Det globala positionssystemet är en av de mest använda teknikerna i den moderna världen. Så många människor är beroende av nätverket för satellitnavigering eller tidssynkronisering. Majoriteten av trafikanterna är nu beroende av någon form av GPS- eller mobiltelefonnavigering, och yrkesförare är nästan helt beroende av dem.

Och det är inte bara navigering som GPS är användbar för. Eftersom GPS-satelliter innehåller atomklockor-det är tidssignalerna som dessa klockor sätter ut som används av satellitnavigationssystem för att exakt utföra positionering-de används som en primär källa till tid för en hel mängd tidskänsliga teknologier.

Trafikljus, CCTV-nätverk, ATM-maskiner och moderna datanätverk behöver alla korrekta tidskällor för att undvika drift och för att säkerställa synkronisitet. De flesta moderna tekniker, som datorer, innehåller interna tidstycken men dessa är bara enkla kvartsoscillatorer (liknande klocka som används i moderna klockor) och de kan drifta. Detta leder inte bara till att tiden långsamt blir inkorrekt, när enheterna är anslutna ihop kan detta driva lämna maskiner som inte kan samverka, eftersom varje enhet kan ha en annan tid.

Det är här GPS-nätverket kommer in, till skillnad från andra former av exakta tidskällor, är GPS tillgänglig var som helst på planeten, är säker (för ett datanätverk mottas det externt till brandväggen) och otroligt korrekt, men GPS har en distinkt nackdel.

Medan den är tillgänglig överallt på planeten är GPS-signalen ganska svag och för att få en signal, oavsett om det gäller tidssynkronisering eller för navigering, behövs en klar bild av himlen. Av denna anledning är GPS-antennen grundläggande för att du ska få en signal av god kvalitet.

Som GPS-antenn måste gå utomhus, det är viktigt att det inte bara är vattentätt, kan fungera i regnet och andra väderelement, utan också motståndskraftigt mot temperaturvariationer som upplevs under året.

En av de främsta orsakerna till GPS NTP-server misslyckande (tidsservrarna som tar emot GPS-tidssignaler och distribuerar dem runt ett nätverk med hjälp av Network Time Protocol) är en misslyckad eller felaktig antenn, så att du säkerställer att GPS-antennen är vattentät och motståndskraftig mot säsongsvariationer kan eliminera risken för framtida tidssignal misslyckanden.

Vattentät GPS-antenn

En ny atomklocka så exakt som någon som producerats har utvecklats av University of Tokyo, vilket är så exakt att det kan mäta skillnader i jordens gravitation - rapporterar journal Nature Photonics.

Medan atomklockor är mycket exakta och används för att definiera den internationella tidsskala UTC (Coordinated Universal Time), som många datanätverk är beroende av för att synkronisera NTP-servrar till, de är ändliga i deras noggrannhet.

Atomklockan använder oscillationerna av atomer som emitteras under förändringen mellan två energitillstånd, men för närvarande är de begränsade av Dick-effekten, där brus och störningar som alstras av lasrarna som används för att läsa klockfrekvensen gradvis påverkar tiden.

De nya optiska gitterklockorna, som utvecklats av professor Hidetoshi Katori och hans team vid University of Tokyo, klarar av detta problem genom att fånga de oscillerande atomen i en optisk gitter som produceras av ett laserfält. Detta gör klockan extremt stabil och otroligt korrekt.

Klockan är faktiskt så exakt, professor Katori och hans team föreslår att det inte bara skulle kunna bli att framtida GPS-system blir korrekta inom några tum, men kan också mäta skillnaden i jordens gravitation.

Som upptäckts av Einstein i hans speciella och allmänna relativitetsteorier, påverkas tiden av gravitationsfältets styrka. Ju starkare tyngdkraften hos en kropp desto mer tid och utrymme är böjd, vilket saktar ner tiden.

Professor Katori och hans team föreslår att det innebär att deras klockor kan användas för att hitta oljeutsläpp under jorden, eftersom oljan är en lägre densitet och därför har en svagare gravitation än rock.

Trots Dick Effecten använde sig traditionella atomur idag för att styra UTC och att synkronisera datanät via NTP-tidsservrar, är fortfarande mycket exakta och kommer inte att drivas med en sekund på över 100,000-år, fortfarande noggrann nog för de flesta exakta tidskrav.

För ett århundrade sedan var den mest exakta klockan tillgänglig en elektronisk kvartsklocka som skulle drifta en sekund om dagen, men eftersom tekniken utvecklades mer och mer exakta tidstycken krävdes, så i framtiden är det mycket möjligt att den nya generationen av atomur kommer att vara normen.

Som tillverkare av NTP-tidsservrar, synkronisera datornätverk och hålla dem exakta inom några millisekunder av internationell UTC-tid (Coordinated Universal Time), tror vi ofta att vi kan hålla ganska bra tidspår.

Tiden har dock upphört att vara avskräckande och är inte den fasta enheten vi ofta antar att det är, verkligen tiden, och tiden som berättas på jorden är inte konstant och påverkas av alla sorters saker.

Sedan Einsteins berömda ekvation, E = MC² det har erkänts att tiden inte är konstant, och att den enda konstanten i universum är ljusets maximala hastighet. Tid, som Einstein upptäckte, påverkas av gravitationen, vilket gör att tiden på jorden går lite långsammare än tiden i djupt utrymme, på samma sätt på planetariska kroppar med större massa än jorden, tiden går ännu långsammare.

Tiden saktar när du närmar dig också mycket snabba hastigheter. Tidens egenskap, känd som tidsfördjupning, upptäcktes av Einstein och innebär att tiden i närheten av ljusets hastighet står nästan stilla (och gör interstellär resa en möjlighet för science fiction-författare).

I allmänhet lever de på jorden, dessa skillnader i tid känns inte, och det är så kort tid att fördröja tiden som orsakas av jordens gravitation, mycket precisa atomur krävs för att mäta den.

Den tid vi använder för att styra våra liv påverkas också av andra faktorer. Sedan människor först utvecklats har vi varit vana vid en dag som varade strax över 24 timmar. Längden på en dag på jorden är dock inte löst och har förändrats under de senaste några miljarder åren.

Varje dag på jorden skiljer sig från föregående till nästa. Ofta är dessa skillnader små, men år för år kompletterar förändringarna, eftersom påverkan av månens gravitation och tidvattenstyrkor fungerar som en broms på jordens snurr.

För att klara det här måste den globala tidsskala UTC (Koordinerad universell tid) justeras för att förhindra att dagen går ut ur synkroniseringen (och vi hamnar på middag på natten och midnatt under dagen - även vid den nuvarande avtagningen av jorden , det skulle ta många tusen år).

Justeringen i vår tid kallas språng sekunder som läggs till en eller två gånger om året till UTC. Någon som använder en NTP tidsserver (Network Time Protocol) för att synkronisera deras datornätverk, behöver du inte oroa dig, eftersom NTP-servrar automatiskt tar hänsyn till dessa ändringar.

Den senaste och tragiska jordbävning som har lämnat så mycket förödelse i Japan har också visat en intressant aspekt om mätning av tid och jordens rotation.

Så kraftfull var jordbävningen 9.0 magnituden, det skiftade faktiskt Earth axel med 165mm (6½ inches) enligt NASA.

Skalvet, en av de mest kraftfulla kände på Erath under de senaste årtusendena, ändrat fördelningen av planetens massa, vilket gör att jorden roterar runt sin axel som lite snabbare och därmed förkorta varje dag som kommer att följa.

Lyckligtvis är så minut är det inte märks i vår dagliga verksamhet som jorden bromsas av mindre än ett par mikrosekunder (drygt en miljondels sekund) denna förändring, och det är inte ovanligt att naturfenomen att sakta ner hastigheten på jordens rotation.

I själva verket, eftersom utvecklingen av atomklockan i 1950 s, har det insetts jordens rotation är aldrig kontinuerlig och i själva verket har ökat en aning, mest sannolikt i miljarder år.

Dessa förändringar i jordens rotation, och längden av en dag, orsakas av effekterna av den rörliga hav, vind och dragningskraft av månen. I själva verket har man uppskattat att innan människan kom till jorden, längden på en dag under juraperioden (40-100 miljoner år sedan) längden på en dag var bara 22.5 timmar.

Dessa naturliga förändringar i jordens rotation och längden på en dag, bara märkbar för oss tack vare den exakta innebörden av atomur vilka har att ta hänsyn till dessa förändringar för att säkerställa att den globala tidsskalan UTC (Coordinated Universal Time) inte glida bort från medel soltid (med andra ord middagstid behöver kvar när solen är som högst under dagen).

För att uppnå detta är extra sekunder ibland läggs på UTC. Dessa extra sekunder kallas skottsekunder och över trettio har lagts till UTC sedan 1970 talet.

Många moderna datanät och tekniker förlitar sig på UTC att hålla enheter synkroniserade, vanligen genom att ta emot en tidssignal via en dedikerad NTP tidsserver (Network Time Protocol).

NTP-tidsservrar är utformade för att tillgodose dessa skottsekunder, möjliggör datasystem och teknik för att vara korrekt, exakt och synkroniserad.

När vi vill veta hur lång tid det är mycket enkelt att titta på en klocka, titta på eller en av de otaliga enheter som visar tiden som våra mobiltelefoner eller datorer. Men när det gäller att ställa in tiden, vi förlitar oss på internet, talande klocka eller någon annan klocka; Men hur vet vi dessa klockor är rätt, och vem är det som gör att tiden är korrekt alls?

Traditionellt har vi bygger tid på jorden i förhållande till rotationen av planet-24 timmar på en dag, och varje timme delas upp i minuter och sekunder. Men när atomur utvecklades på 1950-talet blev snart uppenbart att jorden inte var en tillförlitlig kronometer och att längden på en dag varierar.

I den moderna världen, med global kommunikation och teknik som GPS och internet, är korrekt tid mycket viktigt så se till att det finns en tidsplan som hålls verkligen exakt är viktigt, men vem är det som styr den globala tid och hur exakt är det, egentligen?

Global tid kallas UTC-Coordinated Universal Time. Den är baserad på den tid höra av atomur men gör avdrag för förvanskning av jordens spin genom att ha enstaka skottsekunder lagts till UTC för att säkerställa att vi inte hamnar i en position där tiden driver och hamnar som inte har någon relation till dagsljuset eller nattetid (så midnatt är alltid dag och middagstid är i dag).

UTC styrs av en konstellation av forskare och atomur över hela världen. Detta görs av politiska skäl så att ingen land har fullständig kontroll över den globala tid. I USA, det nationella institutet för standarder och Time (NIST), hjälper styra UTC och sända en UTC tidssignal från Fort Collins i Colorado.

Även i Storbritannien, National Physical Laboratory (NPL) gör samma sak och sänder deras UTC signal från Cumbria, England. Andra fysik laboratorier över hela världen har liknande signaler och det är dessa laboratorier som säkerställer UTC är alltid korrekt.

För modern teknik och datanät, dessa UTC sändningar gör det möjligt datorsystem över hela världen som ska synkroniseras med varandra. Programvaran NTP (Network Time Protocol) Används för att distribuera dessa tidssignaler till varje maskin, vilket garanterar perfekt synkronisering, medan NTP-tidsservrar kan ta emot radiosignaler som sänds av fysiklaboratorier.

Tidsåtgång och noggrannhet är viktigt i vår dagliga livs drift. Vi behöver veta vilken tid händelser inträffar för att vi inte saknar dem, vi behöver också ha en källa till korrekt tid för att förhindra att vi blir sena. och datorer och annan teknik är lika beroende av tinen som vi är.

För många datorer och tekniska system är tiden i form av en tidsstämpel det enda konkreta som en maskin måste identifiera när händelser ska inträffa och i vilken ordning. Utan en tidstämpel kan en dator inte utföra någon uppgift - även om det inte är möjligt att spara data är det dags att veta vilken tid det är.

På grund av detta beroende av tid har alla datorsystem inbyggda klockor på sina kretskort. Vanligtvis är dessa kvartsbaserade oscillatorer, som liknar de elektroniska klockorna som används i digitala armbandsur.

Problemet med dessa klockor är att de inte är mycket exakta. Visst, för att berätta tiden för mänskliga ändamål är de noggranna nog; Maskiner kräver ganska ofta en högre noggrannhet, speciellt när enheter synkroniseras.

För datanätverk är synkronisering avgörande, eftersom olika maskiner som berättar olika tider kan leda till fel och fel i nätverket att utföra enkla uppgifter. Det svåra med nätverkssynkronisering är att systemet klockor som används av datorer för att hålla tiden kan drifta. Och när olika klockor drifter med olika mängder, kan ett nätverk snart falla i disarray eftersom olika maskiner håller olika tider.

Av denna anledning är dessa systemklockor inte beroende av att tillhandahålla synkronisering. Istället används en mycket mer exakt typ av klocka: atomklocka.

Atomklockor drifter inte (åtminstone inte mer än en sekund i en miljon år) och är också idealiska för att synkronisera datornätverk. De flesta datorer använder programprotokollet NTP (Network Time Protocol) som använder en enda atomklocka tid källa, antingen via internet, eller säkert, externt via GPS eller radiosignaler, där det synkroniserar varje maskin i ett nätverk till.

Eftersom NTP säkerställer att varje enhet hålls exakt till denna källtid och ignorerar de opålitliga systemklockorna, kan hela nätet hållas synkroniserat med varje maskin inom fraktioner av en sekund av varandra.

Medan många av oss är medvetna om GPS (Global Positioning System) som navigationsverktyg och många av oss har "sat navs" i våra bilar, men GPS-nätverket har en annan användning som också är viktigt för våra dagliga liv, men få människor inser det.

GPS-satelliter innehåller atomklockor som sänder jord till en exakt tidssignal; Det är den här sändningen som satellitnavigeringsenheter använder för att beräkna global position. Det finns dock andra användningar för denna tidssignal förutom navigering.

Nästan alla datanät hålls exakta till en atomur. Detta beror på att mindre noggrannhet i ett nätverk kan leda till problem, från säkerhetsproblem till dataförlust. De flesta nätverk använder en form av NTP (Network Time Protocol) för att synkronisera sina nätverk, men NTP kräver en huvudkälla för att synkronisera till.

GPS är idealisk för detta, inte bara det är en klocka med atomklockor, vilket NTP kan beräkna UTC (Coordinated Universal Time) från, vilket innebär att nätverket kommer att synkroniseras med alla andra UTC-nätverk på jorden.

GPS är en idealisk källa till tid eftersom den är tillgänglig bokstavligen överallt på planeten så länge som GPS-antennen har en klar bild av himlen. Och det är inte bara datanät som kräver atomur, alla slags teknologier kräver noggrann synkronisering: trafikljus, CCTV-kameror, flygkontroll, internetservrar, faktiskt många moderna applikationer och teknik utan att vi inser att den hålls sanna vid GPS-tid .

Topp använda GPS som källa till tid, a GPS NTP-server krävs. Dessa kopplar till routrar, växlar eller annan teknik och mottar en vanlig tidssignal från GPS-satelliterna. De NTP-server distribuerar sedan den här tiden över nätverket, med protokollet NTP ständigt kontrollerar varje enhet för att säkerställa att den inte driver.

GPS NTP-servrar är inte bara korrekta, de är också mycket säkra. Vissa nätverksadministratörer använder Internet-tidsservrar som en källa till tid men det kan leda till problem. Inte bara är noggrannheten i många av dessa källor tvivelaktig, men signalerna kan kapas av skadlig programvara som kan bryta mot brandväggen och orsaka kaos.

Många moderna datanätverk kör nu Microsofts senaste operativsystem Window 7, som har många nya och förbättrade funktioner, inklusive möjligheten att synkronisera tiden.

När en Windows 7-maskin startas upp, till skillnad från tidigare inkarnationer av Windows, försöker operativsystemet automatiskt synkronisera till en tidsserver över internet för att säkerställa att nätverket körs korrekt tid. Men medan denna anläggning ofta är användbar för bostadsanvändare, kan det för företagens nätverk orsaka många problem.

För det första måste företagets brandvägg ha en öppen port (UDP 123) för att tillåta den här synkroniseringsprocessen att tillåta regelbunden överföring av tid. Detta kan orsaka säkerhetsproblem som skadliga användare och bots kan dra nytta av den öppna porten för att tränga in i företagsnätverket.

För det andra, medan internet tidsservrar är ofta ganska korrekta, det kan ofta bero på ditt avstånd från värden och eventuell latens som orsakas av nätverket eller internetanslutningen kan ytterligare orsaka felaktigheter, vilket innebär att systemet ofta kan vara mer än flera sekunder bort från den föredragna UTC-tiden (Samordnad Universal Time ).

Slutligen, eftersom internetkällor är stratum 2-enheter, det vill säga de är servrar som inte tar emot en förstahandskod, men får istället en andrahandskälla från en stratum 1-enhet (dedikerad NTP tidsserver - Network Time Protocol), vilket också kan leda till felaktighet. Dessa stratum 2-anslutningar kan också vara mycket upptagna för att hindra ditt nätverk från att komma åt tiden under längre perioder som riskerar att driva.

För att säkerställa korrekt, pålitlig och säker tid för ett Windows 7-nätverk finns det verkligen ingen ersättning än att använda din egen stratum 1 NTP-tidsserver. Dessa är lättillgängliga från många källor och är inte särskilt dyra men den sinnesfrid de ger är ovärderlig.

Stratum 1 NTP-tidsservrar Ta emot en säker tidsignal direkt från en klockklocka. Tidsignalen är extern till nätverket, så det finns ingen risk för att det kapas eller behöver ha öppna portar i brandväggen.

Eftersom tidssignalerna kommer från en direkt klockkälla är de dessutom mycket noggranna och har inga latensproblem. De signaler som används kan antingen vara via GPS (Global Positioning System satelliter har atomklockor ombord) eller från radiosändningar som sänds av nationella fysiklaboratorier som NIST i USA (sänds från Colorado), NPL i Storbritannien (överförd form Cumbria) eller deras tyska motsvarighet (från Frankfurt).

Vi tar det självklart att en dag är tjugofyra timmar. Faktum är att vår kropps cirkadiska rytm äntligen är inställd för att klara av en 24-timdags. En dag på jorden var dock inte alltid 24 timmar lång.

I de tidiga dagarna av jorden var en dag otroligt kort - bara fem timmar lång, men vid tiden för juraperioden, när dinosaurierna strök på jorden, hade en dag förlängts till omkring 22.5 timmar.

Självklart nu är en dag 24-timmar och har varit sedan människor utvecklats, men vad har orsakat denna gradvisa förlängning. Svaret ligger hos månen.

Månen brukade vara mycket närmare jorden och effekten av dess tyngdkraft var därför mycket starkare. När månen driver tidvattensystem, var dessa mycket starkare i jordens tidiga dagar, och konsekvensen var att jordens snurrning saktade sig, månens tyngdkraft och tidvattenstyrkor slog ut på jorden, som liknade en broms på rotationen av planeten.

Nu är månen längre bort, och fortsätter att röra sig ännu längre, men månens effekt känns fortfarande på jorden, med konsekvensen att jordens dag fortfarande saktar ner, om än minutiöst.

Med moderna atomur, det är nu möjligt att redogöra för denna långsamma och den globala tidsskala som används av de flesta tekniker för att säkerställa tidssynkronisering, UTC (Samordnad universell tid) måste ta hänsyn till denna gradvisa bromsning, annars beror på den extrema noggrannheten hos atomur, så småningom skulle dagen gå in på natten när jorden saktade och vi justerade inte våra klockor.

På grund av detta, en eller två gånger om året, läggs en extra sekund till den globala tidsskalaen. Dessa hopp-sekunder, som de är kända, har lagts till sedan 1970: s när UTC först utvecklades.

För många moderna tekniker där millisekunds noggrannhet krävs, kan detta orsaka problem. Lyckligtvis med NTP-tidsservrar (Network Time Protocol) dessa språng sekunder redovisas automatiskt, så alla tekniker ansluts till en NTP-server behöver inte oroa sig för denna avvikelse.

NTP-servrar används av tidskänslig teknik och datanät över hela världen för att säkerställa exakt och exakt tid hela tiden, oavsett vad de himmelska kropparna gör.

Nästan varje anordning verkar ha en klocka fäst vid den i dessa dagar. Datorer, mobiltelefoner och alla andra prylar som vi använder är alla bra källor till tid. Att se till att oavsett var du är en klocka är aldrig långt borta - men det var inte alltid på detta sätt.

Klocka gör, i Europa, började omkring det fjortonde århundradet då de första enkla mekaniska klockor utvecklades. Dessa tidiga enheter var inte mycket exakt, förlorar kanske upp till en halvtimme om dagen, men med utvecklingen av pendlar dessa enheter blev allt mer exakt.

Men de första mekaniker al klockor var inte de första mekaniska anordningar som kan berätta och förutsäga tiden. I själva verket verkar det européer var över femton hundra år sen med sin utveckling av växlar, kuggar och mekaniska klockor, som de gamle hade för länge sedan fick det först.

I början av nittonhundratalet en mässings maskin upptäcktes i ett skeppsbrott (Antikythera vrak) från Grekland, vilket var en anordning så komplicerat som någon klocka som gjorts i Europa i den medeltida perioden. Medan Antikythera mekanismen är inte strikt en klocka - det var utformad för att förutsäga omloppsbana planeter och årstider, solförmörkelser och även antika olympiska spelen - men är lika exakt och komplicerat som schweiziska klockor som tillverkats i Europa under artonhundratalet.

Medan européerna måste lära tillverkning av sådana exakta maskiner, har klocktillverkning gått vidare dramatiskt sedan dess. Under de senaste hundra eller så åren har vi sett framväxten av elektroniska klockor, med hjälp av kristaller såsom kvarts att hålla tiden, till uppkomsten av atomur som använder resonansen av atomer.

Atomur är så exakta att de inte kommer att glida förbi ens en sekund i hundra tusen år som är fenomenal när man betänker att även kvarts digitala klockor kommer att glida flera sekunder na dag.

Även om få människor kommer någonsin sett ett atomur eftersom de är skrymmande och komplicerade enheter som kräver grupper av människor att hålla dem i drift, de fortfarande styr våra liv.

Mycket av den teknik som vi är bekanta med, såsom Internet och mobiltelefonnät, är alla styrs av atomur. NTP-tidsservrar (Network Time Protocol) används för att ta emot atomklocksignaler ofta sänds av stora fysiklaboratorier eller från GPS (Global Positioning System) satellitsignaler.

NTP-servrar sedan distribuera tiden runt ett datornät justera systemklockorna på individuella maskiner för att säkerställa att de är korrekta. Normalt kan ett nätverk av hundratals och även tusentals maskiner hållas synkroniserade tillsammans ett atomur tidskälla med hjälp av en enda NTP tidsserverOch hålla dem med en noggrannhet på några millisekunder från varandra (några tusendelar av en sekund).