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.

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.

Niezależnie od tego, gdzie jesteśmy na świecie, wszyscy musimy znać czas w którymś momencie dnia, ale gdy każdy dzień trwa tyle samo czasu bez względu na to, gdzie jesteś na Ziemi, ta sama skala czasowa nie jest używana globalnie.

Niepraktyczność Australijczyków, którzy muszą się obudzić w 17.00 lub w Stanach Zjednoczonych, którzy muszą rozpocząć pracę w 14.00, wykluczałaby proces o jeden okres czasu, chociaż pomysł ten został omówiony, gdy Greenwich został nazwany oficjalnym południkiem głównym (oficjalnie oficjalnym dateline). dla świata jakieś 125 lata temu.

Chociaż idea globalnej skali czasu została odrzucona z powyższych powodów, później uznano, że podłużne linie 24 podzieliłyby świat na różne strefy czasowe. Będą one emanować z GMT, a te z przeciwnej strony planety będą wynosić + 12 godzin.

Jednak dzięki 1970 wzrost globalnej komunikacji oznaczał, że uniwersalna skala czasu została ostatecznie przyjęta i jest nadal w powszechnym użyciu, mimo że wielu ludzi nigdy o niej nie słyszało.

UTC, Coordinated Universal Time, opiera się na GMT (Greenwich Meantime), ale jest utrzymywany przez konstelację zegarów atomowych. Uwzględnia on również zmiany w obrocie Ziemi z dodatkowymi sekundami znanymi jako "sekundy przestępne" dodawane raz dwa razy w roku, aby przeciwdziałać spowolnieniu ziemskiego spinu wywołanego siłami grawitacyjnymi i pływowymi.

Podczas gdy większość ludzi nigdy nie słyszała o UTC lub używała go bezpośrednio, jego wpływ na nasze życie był niezaprzeczalny w sieciach komputerowych, zsynchronizowanych z UTC przez Serwery czasu NTP (Network Time Protocol).

Bez tej synchronizacji do jednej skali czasowej wiele technologii i aplikacji, które bierzemy dzisiaj za pewnik, byłoby niemożliwe. Wszystko, od globalnego handlu akcjami i udziałami, poprzez zakupy internetowe, pocztę e-mail i sieci społecznościowe, jest możliwe tylko dzięki UTC i sieciom Serwer czasu NTP.

Sygnał DCF 77 jest transmisją długofalową z częstotliwością 77 KHz z Frankfurtu w Niemczech. DCF-77 jest transmitowany przez Physikalisch-Technische Bundesanstalt, niemieckie krajowe laboratorium fizyki.

DCF-77 jest dokładnym źródłem czasu UTC i jest generowany przez zegary atomowe, które zapewniają jego precyzję. DCF-77 jest przydatnym źródłem czasu, który można zastosować w całej Europie dzięki technologiom wymagającym dokładnego odniesienia do czasu.

Sterowane radiowo zegary i Sieć serwerów czasu odbiera sygnał czasu, a w przypadku serwerów czasu rozpowszechnia ten sygnał czasu w sieci komputerowej. Większość sieci komputerowych wykorzystuje NTP do dystrybucji sygnału czasu DCF 77.

Istnieją zalety korzystania z sygnału takiego jak DCF do synchronizacji czasu. DCF jest falą długą i dlatego jest podatny na zakłócenia ze strony innych urządzeń elektrycznych, ale może przeniknąć do budynków, które dają sygnał DCF przewagę nad innym powszechnie dostępnym czasem UTC - GPS (Global Positioning System) - który wymaga otwartego widoku niebo, aby odbierać transmisje satelitarne.

Inne sygnały radiowe o długich falach są dostępne w innych krajach, które są podobne do DCF-77. W Wielkiej Brytanii sygnał MSF-60 jest nadawany przez NPL (National Physical Laboratory) z Cumbrii, podczas gdy w USA NIST (National Institute of Standards and Time) transmituje sygnał WVBB z Boulder w stanie Kolorado.

Serwery czasu NTP są skuteczną metodą odbierania tych transmisji długofalowych, a następnie wykorzystują kod czasowy jako źródło synchronizacji. Serwerów NTP może odbierać DCF, MSF i WVBB, a także wiele z nich również może odbierać sygnał GPS.

Od pierwszych dni rewolucji przemysłowej, kiedy linie kolejowe i telegraf rozciągały się w różnych strefach czasowych, okazało się, że potrzebna jest globalna skala czasowa, która pozwoliłaby na wykorzystanie tego samego czasu bez względu na to, gdzie byłabyś na świecie.

Pierwsza próba na globalną skalę czasową GMT - Greenwich Meantime. Zostało to oparte na południku Greenwich, gdzie słońce jest bezpośrednio powyżej 12 w południe. GMT został wybrany, głównie ze względu na wpływ brytyjskiego imperium na resztę świata.

Inne czasy zostały opracowane, takie jak British Railway Time, ale GMT był po raz pierwszy prawdziwie globalny system czasu był używany na całym świecie.

GMT pozostał w skali globalnej przez pierwszą połowę XX wieku, chociaż ludzie zaczęli odnosić się do UT (Universal Time).

Jednakże, kiedy zegary atomowe zostały opracowane w połowie XX wieku, wkrótce stało się jasne, że GMT nie było wystarczająco dokładne. Aby przedstawić te nowe dokładne chronometry, potrzebna była globalna skala czasowa oparta na czasie określonym przez zegary atomowe.

W tym celu opracowano Międzynarodowy Czas Atomowy (TAI), ale wkrótce pojawiły się problemy z wykorzystaniem zegarów atomowych.

Uważano, że rewolucja ziemska na jego osi była dokładnie 24 godzin. Ale dzięki zegarom atomowym odkryto, że obrót Ziemi jest różny i odkąd 1970 zwalnia. To spowolnienie obrotu Ziemi wymagało wyjaśnienia, w przeciwnym razie rozbieżności mogły narastać, a noc powoli dryfowałaby do dnia dzisiejszego (choć w ciągu wielu tysiącleci).

Coordinated Universal Time został opracowany, aby temu przeciwdziałać. Oparte na obu TAI i GMT, UTC pozwala na spowolnienie obrotu Ziemi poprzez dodanie sekund przestępnych co roku lub dwa (a czasami dwa razy w roku).

UTC jest teraz prawdziwie globalną skalą czasową i jest adoptowane przez narody i technologie na całym świecie. Sieci komputerowe są zsynchronizowane z UTC za pośrednictwem Sieć serwerów czasu i używają protokołu NTP w celu zapewnienia dokładności.

Zegary atomowe są cudem w porównaniu z innymi formami chronometrażystów. Przerwanie czasu atomowego zajęłoby 100,000 lata, co jest oszałamiające, szczególnie gdy porównamy go do zegarów cyfrowych i mechanicznych, które mogą dryfować w ciągu dnia.

Ale zegary atomowe nie są praktycznymi elementami wyposażenia, które można mieć w biurze lub w domu. Są nieporęczne, drogie i wymagają warunków laboratoryjnych do skutecznego działania. Ale korzystanie z zegara atomowego jest dość proste, szczególnie jak pilnujący czasu atomowego NIST (Narodowy Instytut Standardów i Czasu) i NPL (Narodowe Laboratorium Fizyczne) transmituje czas, o którym mówią zegary atomowe w krótkofalowym radiu.

NIST transmituje swój sygnał, znany jako WWVB z Boulder, Colorado i jest nadawany na wyjątkowo niskiej częstotliwości (60,000 Hz). Fale radiowe ze stacji WWVB mogą obejmować wszystkie kontynenty Stanów Zjednoczonych oraz dużą część Kanady i Ameryki Środkowej.

Sygnał NPL jest nadawany w Cumbrii w Wielkiej Brytanii i transmitowany jest na podobnych częstotliwościach. Ten sygnał, znany jako MSF, jest dostępny w większości krajów w Wielkiej Brytanii, a podobne systemy są dostępne w innych krajach, takich jak Niemcy, Japonia i Szwajcaria.

Sterowane radiowo zegary atomowe odbierają sygnały o długich falach i korygują się zgodnie z dryftem wykrytym przez zegar. Sieci komputerowe wykorzystują również te sygnały zegarów atomowych i używają protokołu NTP (Network Time Protocol) i dedykowany Serwery czasu NTP do synchronizacji setek i tysięcy różnych komputerów.

Jeden z najbardziej na świecie dokładne zegary atomowe ma zostać uruchomiona na orbicie i przyłączona do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) dzięki umowie podpisanej przez francuską agencję kosmiczną.

Zegar atomowy PHARAO (Projet d'Horloge Atomique par Refroidissement d'Atomes en Orbite) jest przymocowany do ISS w celu dokładniejszego zbadania teorii względności Einsteina oraz zwiększenia dokładności skoordynowanego czasu uniwersalnego (UTC) wśród innych eksperymentów geodezyjnych.

PHARAO to zegar atomowy cez nowej generacji z dokładnością odpowiadającą mniej niż sekundowemu dryfowi co 300,000 lat. PHARAO ma zostać uruchomiony przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) w 2013.

Zegary atomowe są najdokładniejszymi urządzeniami do mierzenia czasu dostępnymi dla ludzkości, ale są podatne na zmiany siły przyciągania grawitacyjnego, zgodnie z przewidywaniami teorii Einsteina, ponieważ sam czas jest przesunięty przez przyciąganie Ziemi. Umieszczenie tego dokładnego zegara atomowego na orbicie zmniejsza wpływ grawitacji ziemskiej, dzięki czemu PHARAO może być dokładniejszy niż zegar oparty na Ziemi.

Kompletujemy wszystkie dokumenty (wymagana jest kopia paszportu i 4 zdjęcia) potrzebne do zegary atomowe nie są nowicjuszami na orbicie, jak wiele satelitów; w tym sieć GPS (Global Positioning System) zawiera zegary atomowe, jednak PHARAO będzie jednym z najdokładniejszych zegarów, jakie kiedykolwiek pojawiły się w kosmosie, dzięki czemu można go wykorzystać do znacznie bardziej szczegółowej analizy.

Zegary atomowe istnieją od czasów 1960-ów, ale ich rosnący rozwój utorował drogę dla coraz bardziej zaawansowanych technologii. Zegary atomowe stanowią podstawę wielu nowoczesnych technologii od nawigacji satelitarnej po umożliwienie sieciom komputerowym skutecznej komunikacji na całym świecie.

Sieć komputerowa odbiera sygnały czasu z zegarów atomowych przez Serwery czasu NTP (Network Time Protocol), który może dokładnie zsynchronizować sieć komputerową w ciągu kilku milisekund UTC.

Mimo, że od ponad dwudziestu lat, obecny protokół czasu preferowanego przez większość sieci, NTP (Network Time Protocol) ma pewną konkurencję.

Obecnie NTP służy do synchronizacji sieci komputerowych za pomocą Sieć serwerów czasu (Serwerów NTP). Obecnie NTP może synchronizować sieć komputerową do kilku milisekund.

Precyzyjny protokół czasu (PTP) lub IEEE 1588 został opracowany dla lokalnych systemów wymagających bardzo wysokiej dokładności (do poziomu nano-sekundowego). Obecnie ten typ dokładności wykracza poza możliwości NTP.

PTP wymaga statku relacji master i slave w sieci. Aby zsynchronizować urządzenia za pomocą IEEE 1588 (PTP), wymagany jest dwustopniowy proces. Po pierwsze, konieczne jest określenie, które urządzenie jest urządzeniem nadrzędnym, a następnie mierzone są przesunięcia i naturalne opóźnienia w sieci. PTP wykorzystuje algorytm najlepszego zegara głównego (BMC), aby ustalić, który zegar w sieci jest najbardziej dokładny i staje się wzorcem, podczas gdy wszystkie inne zegary stają się urządzeniami podrzędnymi i synchronizowane z tym wzorcem.

IEEE (Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników) opisuje IEEE 1588 lub (PTP) jako zaprojektowane, aby "wypełnić niszę, która nie jest dobrze obsługiwana przez jeden z dwóch dominujących protokołów, NTP i GPS. IEEE 1588 jest przeznaczony do lokalnych systemów, które wymagają bardzo dużych dokładności poza tymi, które można uzyskać za pomocą NTP. Jest również przeznaczony dla aplikacji, które nie mogą ponosić kosztów odbiornika GPS w każdym węźle lub dla których sygnały GPS są niedostępne. "(Cytowane w Wikipedia)

PTP może zapewnić dokładność do kilku nanosekund, ale tego typu dokładność nie jest wymagana przez większość użytkowników sieci, jednak docelowym zastosowaniem PTP wydaje się być mobilna łączność szerokopasmowa i inne technologie mobilne, ponieważ PTP obsługuje informacje o czasie, używane przez funkcje raportowania rozliczeń i poziomu usług w sieciach komórkowych.

Od zegarków na rękę do zegary atomowe i serwery czasu NTPzrozumienie czasu stało się kluczowe dla wielu nowoczesnych technologii, takich jak nawigacja satelitarna i globalna komunikacja.

Od czasu rozszerzenia do skutków grawitacji na czas, czas ma wiele dziwnych i cudownych aspektów, które naukowcy dopiero zaczynają rozumieć i wykorzystywać. Oto kilka interesujących, dziwnych i niezwykłych faktów na temat czasu:

• Czas nie jest oddzielony od przestrzeni, czas to, co Einstein nazwał czterowymiarowym czasoprzestrzenią. Czas spoczynku może zostać wypaczony przez grawitację, co oznacza, że ​​czas spowalnia większy wpływ grawitacyjny. Dzięki zegary atomoweczas na ziemi można zmierzyć w każdym kolejnym calu nad powierzchnią ziemi. Oznacza to, że stopy każdego ciała są młodsze od głowy, ponieważ czas płynie wolniej, a niżej do ziemi, którą dostajesz.

• Czas zależy również od prędkości. Jedyną stałą we wszechświecie jest prędkość światła (w próżni), która jest zawsze taka sama. Ze względu na słynne teorie względności Einsteina, każdy podróżujący z prędkością bliską prędkości światła, podróż do obserwatora, który zajęłoby tysiące lat, minąłby w ciągu kilku sekund. Nazywa się to dylatacją czasu.

• We współczesnej fizyce nie ma nic, co zabraniałoby podróżowania w czasie zarówno do przodu, jak i do tyłu w czasie.

• Istnieje 86400 sekund dziennie, 600,000 w ciągu tygodnia, więcej niż 2.6 milionów w miesiącu i więcej niż 31 milionów w roku. Jeśli przeżyjesz wiek 70, przeżyjesz ponad 5.5 miliarda sekund.

• Nanosekunda to jedna miliardowa część sekundy lub mniej więcej czas potrzebny, aby światło przemieściło się wokół stopy 1 (30 cm).

• Dzień nigdy nie jest dłuższy niż 24 godzin. Obrót Ziemi przyspiesza stopniowo, co oznacza, że ​​globalna skala czasowa UTC (skoordynowany czas uniwersalny) musi wynosić sekundy przestępne raz lub dwa razy w roku. Te sekundy przestępne są automatycznie rozliczane w dowolnej synchronizacji zegara, która wykorzystuje NTP (Network Time Protocol), taki jak Dedykowany serwer czasu NTP.

synchronizacja czasu ma kluczowe znaczenie dla wielu aplikacji, które obecnie wykonujemy w Internecie; bankowość internetowa, rezerwacja online, a nawet aukcje online wymagają synchronizacji czasu w sieci.

Niewykonanie odpowiedniej synchronizacji serwerów oznacza, że ​​wiele z tych aplikacji byłoby niemożliwe do osiągnięcia; rezerwacje miejsc mogą być sprzedawane więcej niż raz, niższe stawki mogą wygrać aukcje internetowe i będzie można wypłacić ci dwa razy oszczędności na życie z banku, jeśli nie mają odpowiedniej synchronizacji (nie dla banku).

Nawet sieci komputerowe, które nie są zależne od transakcji wrażliwych na czas, również muszą być odpowiednio zsynchronizowane, ponieważ wykrycie błędów lub ochrona systemu przed złośliwymi atakami może być prawie niemożliwa, jeśli znaczniki czasu różnią się na różnych komputerach w sieci. .

Wiele organizacji decyduje się na użycie serwery czasu w Internecie jako źródło UTC (Coordinated Universal Time) - globalnej skali czasu sterowanej zegarem atomowym. Chociaż istnieje wiele problemów związanych z bezpieczeństwem, takich jak pozostawienie dziury w zaporze ogniowej do komunikowania się z serwerem czasu i braku uwierzytelnienia dla protokołu synchronizacji czasu NTP (Network Time Protocol).

Jednakże, mówiąc, że wielu administratorów sieci nadal decyduje się na używanie serwerów czasu online jako źródła UTC niezależnie od wpływu na bezpieczeństwo, chociaż istnieją inne problemy, o których powinni wiedzieć administratorzy. W Internecie istnieją dwa rodzaje serwerów czasu - warstwa 1 i warstwa 2. Serwery 1 Stratum otrzymują sygnał czasu bezpośrednio z zegara atomowego, podczas gdy serwery warstwy 2 odbierają sygnał czasu z serwera warstwy 1. Większość internetowych serwerów 1 jest zamknięta - niedostępna dla większości administratorów i może występować pewien brak precyzji w korzystaniu z serwera warstwy 2.

Aby uzyskać najbardziej dokładne, bezpieczne i dokładne informacje o czasie zewnętrzne serwery czasu NTP są najlepszą opcją, ponieważ są to urządzenia XUMUMX warstwy, które mogą synchronizować setki maszyn w sieci z dokładnie tym samym czasem UTC.