Quando diamo uno sguardo ai nostri orologi o all'orologio dell'ufficio spesso diamo per scontato che il tempo che ci viene dato sia corretto. Potremmo notare se i nostri orologi sono dieci minuti veloci o lenti, ma prestate poca attenzione se sono un secondo o due fuori.

Eppure per migliaia di anni l'umanità ha fatto grandi passi per ottenere sempre più orologi precisi i cui benefici sono abbondanti oggi nella nostra era di navigazione satellitare, NTP server, Internet e comunicazioni globali.

Per capire come misurare il tempo in modo accurato, è prima importante capire il concetto di tempo stesso. Il tempo, così come è stato misurato sulla Terra per millenni, è un concetto diverso dal tempo stesso che, come Einstein ci ha informato, era parte della trama dell'universo stesso in quello che descriveva come uno spazio-tempo quadridimensionale.

Tuttavia, abbiamo misurato storicamente il tempo basato non sul passare del tempo stesso ma sulla rotazione del nostro pianeta in relazione al Sole e alla Luna. Un giorno è diviso in parti uguali (ore) 24 ciascuna delle quali è divisa in 60 minuti e il minuto è diviso in 60 secondi.

Tuttavia, è stato ora realizzato che misurare il tempo in questo modo non può essere considerato accurato poiché la rotazione della Terra varia da un giorno all'altro. Tutti i tipi di variabili come le forze di marea, gli uragani, i venti solari e persino la quantità di neve ai poli influenza la velocità della rotazione terrestre. Infatti, quando i dinosauri hanno iniziato a vagabondare per la Terra, la durata di un giorno misurata ora sarebbe stata solo di 22 ore.

Ora basiamo il nostro cronometraggio sulla transizione degli atomi usando orologi atomici con un secondo basato su periodi 9,192,631,770 della radiazione emessa dalla transizione iperfina di un atomo di cesio unionizzato nello stato fondamentale. Anche se questo può sembrare complicato, in realtà è solo un "tick" atomico che non si altera mai e quindi può fornire un riferimento estremamente preciso su cui basare il nostro tempo.

Gli orologi atomici usano questa risonanza atomica e possono mantenere un tempo così preciso che un secondo non si perde nemmeno tra un miliardo di anni. Le moderne tecnologie traggono vantaggio da questa precisione consentendo a molte delle comunicazioni e del commercio globale di trarre vantaggio da oggi con l'utilizzo della navigazione satellitare, NTP server e il controllo del traffico aereo che cambia il modo in cui viviamo le nostre vite.

In un'epoca di orologi atomici e il Server NTP il cronometraggio è ora più preciso che mai con una precisione sempre crescente che ha permesso molte delle tecnologie e dei sistemi che ora diamo per scontati.

Mentre il cronometraggio è sempre stato una preoccupazione dell'umanità, è stato solo negli ultimi decenni che la vera accuratezza è stata possibile grazie all'avvento del orologio atomico.

Prima del tempo atomico, gli oscillatori elettrici come quelli trovati nell'orologio digitale medio erano la misura del tempo più accurata e mentre gli orologi elettronici come questi sono molto più precisi dei loro predecessori - gli orologi meccanici, possono ancora andare alla deriva fino a un secondo alla settimana .

Ma perché il tempo deve essere così preciso, dopo tutto, quanto può essere importante un secondo? Nella vita quotidiana delle nostre vite, un secondo non è così importante e gli orologi elettronici (e anche quelli meccanici) forniscono un cronometraggio adeguato alle nostre esigenze.

Nella nostra vita di tutti i giorni un secondo fa poca differenza, ma in molte applicazioni moderne un secondo può essere un'età.

La moderna navigazione satellitare è un esempio. Questi dispositivi possono individuare una posizione in qualsiasi punto della terra entro pochi metri. Eppure possono farlo solo a causa della natura ultra-precisa degli orologi atomici che controllano il sistema mentre il segnale orario inviato dai satelliti di navigazione viaggia alla velocità della luce che è quasi 300,000 km al secondo.

Dato che la luce può percorrere una distanza così grande in un secondo qualsiasi orologio atomico che governa un sistema di navigazione satellitare a un solo secondo di distanza, il posizionamento sarebbe inaccurato di migliaia di miglia, rendendo inutilizzabile il sistema di posizionamento.

Esistono molte altre tecnologie che richiedono un'accuratezza simile e anche molti dei modi in cui commerciamo e comunichiamo. Scorte e azioni oscillano su e giù ogni secondo e il commercio globale richiede che tutti in tutto il mondo debbano comunicare usando lo stesso tempo.

La maggior parte delle reti di computer sono controllate usando a Server NTP (Network Time Protocol). Questi dispositivi consentono alle reti di computer di utilizzare tutti lo stesso orario UTC basato su orologio atomico (tempo universale coordinato). Utilizzando UTC tramite un server NTP, le reti di computer possono essere sincronizzate in pochi millisecondi l'una dall'altra.

Organizzazione degli strati

I livelli di strato descrivono la distanza tra un dispositivo e l'orologio di riferimento. Ad esempio un orologio atomico basato su un laboratorio di fisica o un satellite GPS è un dispositivo 0 stratificato. UN strato 1 device è un time server che riceve il tempo da uno stratum 0 device quindi qualsiasi dedicato Server NTP è lo strato 1. I dispositivi che ricevono il tempo dal server del tempo come computer e router sono dispositivi 2 stratum.

NTP può supportare fino a livelli di strato 16 e sebbene vi sia una riduzione dell'accuratezza, i livelli stratosferici più lontani sono progettati per consentire alle enormi reti di ricevere tutto il tempo da un singolo server NTP senza causare congestione della rete o un blocco nella larghezza di banda .

Quando si utilizza a Server NTP è importante non sovraccaricare il dispositivo con richieste di tempo in modo che la rete debba essere divisa con un numero selezionato di macchine che accettano richieste dal Server NTP (il produttore del server NTP può raccomandare il numero di richieste che può gestire). Questi dispositivi 2 di strato possono essere utilizzati come riferimenti temporali per altri dispositivi (che diventano dispositivi 3 stratum) su reti molto grandi che possono quindi essere utilizzati come riferimenti temporali stessi.

Qui a Sistemi di Galleon, uno dei principali fornitori europei di Server NTP sistemi, vorremmo augurare a tutti i nostri clienti, fornitori e anche ai nostri concorrenti un buon Natale e un felice anno nuovo. Speriamo che 2009 sia un anno di successo per tutti voi.

Il tempo preciso che utilizza gli orologi atomici è disponibile in tutta la Gran Bretagna e in alcune parti del nord Europa utilizzando il Segnale orario dell'orologio atomico MSF trasmesso da Cumbria, Regno Unito; fornisce la possibilità di sincronizzare l'ora su computer e altre apparecchiature elettriche.

Il segnale MSF del Regno Unito è gestito da NPL - il National Physical Laboratory. MSF ha un'alta potenza del trasmettitore (50,000 watt), un'antenna molto efficiente e una frequenza estremamente bassa (60,000 Hz). Per confronto, una tipica stazione radio AM trasmette ad una frequenza di 1,000,000 Hz. La combinazione di alta potenza e bassa frequenza fa sì che le onde radio di MSF rimbalzino molto, e questa singola stazione può quindi coprire gran parte della Gran Bretagna e parte dell'Europa continentale.

I codici temporali vengono inviati da MSF utilizzando uno dei sistemi più semplici possibili e con una velocità di trasmissione dati molto bassa di un bit al secondo. Il segnale 60,000 Hz viene sempre trasmesso, ma ogni secondo viene significativamente ridotto in potenza per un periodo di 0.2, 0.5 o 0.8 secondi: • 0.2 secondi di potenza ridotta significa uno zero binario • 0.5 secondi di potenza ridotta sono binari. • 0.8 secondi di potenza ridotta è un separatore. Il codice temporale viene inviato in formato BCD (codice binario decimale) e indica i minuti, le ore, il giorno dell'anno e l'anno, insieme alle informazioni sull'ora legale e sugli anni bisestili.

Il tempo viene trasmesso usando i bit 53 e i separatori 7, e quindi richiede 60 secondi per trasmettere. Un orologio o un orologio può contenere un'antenna e un ricevitore estremamente piccoli e relativamente semplici per decodificare le informazioni nel segnale e impostare il tempo dell'orologio in modo accurato. Tutto ciò che devi fare è impostare il fuso orario e l'orologio atomico visualizzerà l'ora corretta.

dedito time server che sono sintonizzati per ricevere il segnale orario MSF sono disponibili. Questi dispositivi si connettono a una rete di computer come qualsiasi altro server solo questi ricevono il segnale di temporizzazione e lo distribuiscono ad altre macchine sulla rete usando NTP (Network Time Protocol).

Per ricevere e distribuire e autenticare l'origine ora UTC ci sono attualmente due tipi di NTP server, il GPS server NTP e il server NTP di riferimento radio. Mentre entrambi questi sistemi distribuiscono l'UTC in modi identici, il modo in cui ricevono le informazioni sul tempo differisce.

A GPS NTP time server è una fonte ideale di tempo e frequenza perché può fornire tempi estremamente precisi in qualsiasi parte del mondo utilizzando componenti relativamente economici. Ogni satellite GPS trasmette in due frequenze L2 per uso militare e L1 per l'utilizzo da parte di civili trasmessi a 1575 MHz, le antenne e i ricevitori GPS a basso costo sono ora ampiamente disponibili.

Il segnale radio trasmesso dal satellite può passare attraverso le finestre, ma può essere bloccata da edifici quindi la posizione ideale per un'antenna GPS è su un tetto con una buona vista del cielo. I più satelliti può ricevere dal migliore è il segnale. Tuttavia, le antenne sul tetto possono essere soggette a fulmini o altre sovratensioni così un soppressore è altamente suggerisce installato in linea sul cavo GPS.

Anche il cavo tra l'antenna GPS e il ricevitore è fondamentale. La massima distanza percorribile da un cavo è normalmente solo per i misuratori 20-30, ma un cavo coassiale di alta qualità combinato con un amplificatore GPS posizionato in linea per aumentare il guadagno dell'antenna può consentire di superare i cavi del misuratore 100. Questo può fornire difficoltà nell'installazione in edifici più grandi se il server è troppo lontano dall'antenna.

Una soluzione alternativa è usare una radio referenziata NTP time server. Questi si basano su un numero di trasmissioni radio nazionali di tempo e frequenza che trasmettono l'ora UTC. In Gran Bretagna il segnale (chiamato MSF) è trasmesso dal National Physics Laboratory in Cumbria, che funge da riferimento temporale nazionale del Regno Unito, ci sono anche sistemi simili negli Stati Uniti (WWVB) e in Francia, Germania e Giappone.

Una radio basata Server NTP di solito consiste in un time server montabile su rack e un'antenna, costituita da una barra di ferrite all'interno di un involucro di plastica, che riceve l'ora della radio e la trasmissione di frequenza. Dovrebbe essere sempre montato orizzontalmente ad angolo retto verso la trasmissione per ottenere una potenza del segnale ottimale. I dati vengono inviati in impulsi, 60 al secondo. Questi segnali forniscono all'ora UTC una precisione di microsecondi 100, tuttavia il segnale radio ha una portata limitata ed è vulnerabile alle interferenze.

Le celebrazioni per il nuovo anno dovranno aspettare un altro secondo quest'anno, in quanto il servizio internazionale di rotazione e sistemi di riferimento della terra (IERS) ha deciso che 2008 avrà aggiunto il secondo salto.

IERS ha annunciato a Parigi a luglio che un secondo Leap positivo è stato aggiunto a 2008, il primo da dicembre 31, 2005. Leap Seconds è stato introdotto per compensare l'imprevedibilità della rotazione terrestre e per mantenere l'UTC (Coordinated Universal Time) con GMT (Greenwich Meantime).

Il nuovo extra extra verrà aggiunto l'ultimo giorno di quest'anno alle ore 23, 59 minuti e 59 secondi Coordinated Universal Time - 6: 59: 59 pm Eastern Standard Time. 33 Leap Seconds sono stati aggiunti da 1972

Server NTP i sistemi che controllano la sincronizzazione dell'ora sulle reti di computer sono tutti regolati da UTC (Coordinated Universal Time). Quando alla fine dell'anno viene aggiunto un secondo aggiuntivo, l'UTC verrà automaticamente modificato come secondo aggiuntivo. #

Se a Server NTP riceve un segnale orario da trasmissioni come MSF, WWVB o DCF o dalla rete GPS il segnale trasporterà automaticamente l'annuncio Leap Second.

Avviso di salto in secondo luogo dal servizio internazionale di rotazione e di riferimento dei sistemi di terra (IERS)

SERVIZIO INTERNATIONAL DE LA ROTATION TERRESTRE ET DES SYSTEMES DE REFERENCE

SERVICE DE LA ROTATION TERRESTRE
OSSERVATOIRE DE PARIS
61, Av. de l'Observatoire 75014 PARIS (Francia)
Tel. : 33 (0) 1 40 51 22 26
FAX: 33 (0) 1 40 51 22 91
e-mail: services.iers@obspm.fr
https://hpiers.obspm.fr/eop-pc

Parigi, 4 luglio 2008

Bollettino C 36

Alle autorità responsabili della misurazione e della distribuzione del tempo

UTC TIME STEP
sulla 1st di gennaio 2009

Un secondo salto positivo sarà introdotto alla fine di dicembre 2008.
La sequenza di date dei secondi marcatori UTC sarà:

2008 dicembre 31, 23h 59m 59s
2008 dicembre 31, 23h 59m 60s
2009 gennaio 1, 0h 0m 0s

La differenza tra UTC e TAI International Atomic Time è:

da 2006 gennaio 1, 0h UTC, a 2009 gennaio 1 0h UTC: UTC-TAI = - 33s
da 2009 gennaio 1, 0h UTC, fino a nuovo avviso: UTC-TAI = - 34s

I secondi di salto possono essere introdotti in UTC alla fine dei mesi di dicembre

A GPS ora del server è davvero un dispositivo di comunicazione. Il suo scopo è ricevere un segnale di temporizzazione e quindi distribuirlo tra tutti i dispositivi su una rete. I server del tempo sono spesso chiamati da cose diverse time server di rete, time server GPS, time server radio e server NTP.

La maggior parte dei server di tempo utilizza il protocollo NTP (Network Time Protocol). NTP è uno dei protocolli più vecchi di Internet ed è utilizzato dalla maggior parte delle macchine che utilizzano un server orario. NTP viene spesso installato, in una forma base, nella maggior parte dei sistemi operativi.

A GPS ora del server, come suggerisce il nome, riceve un segnale di temporizzazione dal Rete GPS. I satelliti GPS non sono altro che orologi orbitanti. A bordo di ogni satellite GPS è un orologio atomico. Il tempo ultra preciso di questo orologio è ciò che viene trasmesso dal satellite (insieme alla posizione del satellite).

Un sistema di navigazione satellitare funziona ricevendo il segnale orario da tre o più satelliti e calcolando la posizione dei satelliti e la lunghezza dei segnali per arrivare, può triangolare una posizione.

Un server di riferimento orario GPS necessita di meno informazioni e solo un satellite è necessario per ricevere un riferimento temporale. L'antenna di un server di tempo GPS riceverà un segnale di temporizzazione da uno dei satelliti in orbita 33 attraverso la linea di vista, quindi il posto migliore per riparare l'antenna è il tetto.

Più dedicato Time server NTP GPS richiede un buon 48 di ore per localizzare e ottenere una correzione costante su un satellite, ma una volta che lo hanno è raro che la comunicazione vada persa.

Il tempo trasmesso dai satelliti GPS è noto come tempo GPS e sebbene differisca dalla scala cronologica globale UTC (Coordinated Universal Time) poiché entrambi sono basati sul tempo atomico (TAI), il tempo GPS viene facilmente convertito dall'NTP.

Un time server GPS viene spesso definito come uno strato 1 NTP, uno strato 2 è una macchina che riceve l'ora dal server GPS. I dispositivi Stratum 2 e stratum 3 possono anche essere utilizzati come time server e in questo modo un singolo time server GPS può operare come sorgente di temporizzazione per una quantità illimitata di computer e dispositivi purché la gerarchia di NTP è seguito.

Gli orologi atomici sono l'apice dei dispositivi per il mantenimento del tempo. I moderni orologi atomici possono mantenere il tempo con una precisione tale che negli anni 100,000,000 (100 milioni) non perdono nemmeno un secondo nel tempo. A causa di questo alto livello di precisione, gli orologi atomici sono la base per i tempi del mondo.

Per consentire la comunicazione globale e le transazioni temporali come l'acquisto di pile e condivisioni di un tempo globale, basato sul tempo indicato dagli orologi atomici, è stato sviluppato in 1972. Questa scala cronologica, Coordinated Universal Time (UTC) è governata e controllata dal Ufficio internazionale dei pesi e misure (BIPM) che utilizzano una costellazione di oltre orologi atomici 230 dai laboratori 65 di tutto il mondo per garantire elevati livelli di precisione.

Gli orologi atomici si basano sulle proprietà fondamentali dell'atomo, noto come meccanica quantistica. La meccanica quantistica suggerisce che un elettrone (particella caricata negativamente) che orbita attorno al nucleo di un atomo possa esistere in diversi livelli o piani orbitali a seconda che assorbano o rilasciano la giusta quantità di energia. Una volta che un elettrone ha assorbito o rilasciato abbastanza energia in grado di "saltare" su un altro livello, questo è noto come salto quantico.

La frequenza tra questi due stati energetici è ciò che viene usato per mantenere il tempo. La maggior parte degli orologi atomici sono basati sull'atomo di cesio che ha periodi di radiazione 9,192,631,770 corrispondenti alla transizione tra i due livelli. A causa della precisione degli orologi al cesio, il BIPM considera ora un secondo definito come i cicli 9,192,631,770 dell'atomo di cesio.

Gli orologi atomici sono utilizzati in migliaia di diverse applicazioni in cui è essenziale un timing preciso. La comunicazione via satellite, il controllo del traffico aereo, il commercio via Internet e i GP richiedono tutti orologi atomici per mantenere il tempo. Gli orologi atomici possono anche essere usati come metodo di sincronizzazione delle reti di computer.

Una rete di computer che utilizza a NTP time server può utilizzare una trasmissione radio o i segnali trasmessi dai satelliti GPS (Global Positioning System) come fonte di temporizzazione. Il programma NTP (o demone) assicurerà quindi che tutti i dispositivi su quella rete saranno sincronizzati all'orario indicato dall'orologio atomico.

Utilizzando un Server NTP sincronizzato con un orologio atomico, una rete di computer può eseguire l'identico tempo universale coordinato di altre reti che consentono di effettuare transazioni time sensitive da tutto il mondo.

NTP (Network Time Protocol) è il protocollo di sincronizzazione temporale più utilizzato su Internet. Il motivo del suo successo è che è flessibile e molto preciso (oltre ad essere gratuito). NTP è anche organizzato in una struttura gerarchica che consente a migliaia di macchine di essere in grado di ricevere un segnale di temporizzazione da uno solo Server NTP.

Ovviamente, se un migliaio di macchine su una rete tentassero tutti di ricevere un segnale di temporizzazione dal server NTP allo stesso tempo, la rete diventerebbe un collo di bottiglia e il server NTP sarebbe reso inutilizzabile.

Per questo motivo, esiste lo strato dell'albero NTP. Nella parte superiore dell'albero si trova il server temporale NTP che è un dispositivo 1 di strato (un dispositivo 0 di strato è l'orologio atomico dal quale il server riceve il proprio tempo). Sotto il Server NTP, diversi server o computer ricevono informazioni sulla temporizzazione dal dispositivo 1 dello strato. Questi dispositivi fidati diventano server 2 stratosferici, che a loro volta distribuiscono le informazioni di temporizzazione a un altro livello di computer o server. Questi diventano quindi dispositivi 3 dello strato che a loro volta possono distribuire le informazioni di cronometraggio agli strati più bassi (strato 4, strato 5 ecc.).

In tutti gli NTP è possibile supportare fino a nove livelli di strato, anche se più distanti dal dispositivo 1 dello strato originale sono meno sincronizzati. Per un esempio di come è impostata la gerarchia NTP, vedere questo albero di fusto