Wanneer we een blik werpen op onze horloges of op de bureauklok, nemen we vaak aan dat de tijd die we krijgen correct is. We kunnen merken dat onze horloges tien minuten snel of langzaam zijn, maar nemen weinig acht op als ze een seconde of twee buiten zijn.

Toch is de mensheid al duizenden jaren lang steeds meer gaan leven nauwkeurige klokken waarvan de voordelen vandaag de dag overvloedig aanwezig zijn in onze tijd van satellietnavigatie, NTP-servers, internet en wereldwijde communicatie.

Om te begrijpen hoe nauwkeurig de tijd kan worden gemeten, is het eerst belangrijk om het begrip tijd zelf te begrijpen. Tijd zoals het millennia lang op aarde is gemeten, is een ander begrip dan de tijd zelf, zoals Einstein ons vertelde dat het deel uitmaakte van het universum zelf in wat hij beschreef als een vier dimensionale ruimte-tijd.

Toch hebben we de tijd historisch gemeten, niet op basis van het verstrijken van de tijd zelf, maar de rotatie van onze planeet in relatie tot de zon en de maan. Een dag is verdeeld in 24 gelijke delen (uren), waarvan elk is verdeeld in 60 minuten en de minuut is verdeeld in 60 seconden.

Het is nu echter duidelijk geworden dat het meten van de tijd op deze manier niet als nauwkeurig kan worden beschouwd, omdat de rotatie van de aarde van dag tot dag varieert. Allerlei variabelen zoals getijdekrachten, orkanen, zonnewinden en zelfs de hoeveelheid sneeuw op de polen beïnvloeden de snelheid van de rotatie van de aarde. Toen de dinosaurussen voor het eerst op de aarde begonnen rond te zwerven, zou de lengte van een dag zoals we die nu meten, slechts 22 uur zijn geweest.

We baseren onze tijdfunctie nu op de overgang van atomen met behulp van atoomklokken met een tweede op basis van 9,192,631,770-perioden van de straling die wordt geëmitteerd door de hyperfijne overgang van een geïoniseerd cesiumatoom in de grondtoestand. Hoewel dit misschien gecompliceerd klinkt, is het slechts een atomaire 'tik' die nooit verandert en daarom een ​​zeer nauwkeurige referentie kan bieden om onze tijd op te baseren.

Atoomklokken gebruiken deze atoomresonantie en kunnen de tijd bijhouden die zo nauwkeurig is dat een seconde niet verloren gaat in zelfs een miljard jaar. Moderne technologieën maken allemaal gebruik van deze precisie, waardoor veel van de communicatie en wereldwijde handel kunnen profiteren waar we vandaag van profiteren met het gebruik van satellietnavigatie, NTP-servers en luchtverkeersleiding verandert de manier waarop we ons leven leiden.

In een tijdperk van atoomklokken en de NTP-server het bijhouden van de tijd is nu nauwkeuriger dan ooit met steeds grotere precisie, waardoor veel van de technologieën en systemen die we nu als vanzelfsprekend beschouwen, zijn toegestaan.

Terwijl tijdwaarneming altijd een preoccupatie van de mensheid is geweest, is het pas in de laatste decennia dat echte nauwkeurigheid mogelijk is geweest dankzij de komst van de atoomklok.

Vóór de tijd van de atoomtijd waren elektrische oscillatoren zoals die in het gemiddelde digitale horloge de meest nauwkeurige tijdsmaatstaf en terwijl elektronische klokken als deze veel preciezer zijn dan hun voorgangers - de mechanische klokken, ze kunnen nog steeds tot een seconde per week afdrijven .

Maar waarom moet tijd zo precies zijn, hoe belangrijk kan een seconde toch zijn? In de dagelijkse gang van zaken is een seconde niet zo belangrijk en elektronische klokken (en zelfs mechanische klokken) zorgen voor een adequate tijdwaarneming voor onze behoeften.

In ons dagelijks leven maakt een seconde weinig verschil, maar in veel moderne toepassingen kan een seconde een leeftijd zijn.

Moderne satellietnavigatie is daar een voorbeeld van. Deze apparaten kunnen overal ter wereld een locatie lokaliseren tot op een paar meter afstand. Toch kunnen ze dit alleen doen vanwege de ultra-precieze aard van de atoomklokken die het systeem besturen, aangezien het tijdsignaal verzonden door de navigatiesatellieten met de snelheid van het licht reist, dat is bijna 300,000 km per seconde.

Omdat licht zo'n grote afstand in een seconde kan afleggen met een atoomklok die een satellietnavigatiesysteem bestuurt dat slechts één seconde uit was, zou de positionering onnauwkeurig zijn met duizenden mijlen, waardoor het positioneringssysteem onbruikbaar wordt.

Er zijn veel andere technologieën die een vergelijkbare nauwkeurigheid vereisen en ook veel van de manieren waarop we handelen en communiceren. Aandelen en aandelen fluctueren elke seconde op en neer en wereldwijde handel vereist dat iedereen over de hele wereld op hetzelfde moment moet communiceren.

De meeste computernetwerken worden bestuurd door a te gebruiken NTP-server (Network Time Protocol). Met deze apparaten kunnen computernetwerken allemaal dezelfde UTC-tijdschaal (gecoördineerde universele tijd) op basis van atomaire klokken gebruiken. Door gebruik te maken van GMT via een NTP-server kunnen computernetwerken binnen enkele milliseconden van elkaar worden gesynchroniseerd.

Strata organiseren

Stratumniveaus beschrijven de afstand tussen een apparaat en de referentieklok. Een atoomklok bijvoorbeeld in een natuurkundig laboratorium of een GPS-satelliet is een stratum 0-apparaat. EEN stratum 1 apparaat is een tijdserver die tijd ontvangt van een stratum 0-apparaat, dus elke toegewijde NTP-server is stratum 1. Apparaten die de tijd van de tijdserver ontvangen, zoals computers en routers, zijn stratum 2-apparaten.

NTP kan tot 16 stratum-niveaus ondersteunen en hoewel er een daling is in de nauwkeurigheid, hoe verder je weg gaat, stratum-niveaus zijn ontworpen om grote netwerken toe te staan ​​om allemaal een tijd van een enkele NTP-server te ontvangen zonder netwerkcongestie of een blokkering van de bandbreedte te veroorzaken .

Bij gebruik van een NTP-server het is belangrijk om het apparaat niet te overbelasten met tijdverzoeken, zodat het netwerk moet worden verdeeld met een select aantal machines dat verzoeken van de NTP-server (de NTP-serverfabrikant kan het aantal verzoeken dat het kan verwerken aanbevelen). Deze stratum 2-apparaten kunnen tien worden gebruikt als tijdreferenties voor andere apparaten (die stratum 3-apparaten worden) op zeer grote netwerken kunnen deze dan zelf als tijdreferenties worden gebruikt.

Hier bij Galleon Systems, een van Europa's toonaangevende leveranciers van NTP-server systemen willen we al onze klanten, leveranciers en zelfs onze concurrenten een fijne kerst en een gelukkig nieuwjaar toewensen. We hopen dat 2009 een succesvol jaar is voor jullie allemaal.

Nauwkeurige tijd met Atomic Clocks is beschikbaar in Groot-Brittannië en delen van Noord-Europa met behulp van de MSF-atoomkloksignaal verzonden vanuit Cumbria, VK; het biedt de mogelijkheid om de tijd op computers en andere elektrische apparatuur te synchroniseren.

Het UK MSF-signaal wordt beheerd door NPL - het Nationaal Fysisch Laboratorium. MSF heeft een hoog zendvermogen (50,000 watt), een zeer efficiënte antenne en een extreem lage frequentie (60,000 Hz). Ter vergelijking, een typisch AM-radiostation zendt uit met een frequentie van 1,000,000 Hz. De combinatie van hoog vermogen en lage frequentie geeft de radiogolven van MSF veel veerkracht, en dit enkele station kan daarom het grootste deel van Groot-Brittannië en een deel van continentaal Europa bestrijken.

De tijdcodes worden verzonden vanuit MSF met behulp van een van de eenvoudigste systemen die mogelijk is en tegen een zeer lage gegevenssnelheid van één bit per seconde. Het 60,000 Hz-signaal wordt altijd verzonden, maar elke seconde wordt het aanzienlijk minder energie gedurende een periode van 0.2, 0.5 of 0.8 seconden: • 0.2 seconden met verlaagd vermogen betekent een binaire nulwaarde • 0.5 seconden met verminderd vermogen is een binaire nul. • 0.8 seconden met verminderd vermogen is een scheidingsteken. De tijdcode wordt verzonden in BCD (Binary Coded Decimal) en geeft minuten, uren, dag van het jaar en jaar aan, samen met informatie over zomertijd en schrikkeljaren.

De tijd wordt verzonden met behulp van 53-bits en 7-scheidingstekens en duurt daarom 60 seconden om te verzenden. Een klok of horloge kan een extreem kleine en relatief eenvoudige antenne en ontvanger bevatten om de informatie in het signaal te decoderen en de tijd van de klok nauwkeurig in te stellen. Het enige dat u hoeft te doen, is de tijdzone instellen en de atoomklok geeft de juiste tijd weer.

Toegewijd tijdservers die zijn afgestemd om het MSF-tijdsignaal te ontvangen, zijn beschikbaar. Deze apparaten verbinden oa een computernetwerk zoals elke andere server, alleen deze ontvangen het timingsignaal en distribueren het naar andere machines op het netwerk met behulp van NTP (Network Time Protocol).

Voor het ontvangen en distribueren en verifiëren van UTC-tijdbron zijn er momenteel twee soorten NTP server, de GPS NTP-server en de NTP-server met radio-referenties. Hoewel beide systemen UTC op identieke manieren verdelen, verschilt de manier waarop zij de timinginformatie ontvangen.

A GPS NTP tijdserver is een ideale tijd- en frequentiebron omdat het overal in de wereld zeer nauwkeurige tijden kan bieden met behulp van relatief goedkope componenten. Elke GPS-satelliet verzendt in twee frequenties L2 voor militair gebruik en L1 voor gebruik door burgers verzonden met 1575 MHz, goedkoop GPS-antennes en ontvangers zijn nu overal verkrijgbaar.

Het radiosignaal uitgezonden door de satelliet kan door ramen, maar kan worden geblokkeerd door het gebouw, de ideale locatie voor een GPS-antenne op een dak met een goed zicht op de lucht. Hoe meer satellieten kan ontvangen van de beter het signaal. Echter, het dak gemonteerde antennes gevoelig voor blikseminslag of andere spanning overspanningen zodat een onderdrukker het aanbevelen inline wordt geïnstalleerd op de GPS kabel.

De kabel tussen de GPS-antenne en de ontvanger is ook van cruciaal belang. De maximale afstand die een kabel kan afleggen is normaal gesproken alleen 20-30 meters, maar een hoogwaardige coaxkabel in combinatie met een in de rij geplaatste GPS-versterker om de versterking van de antenne te versterken, kan meer dan 100 meter kabel doorlopen. Dit kan problemen geven bij de installatie in grotere gebouwen als de server te ver van de antenne is verwijderd.

Een alternatieve oplossing is om een ​​radio waarnaar wordt verwezen te gebruiken NTP tijdserver. Deze zijn gebaseerd op een aantal nationale tijd- en frequentie radio-uitzendingen die UTC-tijd uitzenden. In Groot-Brittannië wordt het signaal (MSF genaamd) uitgezonden door de National Physics Laboratory in Cumbria, dat de nationale tijdreferentie van het Verenigd Koninkrijk is, zijn er ook vergelijkbare systemen in de VS (WWVB) en in Frankrijk, Duitsland en Japan.

Een radio gebaseerd NTP-server bestaat meestal uit een in rek monteerbare tijdserver en een antenne, bestaande uit een ferrietstaaf in een kunststof omhulsel, die de radio-uitzending van tijd en frequentie ontvangt. Het moet altijd horizontaal onder een rechte hoek in de richting van de transmissie worden gemonteerd voor optimale signaalsterkte. Gegevens worden in pulsen verzonden, 60 een seconde. Deze signalen bieden UTC-tijd tot een nauwkeurigheid van 100-microseconden, maar het radiosignaal heeft een eindig bereik en is gevoelig voor interferentie.

Nieuwjaarsvieringen zullen dit jaar nog een seconde moeten wachten omdat de Internationale Aardrotatie en Reference Systems Service (IERS) hebben besloten om 2008 Leap Second te laten toevoegen.

IERS kondigde in juli in Parijs aan dat een positieve Leap Second aan 2008 zou worden toegevoegd, de eerste sinds december 31, 2005. Sprong seconden werden geïntroduceerd om de onvoorspelbaarheid van de rotatie van de aarde te compenseren en UTC (Coordinated Universal Time) te houden met GMT (Greenwich Meantime).

De nieuwe extra seconde wordt op de laatste dag van dit jaar toegevoegd op 23 uur, 59 minuten en 59 seconden Coordinated Universal Time - 6: 59: 59 pm Eastern Standard Time. 33 Leap Seconds zijn toegevoegd sinds 1972

NTP-server Systemen die tijdsynchronisatie op computernetwerken regelen, worden alle bestuurd door UTC (Coordinated Universal Time). Wanneer een extra seconde aan het eind van het jaar wordt toegevoegd, wordt UTC automatisch als de tweede toegevoegd. #

Of het nu een NTP-server ontvangt een tijdsignaal voor transmissies zoals MSF, WWVB of DCF of van het GPS-netwerk zal het signaal automatisch de Leap Second-mededeling dragen.

Notice of Leap Second van de International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS)

SERVICE INTERNATIONAL DE LA ROTATION TERRESTRE ET DES SYSTEMES DE REFERENTIE

SERVICE DE LA ROTATION TERRESTRE
OBSERVATOIRE DE PARIS
61, Av. de l'Observatoire 75014 PARIS (Frankrijk)
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

Parijs, 4 juli 2008

Bulletin C 36

Aan autoriteiten die verantwoordelijk zijn voor het meten en verspreiden van tijd

UTC-TIJDSTAP
op de 1st van januari 2009

Eind december wordt 2008 met een positieve sprong tweede.
De volgorde van de datums van de UTC tweede markers zal zijn:

2008 december 31, 23h 59m 59s
2008 december 31, 23h 59m 60s
2009 januari 1, 0h 0m 0s

Het verschil tussen UTC en de International Atomic Time TAI is:

van 2006 januari 1, 0h UTC, tot 2009 januari 1 0h UTC: UTC-TAI = - 33s
van 2009 januari 1, 0h UTC, tot nader bericht: UTC-TAI = - 34s

Schrikkelseconden kunnen aan het einde van de maanden december in UTC worden geïntroduceerd

A GPS-tijd-server is echt een communicatie-apparaat. Het doel is om een ​​timingsignaal te ontvangen en dit vervolgens te verdelen over alle apparaten in een netwerk. Tijdservers worden vaak verschillende dingen genoemd netwerktijdserver, gps-tijdserver, radiotijdserver en NTP-server.

De meeste tijdservers gebruiken het protocol NTP (Network Time Protocol). NTP is een van de oudste protocollen van internet en wordt gebruikt door de meeste machines die een tijdserver gebruiken. NTP wordt vaak, in een standaardvorm, in de meeste besturingssystemen geïnstalleerd.

A GPS-tijd-server, zoals de namen suggereren, ontvangt een timingsignaal van de GPS-netwerk. GPS-satellieten zijn eigenlijk niets meer dan draaiende klokken. Aan boord van elke GPS-satelliet is een atoomklok. De ultra-precieze tijd van deze klok is wat wordt verzonden vanaf de satelliet (samen met de positie van de satelliet).

Een satellietnavigatiesysteem werkt door het tijdsignaal van drie of meer satellieten te ontvangen en door de positie van de satellieten uit te werken en hoe lang de signalen duurden om aan te komen, kan het een positie trianguleren.

Een gps-tijdserver heeft nog minder informatie nodig en slechts één satelliet is vereist om een ​​timingreferentie te ontvangen. De antenne van een gps-tijdserver ontvangt een tijdsignaal van één van de 33 satellieten in een baan om zicht, dus de beste plaats om de antenne te bevestigen, is het dak.

Meest toegewijd GPS NTP tijdservers vereisen een goede 48-uur om een ​​vaste positie op een satelliet te vinden en te krijgen, maar als ze eenmaal beschikbaar zijn, is het zeldzaam dat de communicatie verloren gaat.

De tijd die door GPS-satellieten wordt doorgegeven, wordt GPS-tijd genoemd en hoewel deze verschilt naar de officiële globale tijdschaal UTC (Coordinated Universal Time) omdat beide gebaseerd zijn op atomische tijd (TAI), wordt de GPS-tijd eenvoudig geconverteerd door NTP.

Een GPS-tijdserver wordt vaak een stratum 1 NTP-apparaat genoemd, een stratum 2-apparaat is een apparaat dat de tijd van de GPS-tijdserver ontvangt. Stratum 2- en stratum 3-apparaten kunnen ook als tijdservers worden gebruikt en op deze manier kan een enkele GPS-tijdserver als timingbron voor een onbeperkte hoeveelheid computers en apparaten werken zolang de hiërarchie van NTP wordt gevolgd.

Atoomklokken zijn het summum van apparaten voor tijdbewaking. Moderne atoomklokken kunnen de tijd zo nauwkeurig bijhouden dat ze in 100,000,000-jaren (100 miljoen) geen seconde in de tijd verliezen. Vanwege deze hoge nauwkeurigheid zijn atoomklokken de basis voor de tijdschaal van de wereld.

Om mondiale communicatie en tijdgevoelige transacties mogelijk te maken, zoals het kopen van stapels en aandelen, werd een globale tijdschaal ontwikkeld, gebaseerd op de tijd die wordt verteld door atoomklokken, ontwikkeld in 1972. Deze tijdschaal, Coordinated Universal Time (UTC) wordt beheerd en beheerd door de Internationaal Bureau van gewichten en maatregelen (BIPM) die een verzameling van meer dan 230 atoomklokken van 65-laboratoria over de hele wereld gebruiken om een ​​hoge mate van nauwkeurigheid te garanderen.

Atoomklokken zijn gebaseerd op de fundamentele eigenschappen van het atoom, de zogenaamde kwantummechanica. Kwantummechanica suggereert dat een elektron (negatief geladen deeltje) dat om een ​​atoomkern draait zich in verschillende niveaus of baanvlakken kan bevinden, afhankelijk van of ze de juiste hoeveelheid energie absorberen of vrijgeven. Als een elektron voldoende energie heeft geabsorbeerd of vrijgegeven om naar een ander niveau te 'springen', wordt dit een kwantumsprong genoemd.

De frequentie tussen deze twee energietoestanden is wat wordt gebruikt om de tijd te houden. De meeste atoomklokken zijn gebaseerd op het cesiumatoom met 9,192,631,770-stralingsperioden die overeenkomen met de overgang tussen de twee niveaus. Vanwege de nauwkeurigheid van cesiumklokken beschouwt de BIPM nu een tweede om te worden gedefinieerd als 9,192,631,770-cycli van het cesiumatoom.

Atoomklokken worden gebruikt in duizenden verschillende toepassingen waarbij nauwkeurige timing essentieel is. Satellietcommunicatie, luchtverkeersleiding, internethandel en huisartsen vereisen allemaal atoomklokken om de tijd te houden. Atoomklokken kunnen ook worden gebruikt als een methode van het synchroniseren van computernetwerken.

Een computernetwerk met een NTP tijdserver kan een radiotransmissie gebruiken of de signalen die worden uitgezonden door GPS-satellieten (Global Positioning System) als timingbron. Het NTP-programma (of daemon) zorgt er vervolgens voor dat alle apparaten in dat netwerk volgens de tijd van de atoomklok worden gesynchroniseerd met de tijd.

Door een NTP-server gesynchroniseerd met een atoomklok, kan een computernetwerk de identieke gecoördineerde universele tijd uitvoeren als andere netwerken waardoor tijdgevoelige transacties van over de hele wereld kunnen worden uitgevoerd.

NTP (Network Time Protocol) is het meest gebruikte tijdsynchronisatieprotocol op internet. De reden voor het succes is dat het zowel flexibel als uiterst nauwkeurig is (evenals vrij zijn). NTP is ook gerangschikt in een hiërarchische structuur waardoor duizenden machines in staat zijn om een ​​timingsignaal van slechts één te ontvangen NTP-server.

Het is duidelijk dat als duizend machines op een netwerk probeerden om tegelijkertijd een timingsignaal van de NTP-server te ontvangen, het netwerk zou worden uitgeput en de NTP-server onbruikbaar zou worden.

Om deze reden bestaat de NTP-stratum-structuur. Aan de bovenkant van de structuur bevindt zich de NTP-tijdserver die een stratum 1-apparaat is (een stratum 0-apparaat is de atoomklok waaruit de server zijn tijd ontvangt). Onder de NTP-server, meerdere servers of computers ontvangen timinginformatie van het stratum 1-apparaat. Deze vertrouwde apparaten worden stratum 2-servers, die op hun beurt hun timinginformatie distribueren naar een andere laag met computers of servers. Deze worden dan stratum 3-apparaten die op hun beurt timinginformatie kunnen distribueren naar lagere strata (stratum 4, stratum 5 enz.).

In alle NTP kunnen maximaal negen stratum-niveaus worden ondersteund, hoewel hoe verder weg van het originele stratum 1-apparaat ze des te minder nauwkeurig de synchronisatie zijn. Zie dit voor een voorbeeld van hoe een NTP-hiërarchie is ingesteld stratum boom