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.

NTP (Network Time Protocol) är kanske det äldsta och mest använda protokollet som används av datorer, men det är förmodligen det minst förstådda.

NTP används av nästan alla datorer, nätverk och andra enheter som är involverade i kommunikation via internet eller interna nätverk. Det utvecklades i de allra allra första stadierna av internet när det blev uppenbart att en metod för att säkerställa noggrannhet över distans krävdes.

Protokollet fungerar genom att välja en enda källa, av vilken NTP har förmågan att fastställa exaktheten och tillförlitligheten hos, som den sedan distribuerar kring varje enhet på NTP-nätverket.

Varje apparat kontrolleras regelbundet mot denna referensklock och justeras om någon drift uppmärksammas. En version av NTP är nu installerad med praktiskt taget alla operativsystem som gör att någon maskin kan synkroniseras till en enda källa.

Självklart, om varje nätverk i världen valt en annan tidskälla som referens, skulle orsaken till all denna synkronisering gå förlorad.

Lyckligtvis har en global tidsplan baserad på ett internationellt konsortium av atomklockor utvecklats för att ge en enda källa för global synkronisering.

UTC (Coordinated Universal Time) används av datanätverk över hela världen som en tidsreferens, vilket innebär att en enhet som är synkroniserad med UTC med NTP synkroniseras i praktiken med varje nätverk som använder UTC som bastid.

Det finns många olika metoder som NTP kan komma åt UTC-tid. Internet är en vanlig plats även om det ger säkerhets- och brandväggsproblem. En säkrare (och exakt) metod är att använda en dedikerad NTP tidsserver Det tar tid från externa källor som GPS-nätverket (GPS fungerar genom att sända en atomklocka tidsstämpel som enkelt kan konverteras till UTC med en NTP-server).

Med NTP, en dedikerad tidsserver och tillgång till UTC kan ett helt nätverk synkroniseras inom några millisekunder av universaltiden, vilket ger ett säkert och korrekt nätverk som kan fungera i fullständig synkronitet med andra nätverk över hela världen.

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.

Synkronisering är avgörande för de flesta datanät. Timestamps är den enda referens som en dator kan använda för att analysera när och om processer eller applikationer är färdiga. Synkroniserade tidsstämplar är också viktiga för säkerhet, felsökning och felloggning.

Underlåtenhet att hålla ett nätverk tillräckligt synkroniserat kan leda till alla möjliga problem. Applikationer misslyckas med att börja, tidskänsliga transaktioner kommer att misslyckas och fel och dataförluster blir vanliga.

Men säkerställande av synkronisering oavsett storleken på nätverket är rakt framåt och inte dyrt, tack till den dedikerade nätverks-tidsservern och tidsprotokollet NTP.

Network Time Protocol (NTP)

NTP har funnits ännu längre än internet men är det mest använda synkroniseringsprotokollet tillgängligt. NTP är gratis att använda och gör synkronisering väldigt rakt framåt. Det fungerar genom att ta en enda källa (eller flera) och distribuera den bland nätverket. Det kommer att behålla höga noggrannhet även när den förlorar den ursprungliga tidssignalen och kan göra bedömningar på hur exakt varje gång referens.

NTP Time Server

Dessa kommer i flera former. För det första finns det ett antal virtuella tidsservrar över internet som distribuerar tid utan kostnad. Men eftersom de är internetbaserade tar ett nätverk risk för att en brandväggsport öppnas för denna kommunikation. Också det finns ingen kontroll över tidssignalen, så om det går ner (eller blir instabil eller helt felaktigt) kan ditt nätverk lämnas utan tillräcklig synkronisering.

Dedikerad NTP-tidsservrar använd GPS eller radio referenser för att ta emot tiden. Detta är mycket säkrare och som GPS- och radiosignaler som WWVB (från NIST) genereras av atomklockor där noggrannhet är oöverträffad.

Eftersom NTP-protokollet är hierarkiskt betyder det också att endast en dedikerad tidsserver måste användas för ett nätverk, oavsett storlek, eftersom andra enheter på nätverket kan fungera som tidsservrar efter att ha rece9frätt tiden från den primära NTP-server.

De National Physical Laboratory har meddelat planerat underhåll denna vecka (torsdag) vilket betyder att MSF60kHz-tiden och frekvenssignalen kommer att stängas tillfälligt för att underhållet ska kunna utföras i säkerhet vid Anthorns radiostation i Cumbria.

Normalt varar dessa schemalagda underhållsperioder bara några timmar och bör inte orsaka störningar för någon som lita på MSF-signalen för tidsapplikationer.
NTP (Network Time Protocol) är väl lämpad för dessa temporära förluster av signal och lite om ingen drift skulle upplevas av någon NTP tidsserver användaren.

Det finns emellertid vissa högnivåanvändare av nätverks-tidsservrar eller kan ha problem med exaktheten hos deras teknik under dessa schemalagda perioder utan signal. Det finns en annan lösning för att säkerställa en kontinuerlig, säker och lika korrekt tidssignal används alltid.

GPS, som oftast används för navigering och wayfinding det faktiskt en atomurbaserad teknik. Var och en av GPS-satelliterna sänder en signal från sin inbyggda atomur som används av satellitnavigationsenheter som utreder läget genom triangulering.

Dessa GPS-signaler kan också tas emot av a GPS NTP tidsserver. Precis som MSF eller andra radiosignaltidsservrar mottar den externa signalen från Anthorn-sändaren kan GPS-tidsservrarna få denna exakta och externa signal från satelliterna.

Till skillnad från radiosändningarna bör GPS aldrig gå ner men det kan ibland vara opraktiskt att ta emot signalen eftersom en GPS-antenn behöver en klar bild av himlen och bör därför helst vara på taket.

För dem som vill göra tvivelvis är det aldrig en period när en signal inte mottas av NTP-server, en dubbel tidsserver kan användas. Dessa plockar upp både radio och GPS-överföringar och NTP-demonen ombord beräknar den mest exakta tiden från dem båda.

En ökning av GPS-attackerna har orsakat viss oro bland det vetenskapliga samfundet. GPS, medan ett mycket noggrant och pålitligt system för överföring av tid och positiv information, är beroende av väldigt svaga signaler som hindras av störningar från jorden.

Både oavsiktlig störning, t.ex. från piratradiostationer eller avsiktlig avsiktlig jamming av brottslingar, är fortfarande sällsynt, men eftersom tekniken som kan hindra GPS-signaler blir mer lättillgänglig förväntas situationen förvärras.

Och även om effekterna av signalfel i GPS-systemet kan ha uppenbara resultat för personer som använder den för navigering (slutar på fel plats eller gå vilse) kan det få allvarligare och djupare följder för tekniken som bygger på GPS för tiden signaler.

Som så många tekniker bygger nu på GPS-tidssignaler från telefonnät, internet, bank- och trafikljus och till och med vårt elnät eventuellt signalfel, oavsett hur kort det är, kan orsaka allvarliga problem.

Huvudproblemet med GPS-signalen är att det är mycket svagt och som det kommer från rymdbundna satelliter, kan lite göras för att öka signalen så att någon liknande frekvens som sänds i ett lokalt område lätt kan dränka ut GPS.

GPS är dock inte den enda exakta och säkra metoden för att ta emot tiden från en klocka med klockan. Många nationella fysiklaboratorier från hela världen skickar atomvågssignaler via radiovågor (vanligtvis långvåg). I USA sänds dessa signaler av NIST (National Institute for Standards and Time (känd som WWVB) medan i Storbritannien är det MSF-signalen sänds av NPL (National Physical Laboratory).

Dual-tidsservrar som kan ta emot båda signalerna är tillgängliga och är en säkrare satsning för alla högteknologiska företag som inte har råd att riskera att förlora en tidssignal.

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.