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).

Wszyscy polegamy na czasie, aby nasze dni były zaplanowane. Zegarki na rękę, zegary ścienne, a nawet odtwarzacz DVD mówią nam o czasie, ale czasami nie jest to wystarczająco dokładne, szczególnie gdy czas musi być zsynchronizowany.

Istnieje wiele technologii, które wymagają bardzo dokładnej precyzji pomiędzy systemami, od nawigacji satelitarnej po wiele aplikacji internetowych, dokładny czas staje się coraz ważniejszy.

Jednak osiągnięcie precyzji nie zawsze jest proste, szczególnie w nowoczesnych sieciach komputerowych. Podczas gdy wszystkie systemy komputerowe mają wbudowane zegary, nie są to precyzyjne fragmenty czasu, ale standardowe oscylatory kryształów, ta sama technologia stosowana w innych zegarach elektronicznych.

Problem polegający na takim zegarkach systemowych polega na tym, że są one podatne na dryfowanie w sieci składającej się z setek lub tysięcy maszyn, jeśli zegary dryfują w innym tempie - wkrótce może nastąpić chaos. E-maile są odbierane przed ich wysłaniem, a aplikacje o krytycznym czasie nie działają.

Zegary atomowe są najdokładniejsze fragmenty czasowe, ale są to narzędzia laboratoryjne na dużą skalę i są niepraktyczne (i bardzo kosztowne) do wykorzystania przez sieci komputerowe.

Jednak laboratoria fizyki, takie jak North American NIST (Narodowy Instytut Standardów i Czasu) mają zegary atomowe, z których emitują sygnały czasu. Te sygnały czasowe mogą być wykorzystywane przez sieci komputerowe do celów synchronizacji.

W Ameryce Północnej nazywa się kod czasu nadawany przez NIST WWVB i jest transmitowany z Boulder w stanie Kolorado na długiej fali w 60Hz. Kod czasu zawiera rok, dzień, godzinę, minutę, sekundę, a ponieważ jest źródłem UTC, dodaje się kolejne sekundy przestępczości, aby zapewnić parzystość z obrotem Ziemi.

Odbieranie sygnału WWVB i używanie go do synchronizacji sieci komputerowej jest łatwe. Sieciowe serwery czasu odniesienia radiowego mogą odbierać tę transmisję w Ameryce Północnej i za pomocą protokołu NTP (Network Time Protocol).

Dedykowany Serwer czasu NTP który może odbierać sygnał WWVB może zsynchronizować setki, a nawet tysiące różnych urządzeń z sygnałem WWVB, upewniając się, że każdy z nich znajduje się w ciągu kilku milisekund UTC.

Zegary atomowe są najlepszymi urządzeniami do mierzenia czasu. Ich dokładność jest niewiarygodna, ponieważ zegar atomowy nie dryfuje nawet o sekundę w przeciągu miliona lat, a kiedy porównuje się go do następnych najlepszych chronometrów, takich jak zegar elektroniczny, który może dryfować o sekundę w ciągu tygodnia, zegar atomowy jest niesamowicie bardziej precyzyjny.

Zegary atomowe są używane na całym świecie i są sercem wielu nowoczesnych technologii, które umożliwiają wykorzystanie wielu aplikacji, które uważamy za oczywiste. Handel internetowy, nawigacja satelitarna, kontrola ruchu lotniczego i bankowość międzynarodowa to wszystkie branże, które w dużym stopniu polegają

Regulują one także światowy harmonogram UTC (Coordinated Universal Time), który jest zachowywany przez konstelację tych zegarów (chociaż UTC musi być dostosowany, aby dostosować się do spowolnienia ziemskiego wirowania, dodając sekundy przestępne).

Sieci komputerowe często wymagają synchronizacji z UTC. Ta synchronizacja jest niezbędna w sieciach, które przeprowadzają transakcje wrażliwe na czas lub wymagają wysokiego poziomu bezpieczeństwa.

Sieć komputerowa bez odpowiedniej synchronizacji czasu może powodować wiele problemów, w tym:

Utrata danych

• Trudności w identyfikowaniu i rejestrowaniu błędów
• Zwiększone ryzyko naruszenia bezpieczeństwa.
• Nie można przeprowadzić transakcji wrażliwych na czas

Z tych powodów wiele sieci komputerowych musi być zsynchronizowanych ze źródłem UTC i przechowywanych tak dokładnie, jak to tylko możliwe. I chociaż zegary atomowe są dużymi nieporęcznymi urządzeniami przechowywanymi w laboratoriach fizycznych, używanie ich jako źródła czasu jest niezwykle proste.

Network Time Protocol (NTP) to protokół oprogramowania przeznaczony wyłącznie do synchronizacji sieci i systemów komputerowych oraz korzystania z dedykowany serwer NTP czas z zegara atomowego może być odbierany przez serwer czasu i rozprowadzany w sieci przy użyciu NTP.

Serwerów NTP posługiwać się Częstotliwości radiowe i częściej sygnały satelitarne GPS, aby odbierać sygnały taktowania zegara atomowego, które następnie są rozprowadzane w sieci za pomocą NTP, regularnie regulując każde urządzenie, aby zapewnić jak największą dokładność.

Użytkownicy National Physical Laboratory (NPL) Sygnał czasu i częstotliwości MSF prawdopodobnie jest świadomy, że sygnał jest czasami odbierany z powietrza w celu zaplanowanej konserwacji.

NPL opublikowało tam zaplanowaną konserwację dla 2010, w której sygnał będzie tymczasowo zdejmowany z powietrza. Zwykle zaplanowane przestoje trwają mniej niż cztery godziny, ale użytkownicy muszą mieć świadomość, że podczas NPL i VT Communications, którzy obsługują antenę, dokładają wszelkich starań, aby nadajnik był wyłączony przez jak najkrótszy czas, mogą wystąpić opóźnienia .

I chociaż NPL lubią zapewniać wszystkim użytkownikom sygnału MSF ostrzeżenia o możliwych przestojach, awaryjne naprawy i inne problemy mogą doprowadzić do nieplanowanych przestojów. Każdy użytkownik otrzymujący problemy z odbiorem sygnału MSF powinien sprawdzić Strona NPL w przypadku nieplanowanej konserwacji przed skontaktowaniem się z dostawcą serwera czasu.

Daty i godziny zaplanowanych okresów konserwacji 2010 są następujące:

* 11 Marzec 2010 od 10: 00 UTC do 14: 00 UTC

* 10 Czerwiec 2010 od 10: 00 BST do 14: 00 BST (UTC + 1 godz.)

* 9 Wrzesień 2010 od 10: 00 BST do 14: 00 BST (UTC + 1 godz.)

* 9 Grudzień 2010 od 10: 00 UTC do 14: 00 UTC

Ponieważ zaplanowane wyłączenia nie powinny trwać dłużej niż cztery godziny, użytkownicy serwerów czasowych z odniesieniami MSF nie powinni zauważać żadnego spadku dokładności ich sieci, ponieważ nie powinno to wystarczyć na dryfowanie urządzenia.

Jednak dla tych użytkowników, którzy są zaniepokojeni dokładnością lub wymagają Serwer czasu NTP (Network Time Server), który nie ulega regularnym przestojom, może rozważyć zainwestowanie w Serwer czasu GPS.

Serwery czasu GPS odbierają czas z orbitujących satelitów nawigacyjnych. Ponieważ są one dostępne w dowolnym miejscu na świecie, a sygnały nigdy nie są niedostępne, mogą zapewnić stały dokładny sygnał czasu (czas GPS nie jest taki sam jak UTC, ale można go łatwo przekonwertować za pomocą protokołu NTP, ponieważ wynosi dokładnie 17 sekund z powodu skoku sekund dodawane do UTC, a nie do GPS).

Synchronizacja nowoczesnych sieci komputerowych ma ogromne znaczenie z wielu powodów, a także dzięki protokołowi czasowemu NTP (Network Time Protocol) jest to stosunkowo proste.

Protokół NTP jest algorytmicznym protokołem, który analizuje czas na różnych komputerach i porównuje go z pojedynczym odwołaniem do czasu i dostosowuje każdy zegar do dryfu, aby zapewnić synchronizację ze źródłem czasu. NTP jest tak zdolny do tego zadania, że ​​sieć zsynchronizowana za pomocą protokołu może realistycznie uzyskać dokładność milisekundową.

Wybór źródła czasu

Jeśli chodzi o ustalenie czasu odniesienia, nie ma alternatywy, aby znaleźć źródło UTC (Coordinated Universal Time). UTC to globalna skala czasowa, stosowana na całym świecie jako jedna oś czasu w sieciach komputerowych. UTC jest utrzymywane w dokładności dzięki konstelacji zegarów atomowych na całym świecie.

Synchronizacja z UTC

Podstawową metodą odbierania źródła czasu UTC jest korzystanie z internetowego serwera czasu 2. Są one uważane za warstwy 2, ponieważ rozpowszechniają czas po otrzymaniu go od Serwer NTP (warstwa 1), która jest połączona z zegarem atomowym (warstwa 0). Niestety nie jest to najdokładniejsza metoda odbioru UTC z powodu odległość, którą dane muszą przebyć od hosta do klienta.

Istnieją również problemy bezpieczeństwa związane z korzystaniem z internetowego źródła czasu 2, ponieważ zaporowy port UDP 123 musi pozostać otwarty na odbiór kodu czasowego, ale to otwieranie zapory ogniowej może i jest wykorzystywane przez złośliwych użytkowników.

Dedykowane serwery NTP

Dedykowane serwery czasu NTP, często określane jako sieciowe serwery czasu, są najbardziej dokładną i bezpieczną metodą synchronizacji sieci komputerowej. Działają zewnętrznie w sieci, więc nie ma problemów z firewallem. Te urządzenia 1 warstwy otrzymują czas UTC bezpośrednio ze źródła zegara atomowego przez transmisje radiowe fal długich lub Sieć GPS (Globalny System Pozycjonowania). Chociaż wymaga to anteny, która w przypadku GPS musi być umieszczona na dachu, sam serwer czasu automatycznie zsynchronizuje setki, a nawet tysiące różnych urządzeń w sieci.

Dokładny pomiar czasu jeśli często są one pomijane jako priorytet dla administratorów sieci, to jednak wiele z nich ryzykuje zarówno bezpieczeństwo, jak i utratę danych, nie zapewniając ich synchronizacji z jak najdokładniejszym z możliwych.

Komputery mają własne zegary sprzętowe, ale często są to zwykłe oscylatory elektroniczne, takie jak zegarki cyfrowe i niestety zegary systemowe mają tendencję do dryfowania, często nawet o kilka sekund w tygodniu.

Uruchamianie różnych maszyn w sieci, które mają różne czasy - nawet przez kilka sekund - może spowodować spustoszenie, ponieważ wiele zadań komputerowych polega na czasie. Czas, w postaci znaczników czasu, jest jedynym komputerem referencyjnym używanym do rozróżniania różnych zdarzeń i niepowodzeń dokładnie synchronizuj sieć może prowadzić do wielu nieopisanych problemów.

Oto niektóre z głównych powodów, dla których twoja sieć powinna być zsynchronizowana za pomocą Network Time Protocol, wstępnie z a Serwer czasu NTP.

Kopie zapasowe danych - istotne dla zabezpieczenia danych w dowolnej firmie lub organizacji, brak synchronizacji może prowadzić nie tylko do awarii, ale i starszych wersji plików zastępujących bardziej nowoczesne wersje.

Złośliwe ataki - Niezależnie od tego, jak bezpieczna jest sieć, ktoś, gdzieś w końcu uzyska dostęp do twojej sieci, ale bez dokładnej synchronizacji może się okazać niemożliwe odkrycie, jakie kompromisy się wydarzyły, a także spowoduje, że wszyscy nieautoryzowani użytkownicy będą mieli więcej czasu w sieci, aby siać spustoszenie.

Błąd logowania - gdy wystąpią usterki i nieuchronnie to nastąpi, dzienniki systemowe zawierają wszystkie informacje umożliwiające identyfikację i usunięcie problemów. Jeśli jednak dzienniki systemowe nie są zsynchronizowane, czasami nie można ustalić, co poszło nie tak i kiedy.

Online Trading - Kupowanie i sprzedawanie w Internecie jest obecnie powszechne, aw niektórych przedsiębiorstwach tysiące transakcji internetowych przeprowadzanych jest co sekundę od rezerwacji miejsc po zakup udziałów i brak dokładna synchronizacja może powodować wszelkiego rodzaju błędy w handlu online, takie jak przedmioty kupowane lub sprzedawane więcej niż raz.

Zgodność i legalność - Wiele systemów regulacji przemysłowych wymaga sprawdzalnej i dokładnej metody pomiaru czasu. Niezsynchronizowana sieć będzie również narażona na problemy prawne, ponieważ nie można udowodnić, kiedy dokładnie miało nastąpić zdarzenie.

Kiedy liczyłeś na sylwestra, aby oznaczyć początek następnego roku, zacząłeś od 10 lub 11? Większość biesiadników odliczałaby od dziesięciu, ale byliby w tym roku przedwcześnie, ponieważ w zeszłym roku dodano dodatkową sekundę - sekundę przestępną.

Sekundowe sekundy są zwykle wstawiane raz lub dwa razy w roku (zwykle w Sylwestra iw czerwcu), aby zapewnić globalną skalę czasową UTC (Coordinated Universal Time) zbiega się z dniem astronomicznym.

Sekundowe sekundy zostały wykorzystane od czasu wprowadzenia UTC i są bezpośrednim wynikiem naszej dokładności w mierzeniu czasu. Problem polega na tym, że współczesny zegary atomowe są znacznie dokładniejszymi urządzeniami mierzenia czasu niż sama ziemia. Zauważono, że po raz pierwszy opracowano zegary atomowe, których długość, raz uważana za dokładnie 24 godzin, była zróżnicowana.

Zmiany są spowodowane obrotem Ziemi, na którą wpływa grawitacja Księżyca i siły pływowe Ziemi, z których wszystkie nieznacznie spowalniają obrót Ziemi.

To spowolnienie rotacyjne, choć tylko maleńkie, jeśli nie zostanie sprawdzone, to dzień UTC wkrótce dryfuje w astronomiczną noc (choć od kilku tysięcy lat).

Decyzja, czy potrzebny jest drugi skok, leży w gestii Międzynarodowej Służby ds. Rotacji Ziemi (IERS), jednak Leap Seconds nie są popularne wśród wszystkich i mogą powodować potencjalne problemy po ich wprowadzeniu.

UTC jest używane przez Serwery czasu NTP (Network Time Protocol) jako odniesienie czasowe do synchronizacji sieci komputerowych i innych technologii oraz zakłócenia, które może spowodować sekund sekund przestępnych są postrzegane jako nie warte kłopotów.

Jednak inni, jak na przykład astronomowie, twierdzą, że nieprzestrzeganie czasu UTC w dzień astronomiczny sprawiłoby, że studiowanie niebios byłoby prawie niemożliwe.

Ostatni wprowadzony przed tą sekundą drugi skok był w 2005, ale od 23 do czasu UTC dodano łącznie 1972 sekund.

Nieprzerwany…

Jednak są sytuacje, w których serwer czasu może utracić połączenie z zegarem atomowym i nie otrzymywać kodu czasu przez dłuższy czas. Czasami może to być spowodowane przestojami kontrolerów zegara atomowego do konserwacji lub że zakłócenia w pobliżu blokują transmisję.

Oczywiście im dłuższy sygnał, tym bardziej potencjalny dryf może wystąpić w sieci jako oscylator kwarcowy w sieci Serwer NTP to jedyna rzecz utrzymująca czas. W przypadku większości aplikacji nigdy nie powinno to stanowić problemu, ponieważ najbardziej długotrwały okres przestoju wynosi zazwyczaj nie więcej niż trzy lub cztery godziny, a serwer NTP nie dryfowałby zbyt często w tym czasie, a występowanie tego przestoju jest dość rzadkie (może raz lub dwa razy w roku).

Jednak w przypadku niektórych ultraprecyzyjnych zastosowań wysokiej klasy oscylatory kryształu rubidu zaczynają być używane, ponieważ nie dryfują tak bardzo jak kwarc. Rubidium (często używane w zegary atomowe zamiast cezu) jest znacznie dokładniejszym oscylatorem niż kwarcem i zapewnia lepszą dokładność, gdy nie ma sygnału do Serwer czasu NTP pozwalając sieci na utrzymanie dokładniejszego czasu.

Sam Rubid jest metalem alkalicznym o właściwościach zbliżonych do potasu. Jest bardzo nieznacznie radioaktywny, chociaż nie stanowi zagrożenia dla zdrowia ludzkiego (i jest często stosowany w obrazowaniu medycznym przez wstrzyknięcie go pacjentowi). Jego okres półtrwania wynosi 49 miliard lat (czas potrzebny do zaniku o połowę - w porównaniu z niektórymi z najbardziej śmiercionośnych materiałów radioaktywnych mają okres półtrwania poniżej sekundy).

Jedynym prawdziwym niebezpieczeństwem związanym z rubidium jest to, że reaguje on raczej gwałtownie na wodę i może wywołać pożar

Oscylatory były niezbędne w opracowywaniu zegarów i chronologii. Oscylatory są po prostu obwodami elektronicznymi, które wytwarzają powtarzalny sygnał elektroniczny. Często do stabilizowania częstotliwości oscylacji wykorzystywane są kryształy takie jak kwarc,

Oscylatory są podstawową technologią zegarów elektronicznych. Zegarki cyfrowe i analogowy zegar zasilany bateryjnie są kontrolowane przez obwód oscylacyjny, zwykle zawierający kryształ kwarcu.

I choć zegary elektroniczne są wielokrotnie dokładniejsze niż zegar mechaniczny, oscylator kwarcowy będzie nadal dryfował o sekundę lub dwie w tygodniu.

Zegary atomowe oczywiście są znacznie dokładniejsze. Nadal jednak używają oscylatorów, najczęściej cezu lub rubidu, ale robią to w stanie hiper-fine, często zamrożonym w ciekłym azocie lub helu. Zegary te w porównaniu do zegarów elektronicznych nie dryfują o sekundę nawet o milion lat (i przy bardziej nowoczesnych zegarkach atomowych 100 milion lat).

Aby wykorzystać tę dokładność chronologiczną serwer czasu sieciowego, który używa NTP (Network Time Protocol) może być użyty do synchronizacji kompletnych sieci komputerowych. Serwerów NTP użyj sygnału czasu z odbiornika GPS lub radia długofalowego, które pochodzi bezpośrednio z zegara atomowego (w przypadku GPS czas jest generowany w zegarze na pokładzie satelity GPS).

Serwerów NTP ciągle sprawdzaj to źródło czasu, a następnie dostosuj urządzenia w sieci, aby pasowały do ​​tego czasu. Pomiędzy ankietami (odbierającymi źródło czasu), standardowy czasowy oscylator jest używany przez serwer czasu do utrzymywania czasu. Zwykle te oscylatory są kwarcowe, ale ponieważ serwer czasu jest w regularnej komunikacji z zegarem atomowym, co minutę lub dwie, to normalne dryfowanie oscylatora kwarcowego nie stanowi problemu, ponieważ kilka minut między sondami nie doprowadziłoby do żadnego mierzalnego dryfu.

Ciąg dalszy nastąpi ...