Noggrann tid är nödvändig i den moderna världen av internetbank, onlineauktioner och global finans. Alla datanätverk som är inblandade i global kommunikation måste ha en exakt källa till den globala tidsskala UTC (Koordinerad universell tid) för att kunna prata med andra nätverk.

Ta emot UTC är enkelt nog. Den är tillgänglig från flera källor men vissa är mer tillförlitliga än andra:

Internet tidskällor

Internet är överflödigt med tidskällor. Dessa varierar i tillförlitlighet och noggrannhet, men vissa betrodda organisationer som NIST (National Institute of Standards and Time) och Microsoft. Det finns dock nackdelar med internetkällor:

Pålitlighet - Efterfrågan på internetkällor i UTC betyder ofta att det kan vara svårt att komma åt dem

Noggrannhet - De flesta internettidsservrar är stratum 2-enheter vilket innebär att de är beroende av en tidskälla. Ofta kan fel uppstå och många tidskällor kan vara mycket felaktiga.

säkerhet - Kanske är det största problemet med internetkällor den risk de ställer för säkerheten. För att få en tidsstämpel från över internet måste brandväggen ha en öppning för att låta signalerna passera igenom; Detta kan leda till att skadliga användare utnyttjar.

Radio refererade tidsservrar.

En säker metod för att ta emot UTC-tidsstämplar är tillgänglig med hjälp av a NTP tidsserver som kan ta emot radiosignaler från laboratorier som NIST och NPL (National Physical Laboratory. Många länder har dessa utsända tidssignaler som är mycket exakta, pålitliga och säkra.

GPS-tidsservrar

En annan källa för dedikerade tidsservrar är GPS. Den stora fördelen med a GPS NTP tidsserver är att tidskällan är tillgänglig överallt på planeten med en klar bild av himlen. GPS-tidsservrar är också mycket exakta, tillförlitliga och lika säkra som radio refererade tidsservrar.

När du ställer in klockan till kanske pratklockan eller tiden på internet har du någonsin undrat vem det är som sätter klockorna och kontrollerar att de är korrekta?

Det finns ingen enda mästerklocka som används för världens tidpunkt men det finns en konstellation av klockor som används som grund för ett universellt timing system som kallas UTC (Koordinerad universell tid).

UTC gör det möjligt för alla världens datanät och annan teknik att prata med varandra i perfekt synkronisitet vilket är avgörande för den moderna världen av internethandel och global kommunikation.

Men som nämnts kontrollerar UTC inte ner till en mästerklocka, i stället arbetar en seriös precisionsklockor baserade i olika länder tillsammans för att producera en tidkälla som är baserad på den tid som alla berättar för.

Dessa UTC timekeepers inkluderar sådana anmärkningsvärda organisationer som USA: s nationella institut för standarder och tid (NIST) och Storbritanniens nationella fysiska laboratorium (NPL) bland andra.

Dessa organisationer hjälper inte bara till att UTC är så noggrann som möjligt, men de ger också en källa till UTC-tid tillgänglig för världens datanät och -teknik.

För att ta emot tiden från dessa organisationer, a NTP tidsserver (Network Time Server) krävs. Dessa enheter tar emot sändningarna från platser som NIST och NPL via långvågsradioöverföringar. De NTP-server distribuerar sedan tidssignalen över ett nätverk, justerar individuella systemklockor för att säkerställa att de är lika korrekta till UTC som möjligt.

En enda dedikerad NTP-server kan synkronisera ett datanätverk med hundratals och till och med tusentals maskiner och noggrannheten hos ett nätverk som är beroende av UTC-tid från sändningarna av NIST och NPL kommer också att vara mycket exakt.

NIST-tidssignalen är känd som WWVB och sänds från Boulder Colorado i hjärtat av USA medan Storbritanniens NPL-signal sänds i Cumbria i norra England och är känd som MSF - Andra länder har liknande system inklusive DSF-signal sänds ut från Frankfurt, Tyskland.

GPS-systemet är bekant för de flesta människor. Många bilar har nu en GPS-satellitnavigationsenhet i sina bilar, men det finns mer till Global Positioning System än att bara hitta.

Global Positioning System är en konstellation av över trettio satelliter som springer runt om i världen. GPS-satellitnätverket har utformats så att det vid varje tillfälle finns minst fyra satelliter överhuvudtaget - oavsett var du befinner dig på jorden.

Ombord på varje GPS-satellit finns en mycket exakt atomur och det är informationen från den här klockan som skickas via GPS-överföringarna, vilket via triangulering (med hjälp av en signal från flera satelliter) kan en satellitnavigationsmottagare uträtta din position.

Men dessa ultimata precisa tidssignaler har en annan användning, okänd för många användare av GPS-system. Eftersom timing signalerar från GPS-klockor är så exakta, de ger en bra källa till tid för att synkronisera alla typer av teknik - från datanät till trafikkameror.

För att använda GPS-tidssignalerna används ofta en GPS-tidsserver. Dessa enheter använder NTP (Network Time Protocol) för att distribuera GPS-tidkälla till alla enheter på NTP-nätverket.

NTP kontrollerar regelbundet tiden på alla system i sitt nätverk och justerar den i enlighet därmed om den har drivit till vad den ursprungliga GPS-timingkällan är.

Eftersom GPS är tillgängligt var som helst på planeten ger det en väldigt användbar tidskälla för många tekniker och applikationer som garanterar att allt som är synkroniserat med GPS-timingskällan kommer att förbli så noggrann som möjligt.

En enda GPS NTP-server kan synkronisera hundratals och tusentals enheter, inklusive routrar, datorer och annan hårdvara så att hela nätverket kör perfekt koordinerad tid.

Atomur är utan tvekan de mest exakta tidbitarna på planetens plan. I själva verket är noggrannheten hos en atomur ojämförlig för någon annan kronometer, klocka eller klocka.

Medan en atomur inte kommer att förlora ännu en sekund i tid i tusentals tusen år, kommer din genomsnittliga digitala klocka kanske att förlora en sekund på några dagar, vilket efter några veckor eller månader kommer att innebära att din klocka går långsamt eller snabbt med flera minuter.

Samma sak kan också sägas för systemklockan som styr din dator. Den enda skillnaden är att datorer använder sig av ännu större kraft än vi själva gör.

Nästan allt som en dator gör är beroende av tidstämplar, från att spara arbete till att utföra program, debugging och till och med e-postmeddelanden är alla beroende av tidsstämplar som kan vara ett problem om klockan på din dator körs för snabbt eller långsamt eftersom fel kan ganska ofta uppstå, speciellt om du kommunicerar med en annan dator eller enhet.

Lyckligtvis kan de flesta datorer lätt synkroniseras med en atomur vilket innebär att de kan vara korrekta, eftersom dessa kraftfulla tidsanpassade enheter så att alla uppgifter som utförs av din dator kan vara i perfekt synkronisitet med vilken enhet du kommunicerar med.

I de flesta PC-operativsystem är ett inbyggt protokoll (NTP) tillåter datorn att kommunicera med en tidsserver som är ansluten till en atomur. I de flesta versioner av Windows öppnas detta via inställningen för datum och tid (dubbelklickar klockan längst ned till höger).

Men för affärsmaskiner eller nätverk som kräver säker och korrekt tidssynkronisering är online-tidsservrar inte bara säkra eller noggranna för att säkerställa att ditt nätverk inte är sårbart för säkerhetsbrister.

Emellertid NTP-tidsservrar som tar emot tiden direkt från atomur är tillgängliga som kan synkronisera hela nätverk. Dessa enheter får en utsänd tidstämpel som distribueras av antingen nationella fysiklaboratorier eller via GPS-satellitnätverket.

NTP-servrar aktivera hela nätverk till alla har exakt synkroniserad tid som är lika exakt och säkert som det är mänskligt möjligt.

Atomur är mycket undervärderade tekniker deras utveckling har revolutionerat hur vi lever och arbetar och har gjort möjliga teknologier som skulle vara omöjliga utan dem.

Satellitnavigering, mobiltelefoner, GPS, internet, flygkontroll, trafikljus och även CCTV-kameror är beroende av ultra exakt timekeeping av en atomur.

Noggrannheten hos en atomur är oföränderlig med andra gången som håller enheter som de inte drifter med ännu en sekund i hundratusentals år.

Men atomklockor är stora känsliga enheter som behöver team av erfarna tekniker och optimala förhållanden som de som finns i ett fysiklaboratorium. Så hur kan alla dessa tekniker dra nytta av en atomurs hög precision?

Svaret är ganska enkelt, kontrollerna av atomklockor, vanligtvis nationella fysiklaboratorier, sänds via långvågradio, tiden signalerar att deras ultimata precisa klockor producerar.

För att ta emot dessa tidssignaler, servrar som använder tidssynkroniseringsprotokollet NTP (Network Time Protocol) används för att ta emot och distribuera dessa tidsstämplar.

NTP-tidsservrar, som ofta kallas nätverks-tidsservrar, är en säker och korrekt metod för att säkerställa att någon teknik körs med exakt klocktid. Dessa tidssynkroniseringsenheter kan synkronisera enskilda enheter eller hela nätverk av datorer, routrar och andra enheter.

NTP-servrar som använder GPS-signaler för att ta emot tiden från atomur-satelliterna används också vanligtvis. Dessa NTP GPS tid servrar är lika exakta som de som tar emot tiden från fysiklaboratorier, men använder den svagare, synfältet GPS-signal som deras källa.

GPS är inte den enda tekniken som är beroende av atomur. De höga nivån av noggrannhet som levereras av atomur används i andra avgörande teknologier som vi tar för givet varje dag.

Flygledning Inte bara är alla flygplan och flyglinjer nu utrustade med GPS för att göra det möjligt för piloter och markpersonal att få veta deras exakta plats, men atomklockor används också av flygledare som behöver exakta och noggranna mätningar och tid mellan flygplan.

Trafikljus och vägkonstruktionssystem - Trafikljus är ett annat system som bygger på klocktidpunkten. Noggrannhet och synkronisering är avgörande för trafikljussystem eftersom små fel i synkronisering kan leda till dödsolyckor.

Kongestionskameror och andra system som parkeringsmätare använder också klockor som underlag för deras tidsåtgärder, eftersom det förhindrar juridiska problem vid utfärdande av straffmeddelanden.

CCTV - Klockradio är en annan storskalig användare av atomur. CCTV-kameror används ofta i kampen mot brottslighet men som bevis är de ineffektiva i en domstol om inte tidsinformationen på CCTV-kameran kan bevisas vara korrekt. Underlåtenhet att göra det kan leda till att brottslingar släpper ut åtal eftersom det trots att kameraet identifierat beviset att det var vid tidpunkten och datumet för brottet inte kan klargöras utan noggrannhet och synkronisering.

Internet - Många av de applikationer vi nu överlåter till internet är bara möjliga tack vare atomur. Online-handel, internetbank och till och med online-auktionshus behöver alla noggrann och synkroniserad tid.

Föreställ dig att ta dina besparingar från ditt bankkonto bara att du kan dra tillbaka dem igen, eftersom en annan dator har en långsammare klocka eller föreställer sig att bjuda på en auktionswebbplats för att få ditt bud avvisat av ett bud som kom före din, eftersom det gjordes på en dator med en långsammare klocka.

Att använda atomklockor som källa för tiden är relativt rakt fram för många teknologier. Radiosignaler och även GPS-överföringarna kan användas som källa till klocktid och för datorsystem, protokollet NTP (Network Time Protocol) kommer att se till att alla nätverksstorlekar synkroniseras perfekt tillsammans. Tillägnad NTP-tidsservrar används över hela världen i teknik och applikationer som kräver exakt tid.

Atomur är de mest korrekta tidsåtgärderna som man känner till. Det exakthet är oföränderligt med andra klockor och kronometrar i det medan även den mest sofistikerade elektroniska klockan kommer att drivas med en sekund varje vecka eller två, mest moderna atomur kan fortsätta springa i tusentals år och inte förlora ens en bråkdel av en sekund.

Noggrannheten hos en atomur är ned till vad de använder som grund för tidsmätning. I stället för att förlita sig på en elektronisk ström som går genom en kristall som en elektronisk klocka använder en atomur en hyperfineövergång av en atom i två energiländer. Även om detta kan låta komplicerat, är det bara en oförklarlig efterklang som "fläckar" över 9 miljarder gånger varje sekund, varje sekund.

Men varför en sådan noggrannhet är verkligen nödvändig och vilken teknik används klockor i?

Det är genom att undersöka den teknik som använder atomklockor som vi kan se varför så höga noggrannhet krävs.

GPS - Satellitnavigering

Satellitnavigering är en stor bransch nu. En gång bara en teknik för militären och flygare, GPS-satellitnavigering används nu av trafikanter över hela världen. Den navigationsinformation som tillhandahålls av satellitnavigationssystem som GPS beror emellertid enbart på noggrannheten hos atomur.

GPS fungerar genom att triangulera flera tidssignaler som distribueras från atomur över GPS-satelliterna. Genom att träna när tidssignalen släpptes från satelliten kan satellitnavigationsmottagaren precis hur långt det är från satelliten och genom att använda flera signaler beräkna var det befinner sig i världen.

På grund av dessa tidssignaler reser sig vid ljusets hastighet kan bara en sekunds felaktighet inom tidssignalerna leda till att den poserande informationen är tusentals miles ut. Det är bevis på noggrannheten hos GPS-klockor Det är för närvarande en satellitnavigationsmottagare som är korrekt inom fem meter.

Atomen är inte en ny uppfinning. Utvecklat i 1950: s, den traditionella cesiumbaserade atomur har gett oss rätt tid i ett halvt sekel.

De cesium atomur har blivit grunden för vår tid - bokstavligen. De Internationellt system av enheter (SI) definierar en sekund som ett visst antal oscillationer av atomen cesium och atomklockor styr många av de teknologier som vi lever med en daglig användning: Internet, satellitnavigering, flygkontroll och trafikljus för att namnge men några.

Den senaste utvecklingen i optiska kväveklockor som använder enskilda atomer av metaller som aluminium eller strontium är dock tusentals gånger mer exakta än traditionella atomur. För att uttrycka detta i perspektiv kan den bästa cesiumatomklockan som används av institut som NIST (National Institute for Standards and Time) eller NPL (National Physical Laboratory) att styra världens globala tidsplan UTC (Coordinated Universal Time), är korrekt inom en sekund varje 100 miljoner år. Dessa nya kvadratiska optiska klockor är emellertid noggranna till en sekund varje 3.4 miljarder år - nästan lika länge som jorden är gammal.

För de flesta är deras enda möte med en atomur att få sin tidssignal är a nätverk tidsserver or NTP-enhet (Network Time Protocol) i syfte att synkronisera enheter och nätverk och dessa atomur-signaler genereras med användning av cesiumklokker.

Och tills världens forskare kan komma överens om en enda atom för att ersätta cesium och en enda klockdesign för att hålla UTC, kommer ingen av oss att kunna utnyttja denna otroliga noggrannhet.

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.

Någon nätverksadministratör berättar hur viktigt det är tidssynkronisering är för ett modernt datornätverk. Datorer är beroende av tiden för nästan allt, speciellt i dagens ålder av online-handel och global kommunikation där precisionen är nödvändig.

Att misslyckas med att säkerställa att datorerna synkroniseras korrekt kan leda till alla slags problem: dataförlust, säkerhetsproblem, oförmåga att genomföra tidskänsliga transaktioner och problemfelsökning kan alla orsakas av brist på eller inte tillräckligt med tidssynkronisering.

Men att säkerställa att varje dator på ett nätverk har exakt samma gång är enkelt tack vare två teknologier: atomur och NTP server (Network Time Protocol).

Atomur är extremt korrekta kronometrar. De kan hålla tid och inte driva med så mycket av en sekund i tusentals år och det är denna noggrannhet som har gjort möjliga teknologier och applikationer som satellitnavigering, onlinehandel och GPS.

Tidsynkronisering för datanätverk styrs av nätverks-tidsservern, vanligen kallad NTP-servern efter det tidssynkroniseringsprotokoll som de använder, Network Time Protocol.
När det gäller att välja en tidsserver, finns det egentligen bara två riktiga typer - radio referens NTP tidsserver och den GPS NTP tidsserver.

Radio referens tidsservrar tar emot tiden från långvågsöverföring sändning av fysik laboratorier som NIST i Nordamerika eller NPL i UK. Dessa överföringar kan ofta hämtas över hela ursprungslandet (och därefter), även om lokal topografi och störningar från andra elektriska enheter kan störa signalen.

GPS-tid-servrar, å andra sidan, använda satellitnavigationssignalen överförd från GPS-satelliter. GPS-överföringarna genereras av atomklockor ombord på satelliterna, så att de är en mycket exakt tidskälla precis som atomklockan genererad tid sänds av fysiklaboratorierna.

Bortsett från nackdelen med att ha en takantenn (GPS fungerar i synhåll, så är en klar bild av himlen nödvändig), kan GPS fås bokstavligen överallt på planeten.

Som båda typer av tidsserver kan ge en exakt källa till pålitlig tid, beslutet av vilken typ av tidsserver som ska baseras på tillgängligheten av långvågssignaler eller om det är möjligt att installera en tak-GPS-antenn.