Network Time Protocol).

GPS serwery czasu odbiór sygnału czasu GPS za pośrednictwem anteny GPS, która musi zostać umieszczona na dachu, aby można było odbierać transmisję linii wzroku. Po odebraniu sygnału GPS GPS serwer czasu NTP roześle sygnał do wszystkich urządzeń w sieci NTP i koryguje dryfowanie na poszczególnych maszynach.

GPS serwery czasu są dedykowane łatwe w użyciu urządzenia i zapewniają dokładność milisekundy UTC bez ryzyka związanego z korzystaniem z internetowego źródła czasu.