Come con l'avanzata della tecnologia informatica che sembra aumentare esponenzialmente di capacità ogni anno, anche gli orologi atomici sembrano aumentare drasticamente nella loro accuratezza anno dopo anno.

Ora, quei pionieri della tecnologia degli orologi atomici, l'US National Institute of Standards Time (NIST), hanno annunciato di essere riusciti a produrre un orologio atomico con precisione due volte superiore a quella degli orologi precedenti.

L'orologio è basato su un singolo atomo di alluminio e il NIST sostiene che può rimanere preciso senza perdere un secondo in più di 3.7 miliardi di anni (all'incirca nello stesso periodo in cui la vita è esistita sulla Terra).

Il precedente orologio più accurato è stato ideato dalla tedesca Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ed era un orologio ottico basato su un atomo di stronzio ed era accurato per un secondo in oltre un miliardo di anni. Questo nuovo orologio atomico del NIST è anche un orologio ottico ma è basato su atomi di alluminio, che secondo la ricerca del NIST con questo orologio, è molto più accurato.

Gli orologi ottici usano i laser per mantenere gli atomi immobili e differiscono dai tradizionali orologi atomici usati dalle reti di computer NTP server (Network Time Protocol) e altre tecnologie basate sugli orologi delle fontane. Non solo questi tradizionali orologi da fontana usano il cesio come atomo di conservazione del tempo, ma al posto dei laser usano liquidi e vuoti super-raffreddati per controllare gli atomi.

Grazie al lavoro di NIST, PTB e del Regno Unito NPL (Gli orologi atomici del National Physical Laboratory) continuano ad avanzare in modo esponenziale, tuttavia questi nuovi orologi atomici ottici basati su atomi come l'alluminio, il mercurio e lo stronzio sono ben lungi dall'essere usati come base per UTC (Coordinated Universal Time).

L'UTC è governato da una costellazione di orologi a fontana al cesio che, pur essendo ancora precisi per un secondo negli anni 100,000, sono di gran lunga meno precisi di questi orologi ottici e sono basati su una tecnologia vecchia di oltre cinquant'anni. E sfortunatamente fino a quando la comunità scientifica mondiale non sarà d'accordo su un design di atomo e orologio da utilizzare a livello internazionale, questi orologi atomici precisi rimarranno solo un gioco della comunità scientifica.

La precisione sta diventando sempre più importante nelle moderne tecnologie e non più della precisione nel mantenimento del tempo. Da Internet alla navigazione satellitare, la sincronicità precisa e accurata è vitale nell'età moderna.

In effetti molte delle tecnologie che diamo per scontate nel mondo di oggi, non sarebbero possibili se non fosse per le macchine più accurate inventate - il orologio atomico.

Gli orologi atomici sono solo dispositivi di indicazione del tempo come altri orologi o orologi. Ma ciò che li contraddistingue è l'accuratezza che possono ottenere. Come esempio grezzo il tuo orologio meccanico standard, come una torre dell'orologio del centro città, andrà alla deriva fino a un secondo al giorno. Orologi elettronici come orologi digitali o radiosveglia sono più accurati. Questi tipi di orologio si spostano di un secondo in circa una settimana.

Tuttavia, quando si confronta la precisione di un orologio atomico in cui un secondo non sarà perso o guadagnato negli anni 100,000 o più, l'accuratezza di questi dispositivi è incomparabile.

Gli orologi atomici possono raggiungere questa precisione dagli oscillatori che usano. Quasi tutti i tipi di orologio hanno un oscillatore. In generale, un oscillatore è solo un circuito che scandisce regolarmente.

Gli orologi meccanici usano pendoli e molle per fornire un'oscillazione regolare mentre gli orologi elettronici hanno un cristallo (solitamente al quarzo) che, quando viene attraversata una corrente elettrica, fornisce un ritmo preciso.

Gli orologi atomici usano l'oscillazione degli atomi durante diversi stati energetici. Spesso il cesio 133 (e talvolta il rubidio) viene usato come oscillazione transitoria iperfina su 9 miliardi di volte al secondo (9,192,631,770) e questo non cambia mai. In effetti, il Sistema internazionale di unità (SI) ora considera ufficialmente un secondo tempo come 9,192,631,770 cicli di radiazione dall'atomo di cesio.

Gli orologi atomici forniscono la base per la scala cronologica globale del mondo - UTC (Coordinated Universal Time). E le reti di computer in tutto il mondo rimangono sincronizzate utilizzando segnali orari trasmessi da orologi atomici e rilevati NTP time server (Network Time Server).

Tutti noi ci affidiamo al tempo per pianificare le nostre giornate. Orologi da polso, orologi da parete e persino il lettore DVD ci dicono tutto il tempo ma, a volte, questo non è abbastanza accurato, soprattutto quando il tempo deve essere sincronizzato.

Esistono molte tecnologie che richiedono precisione estremamente precisa tra i sistemi, dalla navigazione satellitare a molte applicazioni Internet, il tempo preciso sta diventando sempre più importante.

Tuttavia, raggiungere la precisione non è sempre semplice, soprattutto nelle moderne reti di computer. Mentre tutti i sistemi di computer hanno orologi incorporati, questi non sono pezzi di tempo precisi ma oscillatori a cristallo standard, la stessa tecnologia utilizzata in altri orologi elettronici.

Il problema di affidarsi a orologi di sistema come questo è che sono inclini alla deriva e su una rete composta da centinaia o migliaia di macchine, se gli orologi stanno andando alla deriva ad una velocità diversa - il caos può presto verificarsi. Le e-mail vengono ricevute prima che vengano inviate e le applicazioni critiche per il tempo non riescono.

Gli orologi atomici sono i pezzi di tempo più accurati in giro ma questi sono strumenti di laboratorio su larga scala e sono poco pratici (e molto costosi) per essere usati dalle reti di computer.

Tuttavia, i laboratori di fisica come il Nord America NIST (National Institute of Standards and Time) hanno orologi atomici da cui trasmettono segnali orari. Questi segnali orari possono essere utilizzati dalle reti di computer ai fini della sincronizzazione.

In Nord America, viene chiamato il codice temporale trasmesso dal NIST WWVB e viene trasmesso da Boulder, in Colorado, sull'onda lunga di 60Hz. Il codice temporale contiene l'anno, il giorno, l'ora, i minuti, il secondo e, dato che è una fonte di UTC, qualsiasi secondo intercalare aggiunto per garantire la parità con la rotazione della Terra.

Ricevere il segnale WWVB e utilizzarlo per sincronizzare una rete di computer è semplice. I server orari della rete di riferimento radio possono ricevere questa trasmissione in tutto il Nord America e utilizzando il protocollo NTP (Network Time Protocol).

Un dedicato NTP time server in grado di ricevere il segnale WWVB è in grado di sincronizzare centinaia e persino migliaia di dispositivi diversi con il segnale WWVB assicurando che ognuno sia entro pochi millisecondi di UTC.

Gli orologi atomici sono il massimo in termini di dispositivi di cronometraggio. La loro accuratezza è incredibile in quanto un orologio atomico non andrà alla deriva di neanche un secondo nell'arco di un milione di anni, e quando questo viene confrontato con i successivi migliori cronometri, come un orologio elettronico che può andare alla deriva di un secondo in una settimana, un orologio atomico è incredibilmente più preciso.

Gli orologi atomici sono usati in tutto il mondo e sono il cuore di molte tecnologie moderne che rendono possibile una moltitudine di applicazioni che diamo per scontate. Il trading su Internet, la navigazione satellitare, il controllo del traffico aereo e le operazioni bancarie internazionali sono tutte industrie su cui si basa molto

Governano anche la scala cronologica del mondo, UTC (Coordinated Universal Time), che è mantenuta fedele da una costellazione di questi orologi (anche se l'UTC deve essere adattato per contenere il rallentamento della rotazione della Terra aggiungendo secondi bisestili).

Spesso le reti di computer devono essere sincronizzate con l'UTC. Questa sincronizzazione è di vitale importanza nelle reti che conducono transazioni sensibili al fattore tempo o richiedono elevati livelli di sicurezza.

Una rete di computer senza sincronizzazione temporale adeguata può causare numerosi problemi, tra cui:

Perdita di dati

• Difficoltà nell'identificazione e nella registrazione degli errori
• Aumento del rischio di violazioni della sicurezza.
• Impossibile eseguire transazioni sensibili al tempo

Per questi motivi, molte reti di computer devono essere sincronizzate con una sorgente di UTC e mantenute il più accurate possibile. E anche se gli orologi atomici sono grandi dispositivi ingombranti tenuti nei confini dei laboratori di fisica, utilizzarli come fonte di tempo è incredibilmente semplice.

Network Time Protocol (NTP) è un protocollo software progettato esclusivamente per la sincronizzazione di reti e sistemi informatici e utilizzando a server NTP dedicato il tempo da un orologio atomico può essere ricevuto dal server del tempo e distribuito sulla rete usando NTP.

NTP server uso le frequenze radio e più comunemente i segnali dei satelliti GPS per ricevere i segnali di temporizzazione dell'orologio atomico che vengono poi diffusi attraverso la rete con NTP regolando regolarmente ciascun dispositivo per garantire che sia il più preciso possibile.

Utenti del National Physical Laboratory (NPL) I segnali di frequenza e frequenza MSF sono probabilmente consapevoli del fatto che il segnale viene occasionalmente disattivato per la manutenzione programmata.

NPL ha pubblicato la manutenzione programmata per 2010 in cui il segnale verrà temporaneamente disattivato. Di solito i tempi di fermo programmati durano meno di quattro ore ma gli utenti devono essere consapevoli del fatto che, mentre NPL e VT Communications, che servono l'antenna, fanno ogni sforzo per garantire che il trasmettitore sia spento per un breve periodo di tempo possibile, potrebbero esserci dei ritardi .

E mentre NPL piace garantire che tutti gli utenti del segnale MSF abbiano avanzato avviso di possibili interruzioni, riparazioni di emergenza e altri problemi possono portare a interruzioni non programmate. Qualsiasi utente che riceve problemi nel ricevere il segnale MSF dovrebbe controllare Sito Web NPL in caso di manutenzione non programmata prima di contattare il fornitore del server orario.

Le date e le ore dei periodi di manutenzione programmata per 2010 sono le seguenti:

* 11 March 2010 da 10: 00 UTC a 14: 00 UTC

* 10 June 2010 da 10: 00 BST a 14: 00 BST (UTC + 1 hr)

* 9 settembre 2010 da 10: 00 BST a 14: 00 BST (UTC + 1 h)

* 9 dicembre 2010 da 10: 00 UTC a 14: 00 UTC

Poiché queste interruzioni pianificate non dovrebbero richiedere più di quattro ore, gli utenti dei server di riferimento di MSF non dovrebbero notare alcuna diminuzione dell'accuratezza della loro rete, in quanto il loro tempo non dovrebbe essere sufficiente per la deriva di qualsiasi dispositivo.

Tuttavia, per quegli utenti preoccupati per la precisione o richiedono un NTP time server (Network Time Server) che non soccombe alle interruzioni regolari, potrebbero voler considerare di investire in un GPS ora del server.

I server di riferimento GPS ricevono l'ora dai satelliti di navigazione orbitanti. Poiché sono disponibili in qualsiasi parte del mondo e i segnali non scendono mai per interruzioni, possono fornire un segnale orario preciso e preciso (l'ora GPS non è la stessa di UTC ma è facilmente convertita da NTP poiché è esattamente 17 secondi indietro a causa dei secondi bisestili aggiunto a UTC e non al GPS).

La sincronizzazione delle moderne reti di computer è di vitale importanza per una moltitudine di ragioni e grazie al protocollo temporale NTP (Network Time Protocol) questo è relativamente semplice.

NTP è un protocollo algoritmico che analizza il tempo su diversi computer e lo confronta con un riferimento temporale singolo e regola ciascun clock per la deriva per garantire la sincronizzazione con la sorgente del tempo. NTP è così capace in questo compito che una rete sincronizzata usando il protocollo può realisticamente ottenere una precisione millisecondo.

Scelta dell'origine dell'orario

Quando si tratta di stabilire un riferimento temporale, non c'è alternativa che trovare una fonte di UTC (Coordinated Universal Time). UTC è la scala cronologica globale, utilizzata in tutto il mondo come un'unica scala cronologica dalle reti di computer. UTC è tenuto accurato da una costellazione di orologi atomici in tutto il mondo.

Sincronizzazione con UTC

Il metodo più basilare per la ricezione dell'origine ora UTC consiste nell'utilizzare un server orario 2 di strato. Questi sono considerati come 2 quando distribuiscono il tempo dopo averlo ricevuto da a Server NTP (strato 1) che è collegato a un orologio atomico (strato 0). Sfortunatamente questo non è il metodo più accurato per ricevere UTC a causa di la distanza che i dati devono percorrere dall'host al cliente.

Ci sono anche problemi di sicurezza nell'utilizzo di una sorgente 2 di Internet stratum in cui la porta UDP del firewall 123 deve essere lasciata aperta per ricevere il codice temporale, ma questa apertura del firewall può, ed è stata, sfruttata dagli utenti malintenzionati.

Server NTP dedicati

Dedicato time server NTP, spesso definiti server di rete, sono il metodo più preciso e sicuro per sincronizzare una rete di computer. Funzionano esternamente alla rete quindi non ci sono problemi con il firewall. Questi dispositivi 1 di strato ricevono il tempo UTC direttamente da una sorgente di clock atomico mediante trasmissioni radio a onde lunghe o Rete GPS (Global Positioning System). Mentre questo richiede un'antenna, che nel caso del GPS deve essere posizionata su un tetto, il server del tempo stesso sincronizzerà automaticamente centinaia e addirittura migliaia di dispositivi diversi sulla rete.

Cronometraggio Accurate se piuttosto spesso trascurato come una priorità per gli amministratori di rete, molti rischiano sia la sicurezza che la perdita di dati non assicurando che le loro reti siano sincronizzate nel modo più preciso possibile.

I computer hanno i propri orologi hardware, ma questi sono spesso semplici oscillatori elettronici come quelli esistenti negli orologi digitali e sfortunatamente questi orologi di sistema sono soggetti a deriva, spesso anche di alcuni secondi in una settimana.

L'esecuzione di diverse macchine su una rete che hanno tempi diversi, anche solo di pochi secondi, può causare il caos in quanto così tante attività del computer si basano sul tempo. Il tempo, sotto forma di timestamp, è l'unico computer di riferimento utilizzato per distinguere tra diversi eventi e il fallimento di sincronizzare con precisione una rete può portare a tutti i tipi di problemi indicibili.

Ecco alcuni dei principali motivi per cui la tua rete dovrebbe essere sincronizzata usando Network Time Protocol, prefasibilmente con a NTP time server.

Backup dei dati - fondamentale per salvaguardare i dati in qualsiasi azienda o organizzazione, la mancanza di sincronizzazione può portare non solo a fallire il backup, ma a versioni più vecchie di file che sostituiscono versioni più moderne.

Attacchi malevoli - non importa quanto sia sicura una rete, qualcuno, da qualche parte, potrà accedere alla rete, ma senza una sincronizzazione accurata potrebbe diventare impossibile scoprire quali compromessi sono stati effettuati e inoltre consentire agli utenti non autorizzati di avere più tempo all'interno di una rete per devastare.

Registrazione errori - quando si verificano errori, e inevitabilmente lo fanno, i registri di sistema contengono tutte le informazioni per identificare e correggere i problemi. Tuttavia, se i registri di sistema non sono sincronizzati a volte può essere impossibile capire cosa è andato storto e quando.

Trading Online - L'acquisto e la vendita su Internet è ormai all'ordine del giorno e in alcune aziende migliaia di transazioni online sono condotte ogni secondo, dalla prenotazione del posto all'acquisto di azioni e alla mancanza di sincronizzazione accurata può provocare tutti i tipi di errori nel trading online, come gli oggetti acquistati o venduti più di una volta.

Conformità e legalità - Molti sistemi di regolamentazione industriale richiedono un metodo di controllo verificabile e accurato. Una rete non sincronizzata sarà inoltre vulnerabile a problemi legali poiché l'ora esatta in cui si presume che un evento si sia verificato non può essere dimostrata.

Quando hai contato il capodanno per segnare l'inizio dell'anno successivo hai iniziato da 10 o 11? La maggior parte dei festaioli avrebbe fatto il conto alla rovescia da dieci, ma quest'anno sarebbero stati prematuri perché c'era un secondo in più aggiunto l'anno scorso - il secondo bisestile.

I secondi di salto vengono normalmente inseriti una o due volte l'anno (normalmente a Capodanno e a giugno) per garantire la scala temporale globale UTC (Coordinated Universal Time) coincide con il giorno astronomico.

I secondi di salto sono stati utilizzati da quando UTC è stato implementato per la prima volta e sono il risultato diretto della nostra accuratezza nel cronometraggio. Il problema è che moderno orologi atomici sono dispositivi di indicazione del tempo molto più precisi rispetto alla terra stessa. È stato notato quando gli orologi atomici sono stati sviluppati per la prima volta che la lunghezza di un giorno, una volta pensata per essere esattamente 24 ore, variava.

Le variazioni sono causate dalla rotazione terrestre che è influenzata dalla gravità della luna e dalle forze di marea della Terra, che rallentano minutamente la rotazione terrestre.

Questo rallentamento rotazionale, mentre è solo minuscolo, se non viene controllato, il giorno dell'UTC andrebbe presto alla deriva nella notte astronomica (anche se in diverse migliaia di anni).

La decisione sulla necessità di un secondo bisestile è il mandato del servizio internazionale di rotazione della terra (IERS), tuttavia, i secondi di salto non sono popolari con tutti e possono causare potenziali problemi quando vengono introdotti.

UTC è usato da NTP time server (Network Time Protocol) come riferimento temporale per sincronizzare reti di computer e altre tecnologie e l'interruzione di secondi Leap può causare non è considerata la seccatura.

Tuttavia, altri, come gli astronomi, sostengono che non riuscire a mantenere l'UTC in linea con il giorno astronomico renderebbe quasi impossibile lo studio dei cieli.

L'ultimo secondo inserito prima di questo era in 2005, ma ci sono stati un totale di 23 secondi aggiunti a UTC da 1972.

Continua ...

Tuttavia, ci sono alcune occasioni in cui un time server può perdere la connessione con l'orologio atomico e non ricevere il codice temporale per un periodo prolungato di tempo. A volte ciò può dipendere dal tempo di inattività dei controller dell'orologio atomico per la manutenzione o dal fatto che le interferenze vicine stanno bloccando la trasmissione.

Ovviamente più lungo è il segnale è giù più potenziale deriva potrebbe verificarsi sulla rete come l'oscillatore di cristallo nel Server NTP è l'unica cosa che tiene il tempo. Per la maggior parte delle applicazioni questo non dovrebbe mai essere un problema in quanto il periodo più lungo di downtime non è normalmente più di tre o quattro ore e il server NTP non sarebbe andato alla deriva di molto in quel momento e il verificarsi di questo downtime è abbastanza raro (forse una volta o due volte all'anno).

Tuttavia, per alcune applicazioni di fascia alta estremamente precise, gli oscillatori a cristallo di rubidio stanno iniziando a essere utilizzati in quanto non si spostano tanto quanto il quarzo. Rubidio (spesso usato in orologi atomici loro stessi invece del cesio) è molto più preciso di un oscillatore rispetto al quarzo e fornisce una migliore precisione per quando non c'è segnale a a NTP time server consentendo alla rete di mantenere un tempo più preciso.

Il rubidio stesso è un metallo alcalino, simile nelle proprietà del potassio. È leggermente radioattivo, sebbene non costituisca un rischio per la salute umana (ed è spesso usato nell'imaging medico iniettandolo in un paziente). Ha un'emivita di 49 miliardi di anni (il tempo necessario per decadere della metà - in confronto alcuni dei materiali radioattivi più letali hanno un'emivita di meno di un secondo).

L'unico vero pericolo rappresentato dal rubidio è che reagisce piuttosto violentemente all'acqua e può causare un incendio

Gli oscillatori sono stati essenziali nello sviluppo di orologi e cronologia. Gli oscillatori sono solo circuiti elettronici che producono un segnale elettronico ripetitivo. Spesso i cristalli come il quarzo vengono utilizzati per stabilizzare la frequenza dell'oscillazione,

Gli oscillatori sono la tecnologia principale dietro gli orologi elettronici. Gli orologi digitali e l'orologio analogico alimentato a batteria sono tutti controllati da un circuito oscillante che di solito contiene un cristallo di quarzo.

E mentre gli orologi elettronici sono molte volte più accurati di un orologio meccanico, un oscillatore al quarzo andrà ancora alla deriva di un secondo o due alla settimana.

Gli orologi atomici ovviamente sono molto più accurati. Tuttavia, usano comunque oscillatori, più comunemente cesio o rubidio, ma lo fanno in uno stato iper fine spesso congelato in azoto liquido o elio. Questi orologi rispetto agli orologi elettronici non andranno alla deriva di un secondo nemmeno tra un milione di anni (e con i più moderni orologi atomici 100 milioni di anni).

Per utilizzare questa precisione cronologica un server orario di rete che utilizza NTP (Network Time Protocol) può essere utilizzato per sincronizzare reti complete di computer. NTP server utilizzare un segnale orario dal GPS o dalla radio a onde lunghe che proviene direttamente da un orologio atomico (nel caso del GPS l'ora viene generata in un orologio a bordo del satellite GPS).

NTP server controlla continuamente questa fonte di tempo e poi aggiusta i dispositivi su una rete per abbinarli. Tra un sondaggio e l'altro (ricevendo la sorgente del tempo) viene utilizzato un oscillatore standard dal server del tempo per mantenere il tempo. Normalmente questi oscillatori sono al quarzo ma poiché il server del tempo è in comunicazione regolare con l'orologio atomico, ogni minuto o due, la deriva normale di un oscillatore al quarzo non è un problema poiché pochi minuti tra i sondaggi non portano a nessuna deriva misurabile.

To be continued ...