Som med fremskridtet af computerteknologi, der tilsyneladende eksponentielt øges i evnen hvert år, synes atomblocks også at stige dramatisk i deres nøjagtighed år efter år.

Nu, disse pionerer af atomur teknologi, USA's National Institute of Standards Time (NIST), har meddelt, at de har formået at producere en atomur med nøjagtighed dobbelt så mange gange som tidligere.

Uret er baseret i et enkelt aluminiumatom, og NIST hævder, at det kan forblive nøjagtigt uden at tabe et sekund i løbet af 3.7 milliarder år (omtrent den samme tid, som livet har eksisteret jorden).

Det forrige mest præcise ur blev udtænkt af den tyske fysikalske-tekniske Bundesanstalt (PTB) og var et optisk ur baseret på et strontiumatom og var nøjagtigt til et sekund på over en milliard år. Denne nye atomur af NIST er også et optisk ur, men er baseret på aluminiumatomer, hvilket ifølge NISTs forskning med dette ur er langt mere præcist.

Optiske ure bruger lasere til at holde atomer stadig og adskiller sig fra de traditionelle atomure, der bruges af computernetværk ved hjælp af NTP-servere (Network Time Protocol) og andre teknologier, der er baseret på springvandsklokke. Ikke kun bruger disse traditionelle springvandsklokke cæsium som deres tidsholdende atom, men i stedet for lasere bruger de superkølede væsker og støvsuger til at styre atomerne.

Takket være arbejdet hos NIST, PTB og UK NPL (Nationale Fysiske Laboratorier) atomklokker fortsætter eksponentielt, men disse nye optiske atomure baseret på atomer som aluminium, kviksølv og strontium er langt fra at blive anvendt som grundlag for UTC (Koordineret universeltid).

UTC styres af en konstellation af cæsium springvandsklokke, som samtidig er nøjagtige til et sekund i 100,000 år langt mindre præcise end disse optiske ure og er baseret på teknologi over halvtreds år gammel. Og desværre, indtil verdens videnskabelige samfund kan blive enige om et atom- og urdesign, der skal bruges internationalt, vil disse præcise atomure kun forblive en videnskab for det videnskabelige samfund.

Præcision bliver stadig vigtigere i moderne teknologier og ikke mere end nøjagtighed i tiden. Fra internettet til satellitnavigering er præcis og præcis synkronitet afgørende i den moderne tidsalder.

Faktisk vil mange af de teknologier, som vi tager for givet i dagens verden, ikke være muligt, hvis det ikke var for de mest præcise maskiner, der opfandt - den atomur.

Atomsklokke er bare timekeeping enheder som andre ure eller ure. Men hvad står dem adskilt fra er den nøjagtighed, de kan opnå. Som et groft eksempel vil dit standardmekaniske ur, som et centralt uretårn, glide så meget som et sekund om dagen. Elektroniske ure som digitale ure eller urradioer er mere præcise. Disse typer ur kører et sekund om en uge.

Men når du sammenligner præcisionen af ​​et atomur, hvor et sekund ikke går tabt eller opnået i 100,000 år eller mere, er nøjagtigheden af ​​disse enheder uforlignelig.

Atomiske ure kan opnå denne nøjagtighed ved hjælp af de oscillatorer, de bruger. Næsten alle typer ur har en oscillator. Generelt er en oscillator kun et kredsløb, der regelmæssigt rammer.

Mekaniske ure bruger pendler og fjedre til at give en regelmæssig svingning, mens elektroniske ure har en krystal (normalt kvarts), at når en elektrisk strøm gennemføres, giver en præcis rytme.

Atomiske ure bruger oscillationen af ​​atomer under forskellige energitilstand. Ofte anvendes cæsium 133 (og undertiden rubidium), da den hyperfine overgangssvingning er over 9 milliarder gange et sekund (9,192,631,770), og det ændrer aldrig. Faktisk er det International System of Units (SI) hilser nu officielt et sekund i tiden som 9,192,631,770 cyklusser af stråling fra cæsiumatomet.

Atomiske ure udgør grundlaget for verdens globale tidsplan - UTC (Koordineret Universal Time). Og computernetværk over hele verden forbliver synkroniseret ved at bruge tidssignaler udsendt af atomur og afhentet på NTP tid servere (Network Time Server).

Vi stoler alle på tiden for at holde vores dage planlagt. Armbåndsure, vægure og endda dvd-afspilleren fortæller os det hele, men det er i øvrigt ikke tilstrækkeligt nok, især når tiden skal synkroniseres.

Der er mange teknologier, der kræver ekstremt præcis præcision mellem systemer, fra satellitnavigation til mange internetapplikationer, præcis tid bliver stadig vigtigere.

Det er imidlertid ikke altid ligefrem at opnå præcision, især i moderne computernetværk. Mens alle computersystemer har indbyggede ure, er disse ikke præcise tidstykker, men standard krystaloscillatorer, den samme teknologi, der anvendes i andre elektroniske ure.

Problemet med at stole på systemklokker som dette er, at de er tilbøjelige til at drive og på et netværk bestående af hundreder eller tusindvis af maskiner, hvis urene kører i en anden hastighed - kaos kan snart følge. Emails modtages, før de sendes, og tidskritiske applikationer fejler.

Atomiske ure er de mest præcise tidstykker rundt, men disse er laboratorieværktøjer i stor skala og er upraktiske (og meget dyre), der skal bruges af computernetværk.

Men fysik laboratorier som den nordamerikanske NIST (National Institute of Standards and Time) har atomklokke, som de sender tidssignaler fra. Disse tidssignaler kan bruges af computernetværk med henblik på synkronisering.

I Nordamerika kaldes den NIST-udsendte tidskode wwvb og sendes ud af Boulder, Colorado på langbølge på 60Hz. Tidskoden indeholder år, dag, time, minut, sekund, og som det er en kilde til UTC, er der nogen spring sekunder, der tilføjes for at sikre paritet med jordens rotation.

Modtagelse af WWVB-signalet og brug af det til at synkronisere et computernetværk er nemt at gøre. Radio reference netværk tidsservere kan modtage denne udsendelse i hele Nordamerika og ved hjælp af protokollen NTP (Network Time Protocol).

En dedikeret NTP tidsserver der kan modtage WWVB-signalet, kan synkronisere hundredvis og endda tusindvis af forskellige enheder til WWVB-signalet, der sikrer, at hver enkelt er inden for et par millisekunder af UTC.

Atomiske ure er det ultimative inden for timekeeping enheder. Deres nøjagtighed er utroligt, da et atomur ikke vil glide med så meget som et sekund inden for en million år, og når det sammenlignes med de næste bedste chronometre, som f.eks. Et elektronisk ur, der kan køre med et sekund om en uge, en atomur er utrolig mere præcis.

Atomiske ure anvendes verden over og er hjertet i mange moderne teknologier, der gør det muligt for en lang række applikationer, som vi tager for givet. Internethandel, satellitnavigering, flyvekontrol og international bank er alle brancher, der er afhængige af

De styrer også verdens tidsplan, UTC (Koordineret Universal Time), som holdes sande ved en konstellation af disse ure (selv om UTC skal justeres for at imødekomme forsinkelsen af ​​jordens spin ved at tilføje spring sekunder).

Computernetværk skal ofte køres synkroniseret til UTC. Denne synkronisering er afgørende i netværk, der udfører tidsfølsomme transaktioner eller kræver et højt sikkerhedsniveau.

Et computernetværk uden tilstrækkelig tidssynkronisering kan forårsage mange problemer, herunder:

Tab af data

• Vanskeligheder ved at identificere og logge fejl
• Øget risiko for sikkerhedsbrud.
• Kan ikke foretage tidsfølsomme transaktioner

Af disse grunde skal mange computernetværk synkroniseres til en kilde til UTC og opbevares så nøjagtige som muligt. Og selv om atomur er store voluminøse enheder, der holdes inden for rammerne af fysiklaboratorier, er det meget nemt at bruge dem som en kilde til tid.

Network Time Protocol (NTP) er en softwareprotokol designet udelukkende til synkronisering af netværk og computersystemer og ved hjælp af a dedikeret NTP-server tiden fra et atomur kan modtages af tidsserveren og distribueres rundt om netværket ved hjælp af NTP.

NTP-servere brug radiofrekvenser og mere almindeligt GPS-satellitsignalerne til at modtage atomurets timingssignaler, som derefter spredes over hele netværket med NTP regelmæssigt at justere hver enhed for at sikre, at den er så nøjagtig som muligt.

Brugere af det nationale fysiske laboratoriums (NPL) MSF-tid og frekvenssignal er sikkert klar over, at signalet lejlighedsvis tages ud i luften til planlagt vedligeholdelse.

NPL har offentliggjort der planlagt vedligeholdelse for 2010, hvor signalet midlertidigt bliver taget udenfor. Normalt varer de planlagte nedetider i mindre end fire timer, men brugerne skal være opmærksomme på, at mens NPL og VT Communications, som servicerer antennen, gør alt for at sikre, at senderen er slukket i en kort tid som muligt, kan der være forsinkelser .

Og mens NPL ser ud til at sikre, at alle brugere af MSF-signalet har en avanceret advarsel om mulige udbrud, kan nødreparationer og andre problemer føre til unscheduled outages. Enhver bruger, der modtager problemer, der modtager MSF-signalet, bør kontrollere NPL hjemmeside i tilfælde af unscheduled vedligeholdelse, før du kontakter din tidsserver sælger.

Dato og tid for de planlagte vedligeholdelsesperioder for 2010 er som følger:

* 11 marts 2010 fra 10: 00 UTC til 14: 00 UTC

* 10 juni 2010 fra 10: 00 BST til 14: 00 BST (UTC + 1 hr)

* 9 September 2010 fra 10: 00 BST til 14: 00 BST (UTC + 1 hr)

* 9 December 2010 fra 10: 00 UTC til 14: 00 UTC

Da disse planlagte afbrydelser ikke bør tage mere end fire timer, bør brugere af MSF-refererede tidsservere ikke mærke nogen frafald i nøjagtigheden af ​​deres netværk, da de ikke bør være tilstrækkelig tid til, at enheden kan drifte.

Men for de brugere, der er bekymret for nøjagtighed eller kræver en NTP tidsserver (Network Time Server), der ikke giver anledning til regelmæssige udfald, kan de overveje at investere i en GPS tidsserver.

GPS-tidsservere modtager tiden fra de omløbende navigationssatellitter. Da disse er tilgængelige overalt på kloden og signalerne aldrig er nede for udfald, kan de give et konstant, præcist tidssignal (GPS-tid er ikke den samme som UTC, men kan nemt konverteres af NTP, da det er nøjagtigt 17 sekunder bagpå på grund af spring sekunder tilføjes til UTC og ikke GPS).

Synkronisering af moderne computernetværk er afgørende for mange forskellige grunde, og takket være tidsprotokollen NTP (Network Time Protocol) dette er relativt ligetil.

NTP er en algoritmisk protokol, der analyserer tiden på forskellige computere og sammenligner den med en enkelt tidsreference og justerer hvert ur for drift for at sikre synkronisering med tidskilden. NTP er så i stand til denne opgave at et netværk synkroniseret ved hjælp af protokollen realistisk kan opnå millisekundens nøjagtighed.

Valg af tidskilde

Når det drejer sig om at etablere en tidsreference, er der virkelig ikke noget alternativ end at finde en kilde til UTC (Koordineret Universal Time). UTC er den globale tidsskala, der anvendes over hele verden som en enkelt tidsskala af computernetværk. UTC holdes nøjagtig ved en konstellation af atomur i hele verden.

Synkroniserer til UTC

Den mest grundlæggende metode til at modtage en UTC Time-kilde er at bruge en stratum 2 internet tidsserver. Disse anses for at være stratum 2, da de distribuerer tiden efter først at modtage den fra a NTP-server (stratum 1), der er forbundet til et atomur (stratum 0). Desværre er dette ikke den mest nøjagtige metode til at modtage UTC på grund af afstanden dataene skal rejse fra vært til klienten.

Der er også sikkerhedsproblemer involveret i at bruge en internet stratum 2-tidskilde, da firewall UDP-porten 123 skal stå åben for at modtage tidskoden, men denne firewallåbning kan og er blevet udnyttet af ondsindede brugere.

Dedikerede NTP-servere

Dedikerede NTP-tidsservere, der ofte omtales som netværkstidsservere, er den mest nøjagtige og sikre metode til at synkronisere et computernetværk. De opererer eksternt til netværket, så der er ingen firewall problemer. Disse stratum 1-enheder modtager UTC-tiden direkte fra en atomurkilde ved enten langbølge-radiotransmissioner eller GPS-netværk (Globalt positionerings system). Selv om dette kræver en antenne, som i tilfælde af GPS skal placeres på et tag, vil tidsserveren automatisk synkronisere hundreder og faktisk tusindvis af forskellige enheder på netværket.

Nøjagtig tidtagning hvis det ofte overses som en prioritet for netværksadministratorer, risikerer mange imidlertid både sikkerhed og datatab ved ikke at sikre, at deres netværk synkroniseres så præcist som muligt.

Computere har deres egne hardware ure, men det er ofte bare enkle elektroniske oscillatorer, som findes i digitale ure, og desværre er disse systemklokke tilbøjelige til at drive, ofte med så mange som flere sekunder om ugen.

At køre forskellige maskiner på et netværk, der har forskellige tidspunkter - selv om kun få sekunder - kan forårsage kaos, da så mange computeropgaver er afhængige af tiden. Tid, i form af tidsstempler, er den eneste referencecomputer, der bruges til at skelne mellem forskellige begivenheder og manglende evne til at nøjagtigt synkronisere et netværk kan føre til alle mulige utallige problemer.

Her er nogle af hovedårsagerne til, at dit netværk skal synkroniseres med Network Time Protocol, præfasbly med a NTP tidsserver.

Data backup - vigtigt for at beskytte data i enhver virksomhed eller organisation, manglende synkronisering kan føre til ikke kun back ups fejler, men ældre versioner af filer erstatter mere moderne versioner.

Ondsindede angreb - Ligegyldigt hvor sikkert et netværk, nogen, et eller andet sted vil få adgang til dit netværk, men uden nøjagtig synkronisering kan det blive umuligt at finde ud af, hvilke kompromiser der har fundet sted, og det vil også give uautoriserede brugere ekstra tid i et netværk for at få ødelæggelse.

Fejllogging - Når fejl opstår, og de uundgåeligt gør, indeholder systemlogfilerne al information til at identificere og rette op på problemer. Men hvis systemloggene ikke synkroniseres, kan det nogle gange være umuligt at finde ud af, hvad der gik galt og hvornår.

Online Trading - Køb og salg på internettet er nu almindeligt, og i nogle virksomheder udføres tusindvis af online-transaktioner hvert sekund fra sædebestilling til køb af aktier og mangel på nøjagtig synkronisering kan resultere i alle mulige fejl i onlinehandel som f.eks. varer, der købes eller sælges mere end én gang.

Overholdelse og lovlighed - Mange industrielle reguleringssystemer kræver en auditerbar og præcis metode til timing. Et usynkroniseret netværk vil også være sårbart over for juridiske problemer, da det ikke kan bevises, hvor en begivenhed angiveligt har fundet sted.

Når du tælles ned på nytårsaften for at markere begyndelsen af ​​det næste år, begyndte du på 10 eller 11? De fleste revelers ville have regnet ned fra ti, men de ville have været for tidlige i år, da der blev tilføjet et ekstra sekund til sidste år - springet andet.

Spræng sekunder indføres normalt en eller to gange om året (normalt på nytårsaften og i juni) for at sikre den globale tidsplan UTC (Koordineret Universal Time) falder sammen med den astronomiske dag.

Sprang sekunder er blevet brugt siden UTC blev først implementeret, og de er et direkte resultat af vores nøjagtighed i timekeeping. Problemet er det moderne atomure er langt mere præcise timekeeping enheder end jorden selv. Det blev lagt mærke til, at atomklokker først blev udviklet, at længden af ​​en dag, en gang syntes at være nøjagtigt 24 timer, varierede.

Variationerne er forårsaget af Jordens rotation, som påvirkes af Jordens Jordens Tyngdekraft og Tidevandsstyrker, som alle minutielt sænker Jordens Drejning.

Denne rotationsbremsning, mens den kun er lille, hvis den ikke er tjekket, vil UTC-dagen snart gå ind i den astronomiske nat (om end i flere tusinde år).

Beslutningen om, hvorvidt der er brug for et andet skridt, er den internationale jordrotationstjeneste (IERS), men Leap Seconds er ikke populære hos alle, og de kan forårsage potentielle problemer, når de introduceres.

UTC bruges af NTP tid servere (Network Time Protocol) som en tidsreference til at synkronisere computernetværk og anden teknologi, og forstyrrelsen, der kan forårsage sprængs sekunder, anses for ikke at være besværet.

Men andre, som astronomer, siger, at manglende at holde UTC i tråd med den astronomiske dag ville gøre studiet af himlen næsten umuligt.

Det sidste spring andet indsat før denne var i 2005, men der har været i alt 23 sekunder tilføjet til UTC siden 1972.

Fortsatte…

Der er dog nogle gange, når en tidsserver kan miste forbindelsen med atomuret og ikke modtage tidskoden i længere tid. Nogle gange kan dette skyldes nedetid fra atomurets styreenheder til vedligeholdelse, eller at nærliggende interferens blokerer transmissionen.

Selvfølgelig jo længere signalet er nede, jo mere potentiel drift kan forekomme på netværket som krystaloscillatoren i NTP-server er det eneste der holder tid. For de fleste applikationer bør dette aldrig være et problem, da den mest forlængede periode med nedetid normalt ikke er mere end tre eller fire timer, og NTP-serveren ikke ville have drevet meget i den tid, og forekomsten af ​​denne nedetid er ret sjælden (måske en gang eller to gange om året).

For nogle ultradefinerede avancerede applikationer begynder rubidiumkrystaloscillatorer imidlertid at blive brugt, da de ikke drev så meget som kvarts. Rubidium (bruges ofte i atomure sig i stedet for cæsium) er langt mere præcis en oscillator end kvarts og giver bedre nøjagtighed for når der ikke er noget signal til en NTP tidsserver hvilket gør det muligt for netværket at opretholde en mere præcis tid.

Rubidium i sig selv er et alkalimetal, der svarer til egenskaber til kalium. Det er meget lidt radioaktivt, selvom det ikke udgør nogen risiko for menneskers sundhed (og bruges ofte til medicinsk billeddannelse ved at injicere det til en patient). Den har en halveringstid på 49 milliarder år (den tid det tager at forfalde med halvdelen - i sammenligning har nogle af de mest dødelige radioaktive materialer halveringstider på under et sekund).

Den eneste reelle fare, der skyldes rubidium er, at den reagerer ret voldsomt mod vand og kan forårsage brand

Oscillatorer har været afgørende for udviklingen af ​​ure og kronologi. Oscillatorer er kun elektroniske kredsløb, der producerer et gentagne elektroniske signal. Ofte anvendes krystaller som kvarts til at stabilisere oscillationsfrekvensen,

Oscillatorer er den primære teknologi bag elektroniske ure. Digitale ure og batteridrevne analoge klokke styres alt sammen af ​​et oscillerende kredsløb, der normalt indeholder en kvartskrystal.

Og mens elektroniske ure er mange gange mere præcise end et mekanisk ur, vil en kvartsoscillator stadig køre med et sekund eller to hver uge.

Atomiske ure selvfølgelig er langt mere præcise. De bruger dog stadig oscillatorer, oftest cæsium eller rubidium, men de gør det i en hyperfin tilstand, ofte frosne i flydende nitrogen eller helium. Disse ure i forhold til elektroniske ure vil ikke køre med endnu en million år (og med de mere moderne atomure 100 millioner år).

For at udnytte denne kronologiske nøjagtighed en netværks tidsserver, der bruger NTP (Network Time Protocol) kan bruges til at synkronisere komplette computernetværk. NTP-servere brug et tidssignal fra enten GPS eller langbølge-radio, der kommer direkte fra et atomur (i tilfælde af GPS genereres tiden i et ur ombord på GPS-satellitten).

NTP-servere Kontroller løbende denne tidskilde, og juster derefter enhederne på et netværk for at matche den pågældende tid. I mellem afstemninger (modtagelse af tidskilden) bruges en standardoscillator af tidsserveren til at holde tid. Normalt er disse oscillatorer kvarts, men fordi tidsserveren er i regelmæssig kommunikation med atomuret, siger hvert minut eller to, så er det normalt ikke en normal drift af en kvartsoscillator, da et par minutter mellem afstemninger ikke ville medføre nogen målbar drift.

Fortsættes ...