Når vi tager et kig på vores ure eller kontoruret, tager vi ofte for givet, at den tid, vi får, er korrekt. Vi kan se, om vores ure er ti minutter hurtigt eller langsomt, men vær opmærksom på, om de er et sekund eller to ud.

Men i tusindvis af år har menneskeheden stræbt efter at blive stadig mere og mere præcise ure fordelene deraf er rigelige i dag i vores alder af satellitnavigation, NTP-servere, internettet og global kommunikation.

For at forstå, hvordan præcis tid kan måles, er det først vigtigt at forstå begrebet tid selv. Tid som den er blevet målt på Jorden i årtusinder er et andet begreb til tiden selv, som som Einstein informerede os, var en del af selve universets stof i det, han beskrev som en fire-dimensionel rumtid.

Alligevel har vi historisk målt tidsbaseret ikke på tidenes forløb, men rotationen af ​​vores planet i forhold til Solen og Månen. En dag er opdelt i 24 lige dele (timer), der hver er opdelt i 60 minutter, og minut er opdelt i 60 sekunder.

Men det er nu blevet indset, at målingstiden på denne måde ikke kan betragtes som nøjagtig, da Jordens rotation varierer fra dag til dag. Alle former for variabel som tidevandsstyrker, orkaner, solvind og endog mængden af ​​sne i polerne påvirker jordens rotationshastighed. Faktisk, da dinosaurerne først begyndte at roaming jorden, ville længden af ​​en dag, som vi måler den nu, kun have været 22 timer.

Vi baserer nu vores tidsopgave på overgangen af ​​atomer ved hjælp af atomure med et sekund baseret på 9,192,631,770 perioder af strålingen udsendt af hyperfineovergangen af ​​et unioniseret cæsiumatom i jordtilstanden. Selvom det kan lyde kompliceret, er det bare en atomkryds, der aldrig ændrer sig og derfor kan give en meget præcis reference til at basere vores tid på.

Atomiske ure bruger denne atomresonans og kan holde tid, der er så præcis, at et sekund ikke går tabt i endda en milliard år. Moderne teknologier udnytter alle disse præcisioner, hvilket gør det muligt for mange af de kommunikation og globale handel, vi nyder godt af i dag, med udnyttelsen af ​​satellitnavigation, NTP-servere og flyvekontrol ændrer den måde, vi lever vores liv på.

I en alder af atomur og den NTP-server tidsopbevaring er nu mere præcis end nogensinde med stadig større præcision at have tilladt mange af de teknologier og systemer, vi nu tager for givet.

Mens timekeeping altid har været en bekymring for menneskeheden, har det kun været i de sidste par årtier, at sandt nøjagtighed har været muligt takket være fremkomsten af atomur.

Før atomtiden var elektriske oscillatorer som dem, der blev fundet i det gennemsnitlige digitale ur, det mest præcise tidsforløb, og mens elektroniske ure som disse er langt mere præcise end deres forgængere - de mekaniske ure kan de stadig køre med op til et sekund om ugen .

Men hvorfor skal tiden være så præcis, når alt kommer til alt, hvor vigtigt kan et sekund være? I den daglige drift af vores liv er et sekund ikke, at vigtige og elektroniske ure (og selv mekaniske) giver en passende tidspunkter for vores behov.

I vores daglige liv gør et sekund lidt forskel, men i mange moderne applikationer kan et sekund være en alder.

Moderne satellitnavigation er et eksempel. Disse enheder kan lokalisere et sted overalt på jorden til inden for få meter. Alligevel kan de kun gøre dette på grund af atomklokkenes ultraklare natur, der styrer systemet, da tidssignalet, der sendes fra navigationssatellitterne, bevæger sig ved lysets hastighed, som er næsten 300,000 km et sekund.

Da lyset kan rejse så langt i løbet af et sekund vil ethvert atomur, der styrer et satellitnavigationssystem, der kun var et sekund ud, ville positioneringen være unøjagtig ved tusindvis af miles, hvilket gør placeringssystemet ubrugeligt.

Der er mange andre teknologier, der kræver tilsvarende nøjagtighed og også mange af de måder, vi handler og kommunikerer. Aktier og aktier svinger op og ned hvert sekund, og global handel kræver, at alle over hele verden skal kommunikere på samme tid.

De fleste computernetværk styres ved at bruge en NTP-server (Network Time Protocol). Disse enheder tillader computernetværk til alle at bruge samme atomurbaserede tidsskala UTC (koordineret universeltid). Ved at udnytte UTC via en NTP-server kan computernetværk synkroniseres til inden for få millisekunder af hinanden.

Organisering af Strata

Stratumniveauer beskriver afstanden mellem en enhed og referenceuret. For eksempel er en atomur baseret på et fysiklaboratorium eller en GPS-satellit en stratum 0-enhed. EN stratum 1 Enheden er en tidsserver, der modtager tid fra en stratum 0 enhed, så enhver dedikeret NTP-server er stratum 1. Enheder, der modtager tiden fra tidsserveren, såsom computere og routere, er stratum 2-enheder.

NTP kan understøtte op til 16 stratum niveauer, og selvom der er en afvigelse i nøjagtighed, jo længere væk du går stratum niveauer er designet til at tillade store netværk til alle at modtage en tid fra en enkelt NTP server uden at forårsage netværksbelastning eller blokering i båndbredden .

Når der anvendes en NTP-server Det er vigtigt ikke at overbelaste enheden med tidsforespørgsler, så netværket skal opdeles med et valgt antal maskiner, der tager anmodninger fra NTP-server (NTP-serverproducenten kan anbefale antallet af anmodninger, det kan håndtere). Disse stratum 2-enheder kan ti bruges som tidsreferencer for andre enheder (som bliver stratum 3-enheder) på meget store netværk, som disse derefter kan bruges som tidsreferencer selv.

Her på Galleon Systems, en af ​​Europas førende leverandører af NTP-server systemer vil vi gerne ønske alle vores kunder, leverandører og endda vores konkurrenter en god jul og et godt nytår. Vi håber, at 2009 er et vellykket år for jer alle.

Nøjagtig tid ved brug af Atomic Clock er tilgængelig på tværs af Storbritannien og dele af Nordeuropa ved hjælp af MSF Atomic Clock tid signal overført fra Cumbria, UK; det giver mulighed for at synkronisere tiden på computere og andet elektrisk udstyr.

Det britiske MSF-signal betjenes af NPL - Det Nationale Fysiske Laboratorium. MSF har høj transmittereffekt (50,000 watt), en meget effektiv antenne og en ekstrem lav frekvens (60,000 Hz). Til sammenligning udsendes en typisk AM-radiostation med en frekvens på 1,000,000 Hz. Kombinationen af ​​høj effekt og lav frekvens giver radiobølgerne fra MSF en masse spring, og denne single station kan derfor dække det meste af Storbritannien og nogle af kontinentaleuropa.

Tidskoderne sendes fra Læger uden Grænser ved hjælp af en af ​​de enkleste systemer, og ved en meget lav datahastighed på en bit pr. Sekund. 60,000 Hz-signalet overføres altid, men hvert sekund reduceres det kraftigt i strøm i en periode på 0.2, 0.5 eller 0.8 sekunder: • 0.2 sekunder med reduceret effekt betyder et binært nul. • 0.5 sekunder med reduceret effekt er en binær. • 0.8 sekunder med reduceret effekt er en separator. Tidskoden sendes i BCD (Binary Coded Decimal) og angiver minutter, timer, år og år samt information om sommertid og springår.

Tiden overføres ved hjælp af 53 bits og 7 separatorer, og tager derfor 60 sekunder at transmittere. Et ur eller ur kan indeholde en ekstremt lille og relativt simpel antenne og modtager til at afkode informationen i signalet og indstille urets tid præcist. Alt du skal gøre er at indstille tidszonen, og atomuret viser den korrekte tid.

Dedikeret tidsservere der er indstillet til at modtage MSF-tidssignalet er tilgængelige. Disse enheder forbinder et computernetværk som enhver anden server, der kun modtager timingsignalet og distribuerer det til andre maskiner på netværket ved hjælp af NTP (Network Time Protocol).

For at modtage og distribuere og godkende UTC-tidskilde er der for øjeblikket to typer af NTP server, den GPS NTP-server og radio refereret NTP server. Mens begge disse systemer distribuerer UTC på identiske måder, varierer den måde, hvorpå de modtager timingoplysningerne.

A GPS NTP tidsserver er en ideel tid og frekvens kilde, fordi det kan give meget præcis tid overalt i verden ved hjælp af relativt billige komponenter. Hver GPS-satellit transmitterer i to frekvenser L2 til militær brug og L1 til brug af civile transmitteret ved 1575 MHz. Lavpris GPS-antenner og -modtagere er nu bredt tilgængelige.

Radiosignalet sendes af satellit kan passere gennem vinduer, men kan blokeres af bygninger, så det ideelle sted for en GPS-antenne er på en tagterrasse med en god udsigt til himlen. Jo flere satellitter det kan modtage fra bedre signal. Dog kan tagmonteret antenner være tilbøjelige til lynnedslag eller andre spænding overspænding så en suppressor stærkt anbefale at blive installeret inline på GPS-kablet.

Kablet mellem GPS-antennen og modtageren er også kritisk. Den maksimale afstand, som et kabel kan køre, er normalt kun 20-30 meter, men et højkvalitets koaksialkabel kombineret med en GPS-forstærker, der er placeret in-line for at øge antennens forstærkning, kan tillade mere end 100-målerkabler. Dette kan medføre vanskeligheder ved installation i større bygninger, hvis serveren er for langt fra antennen.

En alternativ løsning er at bruge en radio, der refereres til NTP tidsserver. Disse er afhængige af en række nationale tids- og frekvensradio-transmissioner, som udsendes UTC-tid. I Storbritannien udsendes signalet (kaldet MSF) af National Physics Laboratory i Cumbria, der fungerer som Det Forenede Kongeriges nationale tidsreference, findes der også lignende systemer i USA (WWVB) og i Frankrig, Tyskland og Japan.

En radiobaseret NTP-server består normalt af en rackmonterbar tidsserver og en antenne, der består af en ferritstang inde i en plastikskabe, der modtager radiotiden og frekvensudsendelsen. Den skal altid monteres vandret i en ret vinkel mod transmissionen for optimal signalstyrke. Data sendes i pulser, 60 et sekund. Disse signaler giver UTC-tid til en nøjagtighed af 100-mikrosekunder, men radiosignalet har et begrænset antal og er sårbart for interferens.

Nytårsfest er nødt til at vente endnu et sekund i år, da International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) har besluttet at 2008 skal have Leap Second tilføjet.

IERS annoncerede i juli i juli, at en positiv skridt anden skulle tilføjes til 2008, den første siden dec. 31, 2005. Leap Seconds blev introduceret for at kompensere for uforudsigeligheden af ​​Jordens rotation og at holde UTC (Koordineret Universal Time) med GMT (Greenwich Meantime).

Det nye ekstra sekund vil blive tilføjet den sidste dag i dette år på 23 timer, 59 minutter og 59 sekunder Koordineret Universal Time - 6: 59: 59 pm Eastern Standard Time. 33 Leap Seconds er blevet tilføjet siden 1972

NTP-server Systemer, der styrer tidssynkronisering på computernetværk, styres alle af UTC (Coordinated Universal Time). Når et ekstra sekund tilføjes i slutningen af ​​året, vil UTC automatisk blive ændret som ekstra sekund. #

Hvorvidt a NTP-server modtager et tidssignal fra transmissioner som MSF, WWVB eller DCF eller fra GPS-netværket, vil signalet automatisk bære Leap Second Announcement.

Bemærkning om spring Second fra International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS)

SERVICE INTERNATIONAL DE LA ROTATION TERRESTRE ET DES SYSTEMER DE REFERENCE

SERVICE DE LA ROTATION TERRESTRE
OBSERVATOIRE DE PARIS
61, Av. de l'observatoire xnumx paris (frankrig)
Tlf. : 33 (0) 1 40 51 22 26
FAX: 33 (0) 1 40 51 22 91
e-mail: services.iers@obspm.fr
https://hpiers.obspm.fr/eop-pc

Paris, 4 Juli 2008

Bulletin C 36

Til myndigheder med ansvar for måling og fordeling af tid

UTC TIDSTEG
på 1st i januar 2009

Et positivt spring sekund vil blive introduceret i slutningen af ​​december 2008.
Sekvensen af ​​datoer for UTC anden markører vil være:

2008 December 31, 23h 59m 59s
2008 December 31, 23h 59m 60s
2009 januar 1, 0h 0m 0s

Forskellen mellem UTC og International Atomic Time TAI er:

fra 2006 januar 1, 0h UTC, til 2009 Januar 1 0h UTC: UTC-TAI = - 33s
fra 2009 januar 1, 0h UTC, indtil videre: UTC-TAI = - 34s

Sprang sekunder kan introduceres i UTC i slutningen af ​​december måned

A GPS tidsserver er virkelig en kommunikationsenhed. Dens formål er at modtage et timing signal og derefter distribuere det blandt alle enheder på et netværk. Tidsserver s kaldes ofte forskellige ting fra netværkstidsserver, GPS-tidsserver, radio-tidsserver og NTP-server.

De fleste tidsservere bruger protokollen NTP (Network Time Protocol). NTP er en af ​​internetets ældste protokoller og bruges af de fleste maskiner, der bruger en tidsserver. NTP installeres ofte, i en grundlæggende form, i de fleste operativsystemer.

A GPS tidsserver, som navne antyder, modtager et timingsignal fra GPS-netværk. GPS-satellitter er virkelig intet mere end kredsløbende klinger. Ombord hver GPS-satellit er et atomur. Den ultrakomplicerede tid fra dette ur er, hvad der overføres fra satellitten (sammen med satellits position).

Et satellitnavigationssystem virker ved at modtage tidssignalet fra tre eller flere satellitter og ved at udarbejde satellitternes position og hvor længe signalerne tog for at komme frem, kan det triangulere en position.

En GPS-tidsserver kræver endnu mindre information, og kun en satellit er nødvendig for at kunne modtage en timingreference. En GPS-tidsserverens antenne modtager et timesignal fra en af ​​33-kredsløbssatellitterne via synsfelt, så det bedste sted at reparere antennen er taget.

Mest dedikerede GPS NTP-tidsservere kræver en god 48 timer til at finde og få en stabil løsning på en satellit, men når de har det, er det sjældent, at kommunikationen taber.

Den tid, der er videresendt af GPS-satellitter, kaldes GPS-tid, og selvom den adskiller sig fra den officielle globale tidsskala UTC (Koordineret Universal Time), da de begge er baseret på atomtiden (TAI), kan GPS-tiden nemt konverteres af NTP.

En GPS-tidsserver kaldes ofte som en stratum 1 NTP-enhed, en stratum 2-enhed er en maskine, der modtager tiden fra GPS-tidsserveren. Stratum 2- og stratum 3-enheder kan også bruges som tidsservere, og på denne måde kan en enkelt GPS-tidsserver fungere som en tidskilde for en ubegrænset mængde computere og enheder, så længe hierarkiet af NTP følges.

Atomiske ure er toppen af ​​tidsholdende enheder. Moderne atomure kan holde tid til sådan nøjagtighed, at de i 100,000,000 år (100 millioner) ikke mister de endnu et sekund i tide. På grund af dette høje niveau af nøjagtighed er atomurerne grundlaget for verdens tidsplan.

For at tillade global kommunikation og tidsfølsomme transaktioner som f.eks. Køb af stakke og deler en global tidsskala, der er baseret på atomklockers tid, blev udviklet i 1972. Denne tidsplan, Koordineret Universal Time (UTC) styres og kontrolleres af International Bureau of Weights and Measures (BIPM), der bruger en konstellation af over 230 atomur fra 65 laboratorier over hele verden for at sikre høj nøjagtighed.

Atomiske ure er baseret på atomets grundlæggende egenskaber, kendt som kvantemekanik. Kvantemekanik tyder på, at en elektron (negativt ladet partikel), der kredser om et atoms kerne, kan eksistere i forskellige niveauer eller kredsløbsplaner, afhængigt af at de absorberer eller frigiver den korrekte mængde energi. Når en elektron har absorberet eller frigivet tilstrækkelig energi i kan 'hoppe' til et andet niveau, er dette kendt som et kvantespring.

Frekvensen mellem disse to energitilstand er, hvad der bruges til at holde tid. De fleste atomklokker er baseret på cæsiumatomet, der har 9,192,631,770-perioder af stråling svarende til overgangen mellem de to niveauer. På grund af nøjagtigheden af ​​cæsiumklokker betragter BIPM nu et sekund, der skal defineres som 9,192,631,770-cyklusser af cæsiumatomet.

Atomiske ure anvendes i tusindvis af forskellige applikationer, hvor præcis timing er afgørende. Satellit kommunikation, flyvekontrol, internet handel og praktiserende læger alle kræver atomur til at holde tid. Atomiske ure kan også bruges som en metode til synkronisere computernetværk.

Et computernetværk ved hjælp af en NTP tidsserver kan enten bruge en radiotransmission eller de signaler, der udsendes af GPS-satellitter (Global Positioning System) som en tidskilde. NTP-programmet (eller dæmonen) vil så sikre, at alle enheder på det pågældende netværk bliver synkroniseret til den tid, som atomklokken fortæller.

Ved hjælp af en NTP-server synkroniseret til et atomur, kan et computernetværk køre den identiske koordinerede universelle tid som andre netværk, der gør det muligt at gennemføre tidsfølsomme transaktioner fra hele verden.

NTP (Network Time Protocol) er den mest udbredte tidssynkroniseringsprotokol på internettet. Årsagen til dens succes er, at det både er fleksibelt og yderst præcist (samt at være gratis). NTP er også indrettet i en hierarkisk struktur, der giver tusindvis af maskiner mulighed for at modtage et timingsignal fra kun en NTP-server.

Selv om tusind maskiner på et netværk alle forsøgte at modtage et timing-signal fra NTP-serveren på samme tid, ville netværket naturligvis blive flaskehalset, og NTP-serveren ville blive gjort ubrugelig.

Af denne grund findes NTP-stratum-træet. Øverst på træet er NTP-tidsserveren, som er en stratum 1-enhed (en stratum 0-enhed er det atomur, som serveren modtager sin tid fra). Under den NTP-serverflere servere eller computere modtager timingoplysninger fra stratum 1-enheden. Disse pålidelige enheder bliver stratum 2-servere, som igen distribuerer deres timingoplysninger til et andet lag af computere eller servere. Disse bliver derefter stratum 3 enheder, der igen kan distribuere timing information til lavere lag (stratum 4, stratum 5 osv.).

I alt kan NTP understøtte op til ni lagniveauer, selvom jo længere væk fra den oprindelige stratum 1-enhed de er mindre nøjagtige synkroniseringen. For et eksempel på hvordan et NTP-hierarki er konfigureret, se venligst dette stratum træ