GPS is niet de enige technologie die afhankelijk is van atoomklokken. De hoge mate van nauwkeurigheid die wordt geleverd door atoomklokken worden gebruikt in andere cruciale technologieën die we elke dag als vanzelfsprekend beschouwen.

Luchtverkeersleiding Niet alleen zijn alle vliegtuigen en vliegtuigen nu uitgerust met GPS, zodat piloten en grondpersoneel hun exacte locatie weten, maar atoomklokken worden ook gebruikt door luchtverkeersleiders die nauwkeurige en nauwkeurige metingen en tijd tussen vliegtuigen nodig hebben.

Verkeerslichten en wegcongestiesystemen - Verkeerslichten zijn een ander systeem dat afhankelijk is van atoomkloktiming. Nauwkeurigheid en synchronisatie zijn van vitaal belang voor verkeerslichtsystemen omdat kleine synchronisatiefouten kunnen leiden tot dodelijke ongevallen.

Congestiecamera's en andere systemen zoals parkeermeters maken ook gebruik van atoomklokken als basis voor hun tijdregistratie omdat dit juridische problemen bij het maken van strafmeldingen voorkomt.

CCTV - Gesloten televisiecircuits is een andere grootschalige gebruiker van atoomklokken. CCTV-camera's worden vaak gebruikt in de strijd tegen criminaliteit, maar als bewijsmateriaal zijn ze niet effectief in een rechtbank, tenzij kan worden aangetoond dat de timinginformatie op de CCTV-camera juist is. Als dit niet gebeurt, kan dit ertoe leiden dat criminelen aan vervolging ontsnappen, omdat het bewijs dat het op het tijdstip en de datum van het misdrijf was, ondanks de identificatie door de camera niet kan worden verduidelijkt zonder nauwkeurigheid en synchronisatie.

Internet - Veel van de applicaties die we nu aan het internet toevertrouwen, worden alleen mogelijk gemaakt dankzij atoomklokken. Online handelen, internetbankieren en zelfs online veilinghuizen hebben allemaal behoefte aan nauwkeurige en gesynchroniseerde tijd.

Stelt u zich eens voor dat u uw spaargeld van uw bankrekening alleen neemt als u merkt dat u ze weer kunt opnemen, omdat een andere computer een langzamere klok heeft of zich alleen aanbiedt op een internetveilingsite om uw bod te laten afwijzen door een bod dat vóór u kwam omdat het op een computer met een langzamere klok.

Het gebruik van atoomklokken als bron voor tijd is relatief eenvoudig voor veel technologieën. Radiosignalen en zelfs de GPS-uitzendingen kunnen worden gebruikt als een bron van atoomkloktijd en voor computersystemen, het protocol NTP (Network Time Protocol) zorgt ervoor dat elk groot netwerk perfect op elkaar wordt afgestemd. Dedicated NTP tijdservers worden over de hele wereld gebruikt in technologieën en toepassingen die een precieze tijd vereisen.

Atoomklokken zijn de meest nauwkeurige tijdwaarnemingssystemen die de mens kent. Hun nauwkeurigheid is onvergelijkbaar met andere klokken en chronometers, terwijl zelfs de meest geavanceerde elektronische klok elke week of twee met een seconde zal afdrijven, de meest moderne atoomklokken kan duizenden jaren blijven draaien en zelfs een fractie van een seconde niet verliezen.

De nauwkeurigheid van een atoomklok komt overeen met wat ze gebruiken als basis voor tijdmeting. In plaats van te vertrouwen op een elektronische stroom die door een kristal loopt, zoals een elektronische klok, gebruikt een atoomklok de hyperfijne overgang van een atoom in twee energietoestanden. Hoewel dit misschien gecompliceerd klinkt, is het gewoon een onwankelbare nagalm die 9 miljard keer per seconde, elke seconde 'overhaalt'.

Maar waarom zo'n nauwkeurigheid echt nodig en in welke technologieën worden atoomklokken gebruikt?

Het is door de technologieën te onderzoeken die gebruikmaken van atoomklokken, die we kunnen zien waarom zulke hoge nauwkeurigheidsniveaus vereist zijn.

GPS - Satellietnavigatie

Satellietnavigatie is nu een enorme industrie. Eens slechts een technologie voor militairen en vliegeniers, wordt GPS-satellietnavigatie nu gebruikt door weggebruikers over de hele wereld. De navigatie-informatie van satellietnavigatiesystemen zoals GPS is echter uitsluitend afhankelijk van de nauwkeurigheid van atoomklokken.

GPS werkt door triangulatie van verschillende tijdsignalen die worden uitgevoerd vanaf atoomklokken aan boord van de GPS-satellieten. Door uit te werken wanneer het timingsignaal uit de satelliet werd vrijgegeven, kan de satellietnavigatie-ontvanger precies aangeven hoe ver weg het van de satelliet is en met behulp van meerdere signalen berekenen waar het zich in de wereld bevindt.

Omdat deze timingsignalen met de snelheid van het licht bewegen, kan slechts één seconde onnauwkeurigheid binnen de tijdsignalen ertoe leiden dat de informatie die wordt uitgezonden duizenden kilometers ver weg is. Het is een bewijs van de nauwkeurigheid van GPS-atoomklokken dat op dit moment een ontvanger voor satellietnavigatie tot op vijf meter nauwkeurig is.

Procedure

U ontvangt een e-mail van STO Garant (info@sto-garant.nl) met informatie over het voldoen van de betaling voor uw boeking. Voor alle boekingen geldt dat het volledige boekingsbedrag voor aanvang van de boeking betaald dient te zijn aan de derdengeldenrekening. National Physical Laboratory heeft deze week (donderdag) gepland onderhoud aangekondigd, wat betekent dat het MSF60kHz tijd- en frequentiesignaal tijdelijk zal worden uitgeschakeld om het onderhoud veilig te laten verlopen op het Anthorn radiostation in Cumbria.

Normaal gesproken duren deze geplande onderhoudsperioden slechts enkele uren en mogen ze geen overlast veroorzaken voor iedereen die vertrouwt op het MSF-signaal voor timingtoepassingen.
NTP (Network Time Protocol) is goed geschikt voor deze tijdelijke signaalverliezen en weinig als er geen drift door zou moeten worden ervaren NTP tijdserver gebruiker.

Er zijn echter een aantal gebruikers op hoog niveau van netwerktijdservers of kunnen zich zorgen maken over de nauwkeurigheid van hun technologie tijdens deze geplande perioden zonder signaal. Er is nog een andere oplossing om te zorgen dat er altijd een continu, veilig en even nauwkeurig tijdsignaal wordt gebruikt.

GPS, meestal gebruikt voor navigatie en bewegwijzering, het is eigenlijk een op atomaire klokken gebaseerde technologie. Elk van de GPS-satellieten zendt een signaal uit vanaf hun ingebouwde atoomklok die wordt gebruikt door satellietnavigatieapparaten die de locatie door middel van triangulatie uitwerken.

Deze GPS-signalen kunnen ook worden ontvangen door een GPS NTP tijdserver. Net zoals MSF of andere radiosignaaltijdservers het externe signaal van de Anthorn-zender ontvangen, kunnen GPS-tijdservers dit nauwkeurige en externe signaal van de satellieten ontvangen.

In tegenstelling tot de radio-uitzendingen mag GPS nooit dalen, hoewel het soms onpraktisch kan zijn om het signaal te ontvangen, omdat een GPS-antenne een duidelijk zicht op de lucht nodig heeft en daarom bij voorkeur op het dak moet staan.

Voor degenen die er dubbel zeker van willen zijn dat er nooit een periode is waarin een signaal niet wordt ontvangen door de NTP-server, een dubbele tijdserver kan worden gebruikt. Deze halen zowel radio- als GPS-uitzendingen op en de onboard NTP-daemon berekent de meest nauwkeurige tijd van beide.

Een toename van GPS-aanvallen veroorzaakt enige bezorgdheid onder de wetenschappelijke gemeenschap. GPS, terwijl een zeer nauwkeurig en betrouwbaar systeem voor het verzenden van tijd en positie-informatie, vertrouwt op zeer zwakke signalen die worden gehinderd door interferentie van de aarde.

Zowel onopzettelijke interferentie, zoals van piratenradiostations of opzettelijk opzettelijk 'vastlopen' door criminelen, is nog steeds zeldzaam, maar omdat de technologie die GPS-signalen kan belemmeren sneller beschikbaar wordt, wordt de situatie naar verwachting nog erger.

En hoewel de gevolgen van signaalstoring van het GPS-systeem voor de hand liggende resultaten kunnen hebben voor mensen die het gebruiken voor navigatie (op de verkeerde locatie terechtkomen of verdwalen), kan dit ernstige en diepgaande gevolgen hebben voor de technologieën die voor tijd van GPS afhankelijk zijn signalen.

Zoals zoveel technologieën nu vertrouwen GPS-timingsignalen van telefoonnetwerken, internet, bank- en verkeerslichten en zelfs ons elektriciteitsnet kan elke signaalstoring, hoe kort ook, tot ernstige problemen leiden.

Het grootste probleem met het GPS-signaal is dat het erg zwak is en omdat het afkomstig is van ruimtegebonden satellieten, kan er weinig worden gedaan om het signaal te versterken, zodat elke vergelijkbare frequentie die in een lokaal gebied wordt uitgezonden gemakkelijk GPS kan overstemmen.

GPS is echter niet de enige nauwkeurige en veilige methode om de tijd van een atoomklokbron te ontvangen. Veel nationale fysica laboratoria van over de hele wereld zenden atoomkloksignalen uit via radiogolven (meestal lange golf). In de VS worden deze signalen uitgezonden door NIST (National Institute for Standards and Time (bekend als WWVB) terwijl in het VK het AZG-signaal wordt uitgezonden door NPL (Nationaal Fysisch Laboratorium).

Dual time servers die kan ontvangen beide signalen zijn beschikbaar en zijn een veiligere weddenschap voor een high-tech bedrijf dat zich niet kan veroorloven om het risico te lopen een tijdsignaal te verliezen.

De atoomklok is geen recente uitvinding. Ontwikkeld in de 1950's, biedt de traditionele cesium-gebaseerde atoomklok ons ​​nauwkeurige tijd voor een halve eeuw.

Procedure

U ontvangt een e-mail van STO Garant (info@sto-garant.nl) met informatie over het voldoen van de betaling voor uw boeking. Voor alle boekingen geldt dat het volledige boekingsbedrag voor aanvang van de boeking betaald dient te zijn aan de derdengeldenrekening. cesium-atoomklok is het fundament van onze tijd geworden - letterlijk. De Internationaal systeem van eenheden (SI) definieer een seconde als een bepaald aantal oscillaties van het atoom cesium en atoomklokken beheersen veel van de technologieën die we dagelijks gebruiken: internet, satellietnavigatie, luchtverkeersleiding en verkeerslichten om maar een naam te geven een paar.

Recente ontwikkelingen in optische quantumklokken die gebruikmaken van enkele atomen van metalen zoals aluminium of strontium, zijn duizenden malen nauwkeuriger dan traditionele atoomklokken. Om dit in perspectief te plaatsen, de beste cesium-atoomklok zoals gebruikt door instituten zoals NIST (National Institute for Standards and Time) of NPL (National Physical Laboratory) om de wereldwijde tijdschaal van de wereld te besturen. GMT (Coordinated Universal Time), is nauwkeurig tot binnen een seconde per 100 miljoen jaar. Deze nieuwe quantum-optische klokken zijn echter elke 3.4 miljard jaar nauwkeurig tot een seconde - bijna net zo lang als de aarde oud is.

Voor de meeste mensen ontvangt hun enige ontmoeting met een atoomklok zijn tijdsignaal a netwerktijdserver or NTP-apparaat (Network Time Protocol) voor het synchroniseren van apparaten en netwerken en deze atoomkloksignalen worden gegenereerd met cesiumklokken.

En totdat de wetenschappers van de wereld een enkel atoom kunnen afspreken om cesium en een enkel klokontwerp te vervangen om UTC te behouden, kan niemand van ons profiteren van deze ongelooflijke nauwkeurigheid.

Vraag een netwerkbeheerder of IT-ingenieur en vraag hem hoe belangrijk netwerk tijd synchronisatie is en je krijgt normaal gesproken hetzelfde antwoord - heel erg.

Tijd wordt in bijna alle aspecten van computers gebruikt voor het loggen wanneer gebeurtenissen zijn gebeurd. Tijdstempels zijn in feite de enige referentie die een computer kan gebruiken om tracks bij te houden van taken die het heeft gedaan en taken die het nog moet doen.

Wanneer netwerken niet gesynchroniseerd zijn, kan het resultaat een echte hoofdpijn zijn voor iedereen die belast is met het debuggen van hen. Gegevens kunnen vaak verloren gaan, applicaties kunnen niet starten, foutenregistratie is bijna onmogelijk en niet te vergeten de beveiligingslekken die kunnen optreden als er geen gesynchroniseerde netwerktijd is.

NTP (Network Time Protocol) is de toonaangevende tijdssynchronisatie-applicatie die al bestaat sinds de 1980's. Het is constant ontwikkeld en wordt gebruikt door vrijwel elk computernetwerk dat nauwkeurige tijd nodig heeft.

De meeste besturingssystemen hebben een reeds geïnstalleerde versie van NTP en het gebruik ervan om een ​​enkele computer te synchroniseren is relatief eenvoudig door de opties in de klokinstellingen of de taakbalk te gebruiken.

Door de ingebouwde NTP-toepassing of daemon op een computer te gebruiken, resulteert het apparaat echter in een bron van internettijd als timingreferentie. Dit is allemaal goed en wel voor machines met een enkel bureaublad, maar op een netwerk is een veiligere oplossing vereist.

Het is van vitaal belang op elk computernetwerk dat er geen kwetsbaarheden in de firewall zijn die kunnen leiden tot aanvallen van kwaadwillende gebruikers. Het openhouden van een poort voor communicatie met een internettijdbron is een methode die een aanvaller kan gebruiken om een ​​netwerk te betreden.

Gelukkig zijn er alternatieven voor het gebruik van internet als timingbron. Atoomklok tijdsignalen kan worden ontvangen met behulp van lange golfradio of GPS-uitzendingen.

Toegewijd NTP tijdserver Er zijn apparaten beschikbaar die het proces van tijdsynchronisatie extreem gemakkelijk maken, zoals de NTP-servers ontvangt de tijd (extern van de firewall) en kan vervolgens worden gedistribueerd naar alle machines op een netwerk - dit gebeurt veilig en nauwkeurig met de meeste netwerken gesynchroniseerd met een NTP-server die binnen enkele milliseconden van elkaar werkt.

Net als bij de vooruitgang van de computertechnologie die ieder jaar exponentieel in capaciteit lijkt toe te nemen, lijken atoomklokken ook jaar na jaar dramatisch te stijgen in hun nauwkeurigheid.

Nu, die pioniers van de atoomkloktechnologie, het Amerikaanse National Institute of Standards Time (NIST), hebben aangekondigd dat ze een atoomklok met een nauwkeurigheid die twee keer zo groot is als die van alle klokken die eerder zijn geweest.

De klok is gebaseerd op een enkel aluminium atoom en NIST beweert dat het accuraat kan blijven zonder een seconde te verliezen in meer dan 3.7 miljard jaar (ongeveer dezelfde tijd dat het leven de aarde heeft bestaan).

De vorige nauwkeurigste klok is ontworpen door de Duitse Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) en was een optische klok op basis van een strontium-atoom en was tot op een seconde nauwkeurig in meer dan een miljard jaar. Deze nieuwe atoomklok van NIST is ook een optische klok, maar is gebaseerd op aluminiumatomen, wat volgens NIST's onderzoek met deze klok veel nauwkeuriger is.

Optische klokken gebruiken lasers om de atomen stil te houden en verschillen van de traditionele atoomklokken die worden gebruikt door computernetwerken die gebruikmaken van NTP-servers (Network Time Protocol) en andere technologieën die zijn gebaseerd op fontein klokken. Niet alleen gebruiken deze traditionele fonteinklokken cesium als hun tijd houdend atoom, maar in plaats van lasers gebruiken ze supergekoelde vloeistoffen en vacuums om de atomen te beheersen.

Dankzij het werk van NIST, PTB en het Verenigd Koninkrijk NPL (Nationaal Fysisch Laboratorium) atoomklokken blijven exponentieel groeien, maar deze nieuwe optische atoomklokken op basis van atomen zoals aluminium, kwik en strontium zijn nog lang niet gebruikt als basis voor GMT (Coordinated Universal Time).

UTC wordt bestuurd door een constellatie van cesiumfonteinklokken die, hoewel nog steeds nauwkeurig tot een seconde in 100,000-jaren, veel minder nauwkeurig zijn dan deze optische klokken en gebaseerd zijn op technologie van meer dan vijftig jaar oud. En helaas, totdat de wetenschappelijke gemeenschap van de wereld het eens kan worden over een atoom- en klokontwerp dat internationaal moet worden gebruikt, zullen deze precieze atoomklokken alleen maar een toneelstuk van de wetenschappelijke gemeenschap blijven.

Precisie wordt steeds belangrijker in moderne technologieën en niet meer dan nauwkeurigheid in tijdbewaking. Van internet tot satellietnavigatie is nauwkeurige en accurate synchroniciteit van vitaal belang in de moderne tijd.

In feite zouden veel van de technologieën die we als vanzelfsprekend beschouwen in de wereld van vandaag, niet mogelijk zijn als het niet voor de meest accurate machines was die werden uitgevonden - de atoomklok.

Atoomklokken zijn slechts tijdwaarnemingsapparatuur zoals andere klokken of horloges. Maar wat hen onderscheidt, is de nauwkeurigheid die ze kunnen bereiken. Als een primitief voorbeeld zal uw standaard mechanische klok, zoals een klokkentoren in het stadscentrum, met maar liefst een seconde per dag afdrijven. Elektronische klokken zoals digitale horloges of klokradio's zijn nauwkeuriger. Dit soort klok zweeft een seconde in ongeveer een week.

Wanneer u echter de precisie van een atoomklok vergelijkt, waarbij een seconde niet verloren gaat of wint in 100,000 jaren of meer, is de nauwkeurigheid van deze apparaten onvergelijkbaar.

Atoomklokken kunnen deze nauwkeurigheid bereiken door de oscillatoren die ze gebruiken. Bijna alle soorten klokken hebben een oscillator. Over het algemeen is een oscillator slechts een circuit dat regelmatig tikt.

Mechanische klokken gebruiken slingers en veren om een ​​regelmatige oscillatie te bieden, terwijl elektronische klokken een kristal hebben (meestal kwarts) dat, wanneer een elektrische stroom wordt doorlopen, een nauwkeurig ritme geeft.

Atoomklokken gebruiken de oscillatie van atomen tijdens verschillende energietoestanden. Vaak wordt cesium 133 (en soms rubidium) gebruikt omdat de hyperfijne overgangsoscillatie meer dan 9 miljard keer per seconde (9,192,631,770) bedraagt ​​en dit verandert nooit. In feite is de Internationaal systeem van eenheden (SI) beschouwt nu officieel een seconde in de tijd als 9,192,631,770-cycli van straling van het cesiumatoom.

Atoomklokken vormen de basis voor 's werelds wereldwijde tijdschaal - UTC (Coordinated Universal Time). En computernetwerken over de hele wereld blijven synchroon door het gebruik van tijdsignalen uitgezonden door atoomklokken en opgepikt NTP tijdservers (Network Time Server).

Synchronisatie van computernetwerken is iets dat veel beheerders als vanzelfsprekend beschouwen. Toegewijde netwerktijdservers kunnen een tijdbron ontvangen en deze in een netwerk verdelen, nauwkeurig, veilig en nauwkeurig.

Echter, nauwkeurige tijdsynchronisatie wordt alleen mogelijk gemaakt dankzij het tijdsprotocol NTP - Network Time Protocol.

NTP is ontwikkeld toen het internet nog in de kinderschoenen stond en Professor David Mills en zijn team van Delaware University probeerde de tijd op een netwerk van een paar machines te synchroniseren. Ze ontwikkelden de allereerste versie van NTP die tot op de dag van vandaag is ontwikkeld, bijna dertig jaar na de eerste introductie.

NTP was toen niet, en is nu niet de enige tijdssynchronisatiesoftware, er zijn andere applicaties en protocollen die een vergelijkbare taak uitvoeren, maar NTP wordt het meest gebruikt (verreweg met meer dan 98% tijdssynchronisatietoepassingen die het gebruiken). Het is ook verpakt met de meeste moderne besturingssystemen met een versie van NTP (meestal SNTP - een vereenvoudigde versie) geïnstalleerd op het nieuwste Windows 7-besturingssysteem.

NTP heeft een belangrijke rol gespeeld bij het creëren van het internet dat we tegenwoordig kennen en waar we van houden. Veel online applicaties en taken zouden niet mogelijk zijn zonder nauwkeurige tijdsynchronisatie en NTP.

Online handelen, internetveilingen, bankieren en debuggen van netwerken zijn allemaal gebaseerd op nauwkeurige tijdsynchronisatie. Zelfs het verzenden van een e-mail vereist tijdsynchronisatie met e-mailserver - anders zouden computers geen e-mails kunnen verwerken die afkomstig zijn van niet-gesynchroniseerde machines, omdat ze kunnen aankomen voordat ze zijn verzonden.

NTP is een gratis softwareprotocol en is online beschikbaar vanaf NTP.org De meeste computernetwerken die een veilige en nauwkeurige tijd vereisen, worden echter meestal gebruikt dedicated NTP-servers die buiten het netwerk werken en een firewall die de tijd vergt met behulp van atoomkloksignalen die milliseconde nauwkeurigheid garanderen met de wereldwijde tijdschaal van de wereld GMT (Coordinated Universal Time).

Het Global Positioning System (GPS) is een steeds populairder wordende tool, die over de hele wereld wordt gebruikt als een bron van bewegwijzering en navigatie. Er is echter veel meer aan het GPS-netwerk dan alleen satellietnavigatie, aangezien de uitzendingen die door de GPS-satellieten worden uitgezonden ook als een zeer nauwkeurige bron van tijd kunnen worden gebruikt.

GPS-satellieten draaien eigenlijk alleen maar rond klokken omdat elke klokken atoomklokken bevatten die een tijdsignaal genereren. Het is het tijdsignaal dat door de GPS-satellieten wordt uitgezonden dat ontvangers van satellietnavigatie in auto's en vliegtuigen gebruiken om afstand en positie uit te werken.

Positionering is alleen mogelijk omdat de tijdsignalen zo nauwkeurig zijn. Voertuig-sat-navs gebruiken bijvoorbeeld de signalen van vier satellieten in een baan om de aarde en trianguleren de informatie om de positie uit te werken. Als er echter slechts één seconde onnauwkeurigheid is met een van de tijdsignalen, kan de informatie die wordt weergegeven, duizenden kilometers ver weg zijn - waardeloos.

Het is een bewijs van de nauwkeurigheid van atoomklokken die worden gebruikt om GPS-signalen te genereren, dat op dit moment een GPS-ontvanger zijn positie op aarde kan berekenen binnen vijf meter.

Omdat GPS-satellieten zo nauwkeurig zijn, vormen ze een ideale bron van tijd een computernetwerk synchroniseren naar. Strikt genomen verschilt GPS-tijd van de internationale tijdschaal UTC (gecoördineerde universele tijd), omdat UTC er extra schrikkelseconden aan heeft toegevoegd om pariteit met de rotatie van de aarde te garanderen, wat betekent dat het precies 18 seconden voor de GPS ligt maar gemakkelijk door NTP kan worden geconverteerd protocol (Network Time Protocol).

GPS-tijd-servers ontvang het GPS-tijdsignaal via een GPS-antenne die op het dak moet worden geplaatst om de zichtlijntransmissies te ontvangen. Zodra het GPS-signaal is ontvangen, wordt het GPS-tijd NTP-server distribueert het signaal naar alle apparaten op het NTP-netwerk en corrigeert eventuele drift op afzonderlijke machines.

GPS-tijd-servers zijn toegewijde eenvoudig te gebruiken apparaten en kunnen milliseconde nauwkeurigheid garanderen voor UTC zonder een van de beveiligingsrisico's die gepaard gaan met het gebruik van een internettijdbron.