System GPS jest znany większości ludzi. Wiele samochodów ma teraz w swoich samochodach urządzenie do nawigacji satelitarnej GPS, ale w Globalnym Systemie Pozycjonowania jest coś więcej niż tylko wskazanie drogi.

Global Positioning System to konstelacja ponad trzydziestu satelitów obracających się po całym świecie. Sieć satelitarna GPS została zaprojektowana tak, aby w dowolnym momencie nad głowami znajdowały się co najmniej cztery satelity - bez względu na to, gdzie jesteś na świecie.

Na pokładzie każdego satelity GPS znajduje się bardzo precyzyjny zegar atomowy, a informacje z tego zegara są wysyłane za pomocą transmisji GPS, które dzięki triangulacji (za pomocą sygnału z wielu satelitów) odbiornik nawigacji satelitarnej może ustalić swoją pozycję.

Ale te ultra precyzyjne sygnały czasowe mają inne zastosowanie, bez wiedzy wielu użytkowników systemów GPS. Ponieważ sygnały czasowe z Zegary atomowe GPS są tak precyzyjne, że są dobrym źródłem czasu na synchronizację wszelkiego rodzaju technologii - od sieci komputerowych po kamery drogowe.

Aby korzystać z sygnałów taktowania GPS, często używany jest serwer czasu GPS. Te urządzenia używają NTP (Network Time Protocol) do dystrybucji Źródło czasu GPS do wszystkich urządzeń w sieci NTP.

NTP regularnie sprawdza czas we wszystkich systemach w swojej sieci i odpowiednio je dostosowuje, jeśli dryfował do źródła oryginalnego źródła GPS.

Ponieważ GPS jest dostępny w dowolnym miejscu na świecie, zapewnia on bardzo przydatne źródło czasu dla wielu technologii i aplikacji zapewniających, że wszystko, co jest zsynchronizowane ze źródłem taktowania GPS, pozostanie tak dokładne, jak to tylko możliwe.

Pojedynczy Serwer NTP GPS potrafi zsynchronizować setki i tysiące urządzeń, w tym routery, komputery i inny sprzęt, zapewniając, że cała sieć działa idealnie skoordynowany czas.

NTP (Network Time Protocol) jest prawdopodobnie najstarszym i najczęściej używanym protokołem stosowanym przez komputery, a jednak jest prawdopodobnie najmniej zrozumiały.

NTP jest używany przez prawie wszystkie komputery, sieci i inne urządzenia, które są zaangażowane w komunikację przez Internet lub sieci wewnętrzne. Został opracowany na najwcześniejszych etapach internetu, gdy okazało się, że wymagana jest pewna metoda zapewnienia dokładności na odległość.

Protokół działa poprzez wybranie jednego źródła czasu, z którego NTP ma możliwość ustalenia dokładności i niezawodności, które następnie dystrybuuje wokół każdego urządzenia w sieci NTP.

Każde urządzenie jest regularnie sprawdzane pod kątem tego zegara referencyjnego i korygowane w przypadku zauważenia jakiegokolwiek dryfu. Wersja NTP jest teraz wdrażana z praktycznie każdym systemem operacyjnym, umożliwiając synchronizację dowolnego komputera z jednym źródłem czasu.

Oczywiście, jeśli każda sieć na świecie wybrałaby inne źródło czasu jako odniesienie, przyczyna tej synchronizacji zostałaby utracona.

Na szczęście opracowano globalną skalę czasową opartą na międzynarodowym konsorcjum zegarów atomowych w celu zapewnienia jednorazowego źródła w celu globalnej synchronizacji.

UTC (Skoordynowany czas uniwersalny) jest używany przez sieci komputerowe na całym świecie jako odniesienie czasowe, co oznacza, że ​​każde urządzenie, które jest zsynchronizowane z UTC z NTP, będzie w efekcie synchronizowane z każdą siecią wykorzystującą czas UTC jako czas UTC.

Istnieje wiele różnych metod, dzięki którym NTP może uzyskać dostęp do czasu UTC. Internet jest powszechną lokalizacją, chociaż zapewnia bezpieczeństwo i zapory. Bezpieczniejszą (i dokładniejszą) metodą jest użycie dedykowanego Serwer czasu NTP zajmuje to trochę czasu z zewnętrznych źródeł, takich jak sieć GPS (GPS działa przez nadawanie zegara czasu atomowego, który można łatwo przekształcić w UTC przez Serwer NTP).

Dzięki NTP, dedykowanemu serwerowi czasu i dostępowi do UTC można zsynchronizować całą sieć w ciągu kilku milisekund czasu uniwersalnego, zapewniając bezpieczną i dokładną sieć, która może działać w pełnej synchronizacji z innymi sieciami na całym świecie.

Zegary atomowe są bez wątpienia najdokładniejszymi fragmentami czasu na powierzchni planety. W rzeczywistości dokładność zegara atomowego nieporównywalna z jakimkolwiek innym chronometrem, zegarem czy zegarem.

Choć zegar atomowy nie straci nawet sekundy w ciągu tysięcy lat, przeciętny cyfrowy zegarek może stracić sekundę w ciągu zaledwie kilku dni, co po kilku tygodniach lub miesiącach będzie oznaczać, że zegarek działa wolno lub szybko o kilka minut.

To samo można powiedzieć o zegarze systemowym, który steruje komputerem, a jedyną różnicą jest to, że komputery polegają na czasie znacznie silniej niż my sami.

Prawie wszystko, co robi komputer, polega na sygnaturach czasowych, od zapisywania pracy, po aplikacje, debugowanie, a nawet e-maile są zależne od znaczników czasu, co może stanowić problem, jeśli zegar na komputerze działa zbyt szybko lub wolno, ponieważ często występują błędy. zwłaszcza jeśli komunikujesz się z innym komputerem lub urządzeniem.

Na szczęście większość komputerów PC jest łatwo zsynchronizowana z zegarem atomowym, co oznacza, że ​​mogą być dokładne, ponieważ te potężne urządzenia pozwalają na zachowanie czasu, więc wszelkie zadania wykonywane przez komputer mogą być w doskonałej synchronizacji z każdym urządzeniem, z którym się komunikujesz.

W większości systemów operacyjnych na komputery PC wbudowany protokół (NTP) umożliwia komunikację komputera z serwerem czasu połączonym z zegarem atomowym. W większości wersji systemu Windows jest to dostępne poprzez ustawienie daty i czasu (podwójne kliknięcie zegara w prawym dolnym rogu).

Jednak w przypadku komputerów lub sieci biznesowych, które wymagają bezpiecznej i dokładnej synchronizacji czasu, serwery czasu online są po prostu mało bezpieczne i wystarczająco dokładne, aby zapewnić, że twoja sieć nie jest podatna na wady bezpieczeństwa.

Jednakże, Serwery czasu NTP które otrzymują czas bezpośrednio z zegarów atomowych, które mogą synchronizować całe sieci. Urządzenia te otrzymują rozsyłany znacznik czasu dystrybuowany przez krajowe laboratoria fizyczne lub za pośrednictwem sieci satelitarnej GPS.

Serwerów NTP umożliwić całej sieci wszystkim dokładnie dokładnie zsynchronizowany czas, który jest tak dokładny i bezpieczny, jak to tylko możliwe.

Zegary atomowe Są to niedoceniane technologie, które zrewolucjonizowały sposób, w jaki żyjemy i pracujemy, i stworzyliśmy technologie, które bez nich byłyby niemożliwe.

Nawigacja satelitarna, telefony komórkowe, GPS, Internet, kontrola ruchu lotniczego, sygnalizacja świetlna, a nawet kamery CCTV są zależne od ultra precyzyjny pomiar czasu zegara atomowego.

Dokładność zegara atomowego jest nieporównywalna z innymi urządzeniami utrzymującymi czas, ponieważ nie dryfują nawet przez sekundę od setek tysięcy lat.

Ale zegary atomowe są dużymi wrażliwymi urządzeniami, które potrzebują zespołu doświadczonych techników i optymalnych warunków, takich jak te znajdujące się w laboratorium fizyki. Jak więc wszystkie te technologie korzystają z wysokiej precyzji zegara atomowego?

Odpowiedź jest dość prosta: kontrolery zegarów atomowych, zwykle krajowe laboratoria fizyki, nadają za pośrednictwem fal radiowych sygnały czasu, które wytwarzają ich ultra dokładne zegary.

Aby odbierać te sygnały czasu, serwery korzystające z protokołu synchronizacji czasu NTP (Network Time Protocol) są wykorzystywane do odbierania i dystrybucji tych znaczników czasu.

Serwery czasu NTP, często określane jako sieciowe serwery czasu, są bezpieczną i dokładną metodą zapewnienia, że ​​każda technologia wykonuje dokładne zegary atomowe. Te urządzenia do synchronizacji czasu mogą synchronizować pojedyncze urządzenia lub całe sieci komputerów, routerów i innych urządzeń.

Serwery NTP, które używają sygnałów GPS do odbierania czasu z satelitów z zegarem atomowym, są również powszechnie używane. Te GPS serwerów czasu NTP są tak dokładne, jak te, które otrzymują czas z laboratoriów fizyki, ale wykorzystują słabszy, liniowy sygnał GPS jako źródło.

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.

Synchronizacja ma zasadnicze znaczenie dla większości sieci komputerowych. Sygnatury czasowe są jedyną informacją, którą komputer może wykorzystać do analizy, kiedy i czy procesy lub aplikacje zostały zakończone. Zsynchronizowane znaczniki czasu mają również kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa, debugowania i rejestrowania błędów.

Niedotrzymanie odpowiedniej synchronizacji sieci może prowadzić do różnego rodzaju problemów. Aplikacje nie rozpoczynają się, transakcje wrażliwe na czas zawiodą, a błędy i utrata danych staną się powszechne.

Jednak zapewnienie synchronizacji bez względu na rozmiar sieci jest proste i nie kosztowne, dzięki dedykowanemu serwerowi czasu sieciowego i protokołowi czasu NTP.

Network Time Protocol (NTP)

NTP był nawet dłuższy niż Internet, ale jest najczęściej stosowanym protokołem synchronizacji. Usługa NTP jest bezpłatna i ułatwia synchronizację. Działa poprzez pobranie jednorazowego źródła (lub wielu) i rozprowadzenie go w sieci. Utrzyma wysoki poziom dokładności nawet wtedy, gdy utraci pierwotny sygnał czasu i będzie mógł ocenić, jak dokładny jest każdy punkt odniesienia.

Serwer czasu NTP

Są one w różnych formach. Po pierwsze, istnieje wiele wirtualnych serwerów czasu w całym Internecie, które dystrybuują czas bezpłatnie. Jednakże, ponieważ są one oparte na Internecie, sieć podejmuje ryzyko, pozostawiając otwarty port firewall dla tej komunikacji w czasie. Ponadto nie ma kontroli nad sygnałem czasu, więc jeśli zostanie obniżony (lub stanie się niestabilny lub całkowicie niedokładny), twoja sieć może pozostać bez odpowiedniej synchronizacji.

Dedykowane Serwery czasu NTP użyj GPS lub radia, aby otrzymać czas. Jest to o wiele bezpieczniejsze, podobnie jak sygnały GPS i radiowe, takie jak WWVB (od NIST) są generowane przez zegary atomowe tam dokładność nie ma sobie równych.

Ponieważ protokół NTP jest hierarchiczny, oznacza to również, że tylko jeden dedykowany serwer czasu musi być używany w sieci, bez względu na rozmiar, ponieważ inne urządzenia w sieci mogą działać jako serwery czasu po uzyskaniu czasu od podstawowego Serwer NTP.

. 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.