Precis som med förskottet av datateknik som verkar exponentiellt öka i kapacitet varje år, verkar atomur också öka dramatiskt i sin noggrannhet år efter år.

Nu, de pionjärer av atomurteknik, USA: s National Institute of Standards Time (NIST), har meddelat att de har lyckats producera en atomklocka med noggrannhet dubbelt så stor som alla klockor som har gått tidigare.

Klockan är baserad i en enda aluminiumatom och NIST hävdar att den kan förbli korrekt utan att förlora en sekund på över 3.7 miljarder år (ungefär samma tid som livet har existerat jorden).

Den föregående mest korrekta klockan utarbetades av tyska Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) och var en optisk klocka baserad på en strontiumatom och var noggrann till en sekund på över en miljard år. Den här nya klockan av NIST är också en optisk klocka men bygger på aluminiumatomer, vilket enligt NISTs undersökning med denna klocka är mycket mer exakt.

Optiska klockor använder lasrar för att hålla atomer fortfarande och skiljer sig från de traditionella atomklockorna som används av datanätverk NTP-servrar (Network Time Protocol) och annan teknik som är baserad på fontäner. Inte bara använder dessa traditionella fontäner cesium som sin tidshållande atom, men i stället för lasrar använder de superkylda vätskor och dammsugare för att styra atomerna.

Tack vare arbetet av NIST, PTB och Storbritanniens NPL (National Physical Laboratory) atomklockor fortsätter att gå exponentiellt, men dessa nya optiska atomklockor baserade på atomer som aluminium, kvicksilver och strontium är långt ifrån att användas som underlag för UTC (Koordinerad universell tid).

UTC styrs av en konstellation av cesium fontänklockor som, medan de fortfarande är exakta till en sekund i 100,000 år, är långt mindre precisa än dessa optiska klockor och bygger på teknik över femtio år gammal. Och tyvärr tills världens vetenskapssamhälle kan komma överens om en atom- och klockdesign som används internationellt, kommer dessa exakta atomklockor att förbli enbart en skådespel av det vetenskapliga samfundet.

Precision blir allt viktigare i modern teknik och ingen mer än noggrannhet i tid. Från internet till satellitnavigering är exakt och exakt synkronitet avgörande i modern tid.

Faktum är att många av de teknologier som vi tar för givet i dagens värld inte skulle vara möjliga om det inte var för de mest exakta maskinerna som uppfann - atomklocka.

Atomklockor är bara timekeeping enheter som andra klockor eller klockor. Men vad står dem ifrån varandra är den noggrannhet de kan uppnå. Som ett vanligt exempel kommer din standardmekaniska klocka, till exempel ett klocktorn i stadscentrum, att drifta så mycket som en sekund om dagen. Elektroniska klockor som digitala klockor eller klockradioer är mer exakta. Dessa typer av klocka drifter en sekund på ungefär en vecka.

Men när du jämför precisionen hos en atomur, där en sekund inte går förlorad eller uppnådd i 100,000 år eller mer, är exaktheten hos dessa enheter ojämförlig.

Atomklockor kan uppnå denna noggrannhet av de oscillatorer de använder. Nästan alla typer av klockor har en oscillator. I allmänhet är en oscillator bara en krets som regelbundet fästs.

Mekaniska klockor använder pendlar och fjädrar för att ge regelbunden oscillation medan elektroniska klockor har en kristall (vanligtvis kvarts) att när en elektrisk ström går igenom, ger en exakt rytm.

Atomklockor använder oscillationen av atomer under olika energitillstånd. Ofta används cesium 133 (och ibland rubidium) eftersom dess hyperfina övergångsoscillation är över 9 miljarder gånger i sekundet (9,192,631,770) och detta ändras aldrig. Faktum är att Internationellt system av enheter (SI) anser nu officiellt en sekund i tiden som 9,192,631,770-cykler av strålning från cesiumatomen.

Atomklockor utgör grunden för världens globala tidsskala - UTC (Koordinerad Universal Time). Och datanät över hela världen håller på att synkronisera genom att använda tidssignaler som sänds med atomur och plockas upp NTP-tidsservrar (Network Time Server).

Vi är alla beroende av tiden för att hålla våra dagar planerade. Armbandsur, väggklockor och även DVD-spelaren berättar för oss tiden men ibland är det inte tillräckligt nog, särskilt när tiden måste synkroniseras.

Det finns många teknologier som kräver extremt noggrann precision mellan system, från satellitnavigering till många internetapplikationer, exakt tid blir allt viktigare.

Att uppnå precision är dock inte alltid rakt fram, särskilt i moderna datanät. Medan alla datorsystem har inbyggda klockor, är dessa inte exakta tidstycken men standardkristalloscillatorer, samma teknik som används i andra elektroniska klockor.

Problemet med att lita på systemklockor så här är att de är benägna att drifta och på ett nätverk som består av hundratals eller tusentals maskiner, om klockorna drivs i en annan takt - kaos kan snart följa. E-postmeddelanden tas emot innan de skickas och tidskritiska program misslyckas.

Atomur är de mest exakta tidbitarna, men dessa är storskaliga laboratorieverktyg och är opraktiska (och mycket dyra) för att användas av datanät.

Men fysiklaboratorier gillar Nordamerika NIST (National Institute of Standards and Time) har atomklockor som de sänder tidssignaler från. Dessa tidssignaler kan användas av datanät för syftet med synkronisering.

I Nordamerika kallas NIST sänds tidskod WWVB och överförs från Boulder, Colorado på långvåg vid 60Hz. Tidskoden innehåller år, dag, timme, minut, sekund och som det är en källa till UTC, några stegs sekunder som läggs till för att säkerställa paritet med jordens rotation.

Att få WWVB-signalen och använda den för att synkronisera ett datanätverk är enkelt att göra. Radio referensnätverk tidsservrar kan ta emot denna sändning över hela Nordamerika och genom att använda protokollet NTP (Network Time Protocol).

En dedikerad NTP tidsserver som kan ta emot WWVB-signalen kan synkronisera hundratals och till och med tusentals olika enheter till WWVB-signalen som säkerställer att var och en är inom några millisekunder av UTC.

Atomur är ultimata i tidskriftsenheter. Deras noggrannhet är otroligt, eftersom en klocka inte kommer att drifta med så mycket som en sekund inom en miljon år, och när detta jämförs med de näst bästa chronometrarna, såsom en elektronisk klocka som kan drivas med en sekund på en vecka, en atomur är otroligt mer exakt.

Atomklockor används världen över och är hjärtat i många moderna teknologier som gör det möjligt för en mängd applikationer som vi tar för givet. Internethandel, satellitnavigering, flygkontroll och internationell bankverksamhet är alla branscher som är starka beroende av

De styr också världens tidsskala, UTC (Koordinerad Universal Time) som hålls sant av en konstellation av dessa klockor (även om UTC måste anpassas för att rymma saktning av jordens snurr genom att lägga till skott sekunder).

Datornätverk måste ofta köras synkroniserat till UTC. Denna synkronisering är avgörande för nätverk som utför tidskänsliga transaktioner eller kräver hög säkerhetsnivå.

Ett datanätverk utan tillräcklig tidssynkronisering kan orsaka många problem, inklusive:

Förlust av data

• Svårigheter att identifiera och logga fel
• Ökad risk för säkerhetsbrott.
• Det går inte att göra tidskänsliga transaktioner

Av dessa skäl måste många datanät synkroniseras till en källa till UTC och hållas så exakt som möjligt. Och även om atomklockor är stora skrymmande anordningar som hålls inom ramen för fysiklaboratorier, är det otroligt enkelt att använda dem som en källa till tid.

Network Time Protocol (NTP) är ett mjukvaruprotokoll som är utformat enbart för synkronisering av nätverk och datorsystem och genom att använda a dedikerad NTP-server tiden från en atomur kan tas emot av tidsservern och distribueras runt nätverket med hjälp av NTP.

NTP-servrar användning radiofrekvenser och vanligare GPS-satellitsignalerna för att ta emot tidtalssignalerna för atomklockan, som sedan sprids över hela nätverket med NTP, justerar regelbundet varje enhet för att säkerställa att den är så noggrann som möjligt.

Användare av National Physical Laboratory (NPL) MSF-tid och frekvenssignal är förmodligen medveten om att signalen ibland tas ut i luften för planerat underhåll.

NPL har publicerat det planerade underhållet för 2010 där signalen kommer att tas temporärt utomhus. Vanligtvis varar de schemalagda nedtiderna mindre än fyra timmar men användarna måste vara medvetna om att medan NPL och VT Communications, som tjänar antennen, gör sitt yttersta för att säkerställa att sändaren är avstängd under en kort tid så kan det vara förseningar .

Och medan NPL ser till att alla användare av MSF-signalen har en avancerad varning om möjliga avbrott, kan akutreparationer och andra problem leda till oskadade avbrott. Alla användare som får problem med MSF-signalen bör kontrollera NPL webbplats vid oskyddat underhåll innan du kontaktar din tidsserverleverantör.

Datum och tider för schemalagda underhållsperioder för 2010 är följande:

* 11 mars 2010 från 10: 00 UTC till 14: 00 UTC

* 10 juni 2010 från 10: 00 BST till 14: 00 BST (UTC + 1 hr)

* 9 September 2010 från 10: 00 BST till 14: 00 BST (UTC + 1 hr)

* 9 December 2010 från 10: 00 UTC till 14: 00 UTC

Eftersom dessa schemalagda avbrott inte ska ta längre tid än fyra timmar, bör användarna av MSF-refererade tidsservrar inte märka några avbrott i riktigheten av deras nätverk eftersom det inte borde vara tillräckligt med tid för att en enhet ska drivas.

Men för de användare som berörde noggrannhet eller kräver en NTP tidsserver (Network Time Server) som inte bidrar till regelbundna störningar, kanske de vill överväga att investera i en GPS-tidsserver.

GPS-tidsservrar tar emot tiden från de bana-navigationssatelliterna. Eftersom dessa är tillgängliga var som helst på jorden och signalerna aldrig är nere för avbrott kan de ge en konstant korrekt tidssignal (GPS-tid är inte densamma som UTC men kan enkelt konverteras av NTP eftersom det är exakt 17 sekunder bakom på grund av språng sekunder läggs till UTC och inte GPS).

Synkronisering av moderna datanät är avgörande för många olika anledningar och tack vare tidsprotokollet NTP (Network Time Protocol) är detta relativt enkelt.

NTP är ett algoritmiskt protokoll som analyserar tiden på olika datorer och jämför den med en enda referens och justerar varje klocka för drift för att säkerställa synkronisering med tidskällan. NTP är så kapabel vid denna uppgift att ett nätverk synkroniserat med protokollet realistiskt kan uppnå millisekundernoggrannhet.

Välja tidskälla

När det gäller att skapa en tidsreferens finns det inget alternativ än att hitta en källa till UTC (Koordinerad universell tid). UTC är den globala tidsskala som används över hela världen som en enda tidsskala av datanätverk. UTC hålls exakt genom en konstellation av atomur över hela världen.

Synkronisera till UTC

Den vanligaste metoden att ta emot en UTC Time-källa är att använda en stratum 2 internet-tidsserver. Dessa betraktas som stratum 2 eftersom de distribuerar tiden efter att den först mottagits från en NTP-server (stratum 1) som är ansluten till en atomur (stratum 0). Tyvärr är det inte den mest korrekta metoden att ta emot UTC på grund av avståndet data måste resa från värd till klienten.

Det finns också säkerhetsproblem som är inblandade i att använda en Internet-stratum 2-tidskälla, eftersom brandväggen UDP-port 123 måste lämnas öppen för att ta emot tidskoden, men denna brandväggsöppning kan och har utnyttjats av skadliga användare.

Dedikerade NTP-servrar

Dedikerade NTP tid servrar, ofta refererade till som nätverkstidsservrar, är den mest exakta och säkra metoden för att synkronisera ett datornätverk. De arbetar externt till nätverket så det finns inga brandväggsproblem. Dessa stratum 1-enheter mottar UTC-tiden direkt från en atomurkälla genom antingen långvågsradioöverföringar eller GPS-nätverk (Global Positioning System). Även om detta kräver en antenn, som i fallet med GPS måste placeras på ett tak, kommer tidsservern själv automatiskt att synkronisera hundratals och faktiskt tusentals olika enheter på nätverket.

Korrekt tidtagning om man ganska ofta förbises som en prioritet för nätverksadministratörer, men många riskerar både säkerhet och dataförlust genom att inte se till att deras nätverk synkroniseras så exakt som möjligt.

Datorer har egna hårdvara klockor men dessa är ofta bara enkla elektroniska oscillatorer som existerar i digitala klockor och tyvärr är dessa klockor benägna att drifta, ofta med så mycket som flera sekunder i veckan.

Att köra olika maskiner på ett nätverk som har olika tider - även om några sekunder - kan orsaka kaos eftersom så många datoruppgifter är beroende av tid. Tid, i form av tidsstämplar, är den enda referensdatorn som används för att skilja mellan olika händelser och misslyckande med synkronisera ett nätverk korrekt kan leda till alla otaliga problem.

Här är några av de viktigaste anledningarna till att ditt nätverk ska synkroniseras med Network Time Protocol, prefasbly med a NTP tidsserver.

Data Backup - Avgörande för att skydda data i alla företag eller organisationer. En brist på synkronisering kan leda till att inte bara säkerhetskopieringar misslyckas, men äldre versioner av filer som ersätter mer moderna versioner.

Skadliga attacker - Oavsett hur säkert ett nätverk, någon, någonstans kommer att få tillgång till ditt nätverk, men utan korrekt synkronisering kan det bli omöjligt att upptäcka vilka kompromisser som har ägt rum och det kommer också att ge obehöriga användare extra tid i ett nätverk för att utgöra förödelse.

Felloggning - När fel uppstår och de oundvikligen gör, innehåller systemloggarna all information för att identifiera och korrigera problem. Om systemloggarna inte synkroniseras kan det ibland vara omöjligt att räkna ut vad som gick fel och när.

Online Trading - Köp och sälja på internet är nu vanligt och i vissa företag utförs tusentals online-transaktioner varje sekund från platsbokning till köp av aktier och brist på korrekt synkronisering kan leda till alla möjliga fel i online-handel, t.ex. att varor köps eller säljs mer än en gång.

Överensstämmelse och laglighet - Många industriella föreskrivningssystem kräver en kontrollerbar och korrekt metod för timing. Ett osynkroniserat nätverk kommer också att vara sårbart för juridiska problem eftersom den exakta tidpunkten som en händelse påstås ha ägt rum kan inte bevisas.

När du räknade ner på nyårsafton för att markera början på nästa år började du på 10 eller 11? De flesta revelers skulle ha räknat ner från tio men de skulle ha varit för tidigt i år, eftersom det var ett extra sekund tillföras till förra året - hoppet andra.

Språng sekunder införs normalt en eller två gånger om året (normalt på nyårsafton och i juni) för att säkerställa den globala tidsskalaen UTC (Koordinerad universell tid) sammanfaller med den astronomiska dagen.

Språng sekunder har använts sedan UTC genomfördes först och de är ett direkt resultat av vår noggrannhet i tidsåtgång. Problemet är det moderna atomur är mycket mer exakta tidtagsanordningar än jorden själv. Det märktes när atomklockor först utvecklades att längden på en dag, en gång trodde att exakt var 24 timmar, varierade.

Variationerna är orsakade av jordens rotation som påverkas av jordens mångfald och tidvattenstyrkor, som alla minskar noggrant jordens rotation.

Denna rotationsfördröjning, medan den bara är liten, om den inte är markerad, skulle UTC-dagen snart gå in i den astronomiska natten (om än i flera tusen år).

Beslutet om huruvida ett andra steg är nödvändigt är International Earth Rotation Service (IERS), men Leap Seconds är inte populära hos alla och de kan orsaka potentiella problem när de introduceras.

UTC används av NTP-tidsservrar (Network Time Protocol) som en tidsreferens för att synkronisera datornätverk och annan teknik, och störningen kan orsaka skador som sekunder kan orsaka betraktas som inte värt besväret.

Men andra, som astronomer, säger att misslyckande att hålla UTC i linje med den astronomiska dagen skulle göra att studera himlen nästan omöjligt.

Det sista språnget som lagts in före den här var i 2005 men det har gått totalt 23 sekunder till UTC sedan 1972.

Fortsatt…

Det finns emellertid vissa tillfällen när en tidsserver kan förlora anslutningen med klockan och inte ta emot tidskoden under en längre tidsperiod. Ibland kan det bero på nedstängning av klockkontrollerna för underhåll eller att närliggande störningar blockerar överföringen.

Självklart ju längre signalen är nere desto mer potentiell drift kan inträffa på nätverket som kristalloscillatorn i NTP-server är det enda som håller tid. För de flesta applikationer borde det aldrig vara ett problem eftersom den mest långvariga nedetiden normalt inte är mer än tre eller fyra timmar och NTP-servern skulle inte ha förflyttat sig mycket under den tiden och förekomsten av denna nedetid är ganska sällsynt (kanske en gång eller två gånger om året).

Men för vissa ultimata precisa applikationer i hög grad börjar rubidiumkristalloscillatorer användas eftersom de inte drifter så mycket som kvarts. Rubidium (används ofta i atomur sig istället för cesium) är mycket mer exakt en oscillator än kvarts och ger bättre noggrannhet för när det inte finns någon signal till en NTP tidsserver vilket gör att nätverket kan upprätthålla en mer exakt tid.

Rubidium i sig är en alkalimetall, liknande i egenskaper till kalium. Det är väldigt lite radioaktivt men utgör ingen risk för människors hälsa (och används ofta i medicinavbildning genom att injicera det i en patient). Den har en halveringstid på 49 miljarder år (den tid det tar att sönderfalla med hälften - i jämförelse har några av de mest dödliga radioaktiva materialen halveringstid på under en sekund).

Den enda verkliga fara som rubidium innebär är att den reagerar ganska våldsamt mot vatten och kan orsaka brand

Oscillatorer har varit avgörande för utvecklingen av klockor och kronologi. Oscillatorer är bara elektroniska kretsar som producerar en repetitiv elektronisk signal. Ofta används kristaller som kvarts för att stabilisera oscillationsfrekvensen,

Oscillatorer är den primära tekniken bakom elektroniska klockor. Digitala klockor och batteridriven analog klocka styrs alla av en oscillerande krets som vanligtvis innehåller en kvartskristall.

Och medan elektroniska klockor är många gånger mer exakta än en mekanisk klocka, kör en kvartsoscillator fortfarande med en sekund eller två varje vecka.

Atomur Naturligtvis är det mycket mer exakt. De använder dock fortfarande oscillatorer, oftast cesium eller rubidium, men de gör det i ett hyperfinalt tillstånd, ofta fryst i flytande kväve eller helium. Dessa klockor i jämförelse med elektroniska klockor kommer inte att drivas med en sekund på jämn miljon år (och med de mer moderna atomklockorna 100 miljoner år).

För att utnyttja denna kronologiska noggrannhet en nätverks tidsserver som använder NTP (Network Time Protocol) kan användas för att synkronisera kompletta datornätverk. NTP-servrar använd en tidssignal från antingen GPS eller långvågradio som kommer direkt från en atomur (i fråga om GPS genereras tiden i en klocka ombord på GPS-satelliten).

NTP-servrar Kontrollera kontinuerligt denna källa för tid och justera sedan enheterna i ett nätverk för att matcha den tiden. Mellan pollen (mottagande tidskällan) används en standardoscillator av tidsservern för att hålla tid. Normalt är dessa oscillatorer kvarts, men eftersom tidsservern står i regelbunden kommunikation med atomuret varje minut eller två, är det normalt inte en normal drift av en kvartsoscillator eftersom några minuter mellan mätningarna inte leder till någon mätbar drift.

Fortsättning ...