Kiedy spojrzymy na nasze zegarki lub zegar biurowy, często przyjmujemy za pewnik, że podany czas jest poprawny. Możemy zauważyć, że nasze zegarki są szybkie lub wolne dziesięć minut, ale nie zwracają uwagi, jeśli są one sekundą lub dwiema.

Jednak przez tysiące lat ludzkość kroczyła coraz dalej dokładne zegary korzyści są dziś ogromne w naszym wieku nawigacji satelitarnej, Serwerów NTP, Internet i globalna komunikacja.

Aby zrozumieć, jak dokładny czas można zmierzyć, ważne jest, aby najpierw zrozumieć pojęcie czasu. Czas mierzony na Ziemi od tysiącleci jest odmiennym pojęciem od samego czasu, co, jak Einstein nas poinformował, było częścią struktury samego wszechświata w tym, co opisał jako czterowymiarową czasoprzestrzeń.

Jednak historycznie mierzyliśmy czas nie w oparciu o upływ czasu, ale o rotację naszej planety w stosunku do Słońca i Księżyca. Dzień podzielony jest na 24 równych części (godzin), z których każda jest podzielona na 60 minut, a minuta podzielona jest na 60 sekund.

Jednak obecnie zdano sobie sprawę, że czas pomiaru w ten sposób nie może być uważany za dokładny, ponieważ rotacja Ziemi zmienia się z dnia na dzień. Wszystkie rodzaje zmiennych, takie jak siły pływowe, huragany, wiatry słoneczne, a nawet ilość śniegu na biegunach wpływają na szybkość rotacji Ziemi. W rzeczywistości, kiedy dinozaury zaczęły wędrować po Ziemi, długość dnia mierzonego teraz wynosiłaby zaledwie 22 godzin.

Opieramy teraz czas na przechodzeniu atomów za pomocą zegary atomowe z drugim na podstawie okresów 9,192,631,770 promieniowania emitowanego przez nadsubtelne przejście uzwiązkowionego atomu cezu w stanie podstawowym. Choć może to brzmieć skomplikowanie, to naprawdę jest to tylko atomowy "tyk", który nigdy się nie zmienia, a zatem może dostarczyć bardzo dokładnego odniesienia do naszego czasu.

Zegary atomowe wykorzystują ten rezonans atomowy i potrafią zachować czas tak dokładny, że sekunda nie jest stracona nawet w miliardach lat. Nowoczesne technologie wykorzystują tę precyzję, umożliwiając komunikację i globalny handel, z którego dziś korzystamy dzięki wykorzystaniu nawigacji satelitarnej, Serwerów NTP a kontrola ruchu lotniczego zmienia sposób, w jaki żyjemy naszym życiem.

W epoce zegarów atomowych i Serwer NTP czas przechowywania jest teraz dokładniejszy niż kiedykolwiek, z coraz większą precyzją, co pozwoliło wielu technologiom i systemom, które teraz przyjmujemy za pewnik.

Chociaż odmierzanie czasu zawsze było przedmiotem troski ludzkości, dopiero od kilku dziesięcioleci prawdziwa dokładność jest możliwa dzięki nadejściu zegar atomowy.

Przed czasem atomowym oscylatory elektryczne, takie jak te, które można znaleźć w przeciętnym cyfrowym zegarku, były najdokładniejszą miarą czasu, a zegary elektroniczne, takie jak te, są o wiele bardziej precyzyjne niż ich poprzednie wersje - mechaniczne zegary, które wciąż mogą dryfować nawet o sekundę w tygodniu .

Ale dlaczego w końcu czas musi być tak dokładny, jak ważna może być sekunda? W codziennym prowadzeniu naszego życia sekunda nie jest tak ważna, a elektroniczne zegary (a nawet mechaniczne) zapewniają odpowiedni czas na nasze potrzeby.

W naszym codziennym życiu drugie robi niewielką różnicę, ale w wielu nowoczesnych zastosowaniach drugie może być wiekiem.

Przykładem może być nowoczesna nawigacja satelitarna. Urządzenia te mogą wskazać lokalizację w dowolnym miejscu na Ziemi w odległości kilku metrów. Jednak mogą to zrobić tylko ze względu na ultra-precyzyjną naturę zegarów atomowych, które kontrolują system, ponieważ sygnał czasu wysyłany z satelitów nawigacyjnych przemieszcza się z prędkością światła, która wynosi prawie 300,000 km na sekundę.

Ponieważ światło może przemierzyć tak dużą odległość w ciągu sekundy, jakikolwiek zegar atomowy rządzący systemem nawigacji satelitarnej, który byłby tylko o sekundę krótszy, pozycjonowanie byłoby niedokładne o tysiące mil, przez co system pozycjonowania stałby się bezużyteczny.

Istnieje wiele innych technologii, które wymagają podobnej dokładności, a także wielu sposobów handlu i komunikacji. Akcje i udziały zmieniają się co sekundę w górę iw dół, a globalny handel wymaga, aby wszyscy na całym świecie musieli komunikować się w tym samym czasie.

Większość sieci komputerowych jest kontrolowana za pomocą Serwer NTP (Network Time Protocol). Urządzenia te pozwalają wszystkim sieciom komputerowym korzystać z tego samego zegara czasu UTC (skoordynowanego czasu uniwersalnego). Wykorzystując UTC za pośrednictwem serwera NTP sieci komputerowe mogą być synchronizowane w ciągu kilku milisekund od siebie.

Organizowanie warstw

Poziomy strat brzusznych określają odległość między urządzeniem a zegarem referencyjnym. Na przykład zegar atomowy oparty na laboratorium fizyki lub satelicie GPS jest urządzeniem 0. ZA warstwa 1 urządzenie to serwer czasu, który odbiera czas z urządzenia 0, a więc dedykowanego Serwer NTP jest warstwą 1. Urządzeniami, które odbierają czas z serwera czasu, takiego jak komputery i routery, są urządzenia warstwy 2.

NTP może obsłużyć do poziomów 16 i chociaż jest dokładniejszy, im dalej, tym poziomy warstw są zaprojektowane tak, aby umożliwić olbrzymim sieciom otrzymywanie czasu z jednego serwera NTP bez powodowania przeciążenia sieci lub blokowania przepustowości .

Podczas korzystania z Serwer NTP ważne jest, aby nie przeciążać urządzenia żądaniami czasu, więc sieć powinna być podzielona przez wybraną liczbę maszyn pobierających żądania od Serwer NTP (producent serwera NTP może zalecić liczbę żądań, które może obsłużyć). Te warstwy urządzeń 2 można wykorzystać jako odniesienia czasowe dla innych urządzeń (które stają się urządzeniami 3) w bardzo dużych sieciach, które następnie można wykorzystać jako odniesienia do samych siebie.

Tutaj w Galleon Systems, jeden z wiodących europejskich dostawców Serwer NTP systemy, chcielibyśmy życzyć wszystkim naszym klientom, dostawcom, a nawet naszym konkurentom Wesołych Świąt i Szczęśliwego Nowego Roku. Mamy nadzieję, że 2009 będzie udany dla wszystkich.

Dokładny czas przy użyciu zegarów atomowych jest dostępny w Wielkiej Brytanii i częściach północnej Europy za pomocą MSF Sygnał czasu zegara Atomowego transmitowany z Cumbrii, Wielka Brytania; zapewnia synchronizację czasu na komputerach i innych urządzeniach elektrycznych.

Sygnał UK MSF jest obsługiwany przez NPL - Krajowe Laboratorium Fizyczne. MSF ma wysoką moc nadajnika (50,000 wat), bardzo wydajną antenę i wyjątkowo niską częstotliwość (60,000 Hz). Dla porównania typowa stacja radiowa AM nadaje na częstotliwości 1,000,000 Hz. Połączenie dużej mocy i niskiej częstotliwości powoduje, że fale radiowe z MSF są odbijane, a ta pojedyncza stacja może zatem obejmować większość Wielkiej Brytanii i niektórych kontynentalnej Europy.

Kody czasowe są wysyłane z MSF przy użyciu jednego z najprostszych systemów i przy bardzo niskiej szybkości transmisji danych z jednego bitu na sekundę. Sygnał 60,000 Hz jest zawsze przesyłany, ale co sekundę jest znacznie zredukowany w mocy przez okres 0.2, 0.5 lub 0.8 sekund: • 0.2 sekund zredukowanej mocy oznacza binarne zero • 0.5 sekund zredukowanej mocy jest binarną. • 0.8 sekund zredukowanej mocy jest separatorem. Kod czasu jest wysyłany w BCD (Binary Coded Decimal) i wskazuje minuty, godziny, dzień roku i rok, wraz z informacją o czasie letnim i latach przestępnych.

Czas jest przesyłany za pomocą bitów 53 i separatorów 7, a zatem potrzeba 60 sekund na przesłanie. Zegar lub zegarek może zawierać bardzo małą i stosunkowo prostą antenę i odbiornik do dekodowania informacji w sygnale i dokładnego ustawienia czasu zegara. Wszystko, co musisz zrobić, to ustawić strefę czasową, a zegar atomowy wyświetli prawidłową godzinę.

Dedykowane serwery czasu które są dostrojone do odbioru sygnału czasu MSF są dostępne. Urządzenia te łączą się z siecią komputerową, tak jak każdy inny serwer, tylko te odbierają sygnał taktowania i dystrybuują go do innych maszyn w sieci za pomocą NTP (Network Time Protocol).

Aby odbierać i dystrybuować i uwierzytelniać źródło czasu UTC, istnieją obecnie dwa typy NTP serwer, Serwer NTP GPS oraz radiowy serwer NTP. Chociaż oba te systemy rozpowszechniają UTC w identyczny sposób, różnią się sposobem otrzymywania informacji o taktowaniu.

A NTP serwer czasu GPS jest idealnym źródłem czasu i częstotliwości, ponieważ może zapewnić bardzo dokładny czas w dowolnym miejscu na świecie przy użyciu stosunkowo tanich komponentów. Każdy satelita GPS transmituje na dwóch częstotliwościach L2 do użytku wojskowego i L1 do użytku przez cywilów transmitowanych na 1575 MHz, tanie anteny GPS i odbiorniki są teraz szeroko dostępne.

Sygnał radiowy nadawany przez satelitę mogą przejść przez okna, ale może być blokowany przez budynki więc idealnym miejscem dla anteny GPS jest na dachu z dobrym widokiem nieba. Im więcej satelitów może otrzymać z lepszym sygnałem. Jednak anteny dachowej może być skłonny do strajków oświetlenia lub innych przepięć tak tłumik jest wysoce zalecane jest zainstalowany na kablu inline GPS.

Istotny jest również kabel między anteną GPS a odbiornikiem. Maksymalna odległość, jaką może prowadzić kabel, to zwykle tylko mierniki 20-30, ale kabel koncentryczny wysokiej jakości połączony ze wzmacniaczem GPS umieszczonym w linii, aby zwiększyć wzmocnienie anteny, może przekroczyć przebiegi kabli 100. Może to spowodować trudności w instalacji w większych budynkach, jeśli serwer znajduje się zbyt daleko od anteny.

Alternatywnym rozwiązaniem jest użycie radiotelefonu Serwer czasu NTP. Polegają one na liczbie krajowych transmisji radiowych o czasie i częstotliwościach, które transmitowały czas UTC. W Wielkiej Brytanii sygnał (zwany MSF) jest nadawany przez Krajowe Laboratorium Fizyki w Cumbrii, która służy jako krajowe odniesienie czasowe w Zjednoczonym Królestwie, istnieją również podobne systemy w USA (WWVB) oraz we Francji, Niemczech i Japonii.

Radio oparte Serwer NTP zwykle składa się z serwera czasu montowanego w szafie i anteny, składającej się z listwy ferrytowej wewnątrz plastikowej obudowy, która odbiera transmisję czasu i częstotliwości radiowej. Zawsze powinien być montowany poziomo pod kątem prostym w kierunku przekładni, aby uzyskać optymalną siłę sygnału. Dane są wysyłane impulsowo, 60 na sekundę. Sygnały te zapewniają czas UTC z dokładnością do mikrosekund 100, jednak sygnał radiowy ma skończony zakres i jest podatny na zakłócenia.

Obchody Nowego Roku będą musiały poczekać jeszcze przez sekundę w tym roku, ponieważ Międzynarodowa Służba ds. Obrotu Ziemią i Systemów Referencyjnych (IERS) zdecydowała, że ​​2008 ma dodać Leap Second.

IERS ogłosił w Paryżu w lipcu, że pozytywny skok drugi miał zostać dodany do 2008, pierwszego od grudnia X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Sekundę wprowadzono, aby zrekompensować nieprzewidywalność rotacji Ziemi i utrzymać UTC (Coordinated Universal Time) z GMT (Greenwich Meantime).

Nowa dodatkowa sekunda zostanie dodana ostatniego dnia bieżącego roku o 23 godzinach, 59 minutach i 59 sekundach Koordynowanego czasu uniwersalnego - 6: 59: 59 pm Eastern Standard Time. 33 Leap Seconds zostały dodane od 1972

Serwer NTP systemy kontrolujące synchronizację czasu w sieciach komputerowych są zarządzane przez UTC (Coordinated Universal Time). Po dodaniu dodatkowej sekundy pod koniec roku UTC zostanie automatycznie zmienione jako dodatkowa sekunda. #

Czy Serwer NTP odbiera sygnał czasu dla transmisji takich jak MSF, WWVB lub DCF lub z sieci GPS, sygnał automatycznie będzie wyświetlał komunikat "Leap Second".

Powiadomienie o skoku Drugie z Międzynarodowej Służby Obrotu Ziemi i Systemów Referencyjnych (IERS)

SERWIS INTERNATIONAL DE LA ROTATION TERRESTRE ET DES SYSTEMES DE REFERENCE

SERWIS DE LA ROTATION TERRESTRE
OBSERVATOIRE DE PARIS
61, Av. de l'Observatoire 75014 PARIS (Francja)
Tel. : 33 (0) 1 40 51 22 26
FAKS: 33 (0) 1 40 51 22 91
e-mail: services.iers@obspm.fr
https://hpiers.obspm.fr/eop-pc

Paryż, 4 Lipiec 2008

Biuletyn C 36

Do władz odpowiedzialnych za pomiar i dystrybucję czasu

KROK CZASU UTC
na 1st stycznia 2009

Dodatkowa sekunda przestępna zostanie wprowadzona pod koniec grudnia 2008.
Kolejność dat drugiego znacznika UTC będzie następująca:

2008 grudzień 31, 23h 59m 59s
2008 grudzień 31, 23h 59m 60s
2009 January 1, 0h 0m 0s

Różnica między czasem UTC a Międzynarodowym TAI dla czasu Atomowego wynosi:

od 2006 Styczeń 1, 0h UTC, do 2009 Styczeń 1 0h UTC: UTC-TAI = - 33s
od 2009 Styczeń 1, 0h UTC, do odwołania: UTC-TAI = - 34s

Sekundy skoków można wprowadzić w UTC pod koniec grudnia

A Serwer czasu GPS jest naprawdę urządzeniem komunikacyjnym. Jego celem jest otrzymanie sygnału pomiaru czasu, a następnie rozprowadzenie go między wszystkimi urządzeniami w sieci. Serwery czasu są często nazywane różnymi rzeczami sieciowy serwer czasu, GPS, serwer czasu radiowego i serwer NTP.

Większość serwerów czasu używa protokołu NTP (Network Time Protocol). Protokół NTP jest jednym z najstarszych protokołów internetowych i jest używany przez większość komputerów korzystających z serwera czasu. NTP jest często instalowany, w podstawowej formie, w większości systemów operacyjnych.

A Serwer czasu GPS, jak sugerują nazwy, otrzymuje sygnał czasowy od Sieć GPS. Satelity GPS to tak naprawdę tylko zegary na orbicie. Na pokładzie każdego satelity GPS znajduje się zegar atomowy. Bardzo precyzyjny czas od tego zegara to to, co jest transmitowane z satelity (wraz z pozycją satelity).

System nawigacji satelitarnej działa, odbierając sygnał czasu z trzech lub więcej satelitów i określając pozycję satelitów oraz czas, w jakim sygnały miały przybyć, i może dokonać triangulacji pozycji.

Serwer czasu GPS potrzebuje jeszcze mniej informacji i tylko jeden satelita jest wymagany do otrzymania odniesienia czasowego. Antena serwera czasu GPS odbierze sygnał taktowania z jednego z satelitów na orbicie 33 przez linię wzroku, więc najlepszym miejscem do zamocowania anteny jest dach.

Najbardziej oddani GPS serwery czasu NTP wymagają dobrych godzin 48, aby zlokalizować i uzyskać stabilną poprawkę na satelicie, ale gdy już to się zdarza, rzadko dochodzi do utraty łączności.

Czas przekazany przez satelity GPS jest znany jako czas GPS i chociaż różni się od oficjalnej globalnej skali czasowej UTC (Coordinated Universal Time), ponieważ oba są oparte na czasie atomowym (TAI), czas GPS jest łatwo konwertowany przez NTP.

Serwer czasu GPS jest często określany jako urządzenie 1 NTP, a urządzenie 2 to urządzenie, które odbiera czas z serwera czasu GPS. Stratum 2 i warstwy 3 mogą być również wykorzystywane jako serwery czasu, w ten sposób pojedynczy serwer czasu GPS może działać jako źródło taktowania dla nieograniczonej liczby komputerów i urządzeń, o ile hierarchia NTP jest śledzony.

Zegary atomowe są szczytem czasu przechowywania urządzeń. Nowoczesne zegary atomowe mogą zachować czas na taką dokładność, że w ciągu 100,000,000 lat (100 milionów) nie tracą nawet sekundy w czasie. Z powodu tego wysokiego poziomu dokładności zegary atomowe są podstawą światowego zasięgu czasowego.

Aby umożliwić globalną komunikację i wrażliwe na czas transakcje, takie jak kupowanie stosów i akcji, opracowano w 1972 globalną skalę czasową, opartą na czasie określonym przez zegary atomowe. Ta godzina, czas uniwersalny koordynowany (UTC) jest regulowana i kontrolowana przez Międzynarodowe Biuro Miar i Wag (BIPM), którzy używają konstelacji ponad atomowych zegarów 230 z laboratoriów 65 na całym świecie, aby zapewnić wysoki poziom dokładności.

Zegary atomowe opierają się na podstawowych właściwościach atomu, znanych jako mechanika kwantowa. Mechanika kwantowa sugeruje, że elektron (cząsteczka naładowana ujemnie), który krąży wokół jądra atomu, może istnieć na różnych poziomach lub na płaszczyźnie orbity, zależnie od tego, czy absorbują one lub uwalniają odpowiednią ilość energii. Kiedy elektron pochłonął lub uwolnił wystarczająco dużo energii, by "przeskoczyć" na inny poziom, jest to znane jako skok kwantowy.

Częstotliwość między tymi dwoma stanami energetycznymi jest tym, co służy do utrzymywania czasu. Większość zegarów atomowych opiera się na atomie cezu, który ma okresy 9,192,631,770 promieniowania odpowiadające przejściu między dwoma poziomami. Ze względu na dokładność zegarów cezowych, BIPM uważa teraz, że sekundę należy zdefiniować jako cykl 9,192,631,770 atomu cezu.

Zegary atomowe są używane w tysiącach różnych aplikacji, w których niezbędny jest precyzyjny pomiar czasu. Komunikacja satelitarna, kontrola ruchu lotniczego, handel internetowy i GPs wymagają zegarów atomowych, aby zatrzymać czas. Zegary atomowe mogą być również wykorzystywane jako metoda synchronizacja sieci komputerowych.

Sieć komputerowa używająca Serwer czasu NTP może wykorzystywać transmisję radiową lub sygnały nadawane przez satelity GPS (Global Positioning System) jako źródło taktowania. Program NTP (lub demon) zapewni, że wszystkie urządzenia w tej sieci zostaną zsynchronizowane z czasem określonym przez zegar atomowy.

Używając a Serwer NTP zsynchronizowany z zegarem atomowym, sieć komputerowa może uruchomić identyczny, skoordynowany czas uniwersalny, co inne sieci, co umożliwia dokonywanie transakcji o znaczeniu czasowym z całego świata.

NTP (Network Time Protocol) to najczęściej używany protokół synchronizacji czasu w Internecie. Powodem jego sukcesu jest to, że jest elastyczny i bardzo dokładny (a także wolny). Protokół NTP jest również zorganizowany w hierarchiczną strukturę, która umożliwia tysiącom maszyn odbieranie sygnału taktowania z zaledwie jednego urządzenia Serwer NTP.

Oczywiście, jeśli tysiąc maszyn w sieci spróbuje odebrać sygnał taktowania z serwera NTP w tym samym czasie, sieć stanie się wąskim gardłem, a serwer NTP stanie się bezużyteczny.

Z tego powodu istnieje drzewo warstw NTP. U góry drzewa znajduje się serwer czasu NTP, który jest warstwowym urządzeniem 1 (urządzenie 0 to zegar atomowy, z którego serwer otrzymuje swój czas). Poniżej Serwer NTPkilka serwerów lub komputerów otrzymuje informacje o taktowaniu z urządzenia 1. Te zaufane urządzenia stają się warstwowymi serwerami 2, które z kolei dystrybuują swoje informacje o taktowaniu do innej warstwy komputerów lub serwerów. Stają się wtedy urządzeniami 3, które z kolei mogą dystrybuować informacje o taktowaniu na niższe warstwy (warstwa 4, warstwa 5 itp.).

We wszystkich NTP można obsługiwać do dziewięciu poziomów warstw, chociaż im dalej od pierwotnego urządzenia 1 warstwy, tym mniej dokładna jest synchronizacja. Przykład konfiguracji hierarchii NTP można znaleźć tutaj drzewo warstwowe