GPS ist nicht die einzige Technologie, die auf Atomuhren angewiesen ist. Die hohe Genauigkeit, die von Atomuhren werden in anderen entscheidenden Technologien verwendet, die wir jeden Tag als selbstverständlich betrachten.

Luftraumüberwachung Nicht nur sind alle Flugzeuge und Passagierflugzeuge jetzt mit GPS ausgestattet, damit Piloten und Bodenpersonal ihren genauen Standort erfahren können, sondern Atomuhren werden auch von Fluglotsen verwendet, die präzise und genaue Messungen und die Zeit zwischen den Flugzeugen benötigen.

Ampeln und Straßen-Überlastsysteme - Ampeln sind ein weiteres System, das auf dem Timing der Atomuhr beruht. Genauigkeit und Synchronisation sind für Ampelanlagen unerlässlich, da kleine Synchronisationsfehler zu tödlichen Unfällen führen können.

Staukameras und andere Systeme wie beispielsweise Parkuhren verwenden Atomuhren als Grundlage für ihre Zeitmessung, da dies rechtliche Probleme bei der Ausstellung von Strafanzeigen verhindert.

CCTV - Closed-Circuit-Fernsehen ist ein weiterer großer Nutzer von Atomuhren. CCTV-Kameras werden häufig bei der Verbrechensbekämpfung eingesetzt, sind aber als Beweismittel vor einem Gericht unwirksam, wenn sich die Zeitmessung der CCTV-Kamera nicht als richtig erweisen kann. Wenn dies nicht geschieht, könnten die Kriminellen der Strafverfolgung entgehen, da trotz der Identifizierung durch die Kamera der Beweis, dass es sich um den Zeitpunkt und das Datum des Verstoßes gehandelt hat, nicht ohne Genauigkeit und Synchronisation geklärt werden kann.

Internet - Viele Anwendungen, die wir jetzt dem Internet anvertrauen, sind nur dank Atomuhren möglich. Online-Handel, Internet-Banking und sogar Online-Auktionshäuser benötigen genaue und synchronisierte Zeit.

Stellen Sie sich vor, Sie würden Ihre Ersparnisse von Ihrem Bankkonto abziehen, weil Sie feststellen, dass Sie sie wieder zurückziehen können, weil ein anderer Computer eine langsamere Uhr hat oder sich auf einer Internetauktionsseite biete, um Ihr Gebot durch ein Gebot abzulehnen, das auf Ihrem Konto abgegeben wurde Computer mit einer langsameren Uhr.

Die Verwendung von Atomuhren als Zeitquelle ist für viele Technologien relativ einfach. Funksignale und sogar die GPS-Übertragungen können als Quelle der Atomuhrzeit und für Computersysteme das Protokoll verwendet werden NTP (Network Time Protocol) stellt sicher, dass ein beliebig großes Netzwerk perfekt synchronisiert wird. Gewidmet NTP Zeitserver werden weltweit in Technologien und Anwendungen eingesetzt, die eine präzise Zeit erfordern.

Atomuhren sind die genauesten Zeitmessgeräte, die der Mensch kennt. Ihre Genauigkeit ist unvergleichbar mit anderen Uhren und Chronometern, während selbst die anspruchsvollste elektronische Uhr jede Woche um ein oder zwei Mal um eine Sekunde abdriftet moderne Atomuhren kann Tausende von Jahren weiterlaufen und nicht einmal einen Bruchteil einer Sekunde verlieren.

Die Genauigkeit einer Atomuhr hängt davon ab, was sie als Grundlage für die Zeitmessung verwenden. Anstatt sich auf einen elektronischen Strom zu verlassen, der wie eine elektronische Uhr durch einen Kristall fließt, nutzt eine Atomuhr den Hyperfeinübergang eines Atoms in zwei Energiezuständen. Das hört sich zwar kompliziert an, aber es ist nur ein unaufhaltsamer Nachhall, der jede Sekunde, jede Sekunde Milliarden mal über 9 "tickt".

Aber warum ist eine solche Genauigkeit wirklich notwendig und welche Technologien werden in Atomuhren eingesetzt?

Indem wir die Technologien untersuchen, die Atomuhren verwenden, können wir sehen, warum solch hohe Genauigkeitsgrade erforderlich sind.

GPS - Satellitennavigation

Satellitennavigation ist jetzt eine riesige Industrie. Einst nur eine Technologie für Militär und Flieger, wird die GPS-Satellitennavigation heute von Verkehrsteilnehmern auf der ganzen Welt genutzt. Die Navigationsinformationen, die von Satellitennavigationssystemen wie GPS bereitgestellt werden, sind jedoch ausschließlich auf die Genauigkeit von Atomuhren angewiesen.

GPS funktioniert durch Triangulieren mehrerer Zeitsignale, die von Atomuhren an Bord der GPS-Satelliten bereitgestellt werden. Durch Ausarbeiten, als das Zeitsignal von dem Satelliten freigegeben wurde, kann der Satellitennavigationsempfänger genau feststellen, wie weit er von dem Satelliten entfernt ist, und indem er mehrere Signale verwendet, berechnen, wo er sich in der Welt befindet.

Da diese Zeitsignale mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden, kann eine Ungenauigkeit von einer Sekunde innerhalb der Zeitsignale dazu führen, dass die Information über die Position tausende von Meilen entfernt ist. Es ist ein Beweis für die Genauigkeit von GPS Atomuhren dass derzeit ein Satellitennavigationsempfänger innerhalb von fünf Metern genau ist.

Die National Physical Laboratory hat diese Woche (Donnerstag) eine geplante Wartung angekündigt, was bedeutet, dass das MSF60kHz - Zeit - und Frequenzsignal vorübergehend abgeschaltet wird, um die Wartung in der Anthorn Radiostation in Cumbria in Sicherheit durchführen zu können.

Normalerweise dauern diese geplanten Wartungsperioden nur ein paar Stunden und sollten niemanden stören, der sich auf das MSF-Signal für Timing-Anwendungen verlässt.
NTP (Network Time Protocol) ist gut geeignet für diese vorübergehenden Signalverluste und wenig, wenn keine Drift auftreten sollte NTP Zeitserver Benutzer.

Es gibt jedoch einige hochrangige Benutzer von Netzwerkzeitservern oder sie haben möglicherweise Bedenken hinsichtlich der Genauigkeit ihrer Technologie während dieser geplanten Zeiträume ohne Signal. Es gibt eine andere Lösung, um sicherzustellen, dass ein kontinuierliches, sicheres und gleichermaßen genaues Zeitsignal immer verwendet wird.

GPS, am häufigsten für die Navigation und Wegfindung verwendet es tatsächlich eine Atomuhr basierte Technologie. Jeder der GPS-Satelliten sendet ein Signal von seiner an Bord befindlichen Atomuhr, das von Satellitennavigationsgeräten verwendet wird, die den Standort durch Triangulation berechnen.

Diese GPS-Signale können auch von a empfangen werden GPS NTP Zeitserver. So wie MSF oder andere Funksignal-Zeitserver das externe Signal vom Anthorn-Sender empfangen, können GPS-Zeitserver dieses genaue und externe Signal von den Satelliten empfangen.

Im Gegensatz zu den Radiosendungen sollte GPS niemals ausfallen, obwohl es manchmal unpraktisch ist, das Signal zu empfangen, da eine GPS-Antenne eine klare Sicht auf den Himmel benötigt und daher vorzugsweise auf dem Dach sein sollte.

Für diejenigen, die doppelt sicher sein wollen, gibt es nie eine Zeit, in der ein Signal nicht von der NTP-Server, eine Dual-Zeit-Server kann verwendet werden. Diese empfangen sowohl Funk- als auch GPS-Übertragungen und der integrierte NTP-Daemon berechnet die genaueste Zeit von beiden.

Ein Anstieg der GPS-Angriffe hat einige Bedenken in der wissenschaftlichen Gemeinschaft verursacht. GPS ist ein hochgenaues und zuverlässiges System zur Übertragung von Zeit und Informationen, das auf sehr schwachen Signalen beruht, die durch Störungen von der Erde behindert werden.

Unbeabsichtigte Interferenz wie von Piratenradiosendern oder vorsätzliches absichtliches "Jammen" durch Kriminelle ist immer noch selten, aber da Technologie, die GPS-Signale behindern kann, leichter verfügbar wird, wird erwartet, dass sich die Situation verschlimmert.

Und während die Auswirkungen des Signalversagens des GPS-Systems offensichtliche Ergebnisse für Leute haben können, die es für die Navigation verwenden (am falschen Ort landen oder verloren gehen), könnte es ernste und tiefgreifende Auswirkungen auf die Technologien haben, die auf GPS für Zeit angewiesen sind Signale.

Wie so viele Technologien heute sind GPS-Zeitsignale aus Telefonnetzen, dem Internet, Bank- und Verkehrsampeln und sogar aus unserem Stromnetz kann jeder Signalausfall, egal wie kurz, zu ernsthaften Problemen führen.

Das Hauptproblem mit dem GPS-Signal ist, dass es sehr schwach ist und da es von weltraumgebundenen Satelliten kommt, kann wenig getan werden, um das Signal zu verstärken, so dass jede ähnliche Frequenz in einem lokalen Gebiet GPS leicht übertönen kann.

GPS ist jedoch nicht die einzige genaue und sichere Methode, um die Zeit von einer Atomuhrquelle zu empfangen. Viele nationale Physiklabore aus der ganzen Welt senden Atomuhrsignale über Radiowellen (normalerweise langwellig). In den USA werden diese Signale von NIST (Nationales Institut für Standards und Zeit (bekannt als WWVB), während in Großbritannien, ist es MSF-Signal von gesendet NPL (Nationales Physikalisches Laboratorium).

Dualzeit-Server Das kann beide Signale empfangen und ist eine sichere Wette für jedes High-Tech-Unternehmen, das es sich nicht leisten kann, ein Zeitsignal zu verlieren.

Die Atomuhr ist keine neuere Erfindung. Die in den 1950-Systemen entwickelte Atomuhr auf Cäsiumbasis liefert uns genau die Zeit für ein halbes Jahrhundert.

Die Cäsium Atomuhr ist buchstäblich zum Fundament unserer Zeit geworden. Das Internationales Einheitensystem (SI) definieren eine Sekunde als eine bestimmte Anzahl von Schwingungen des Atoms Caesium und Atomuhren regieren viele der Technologien, die wir bei einer täglichen Nutzung leben: Das Internet, Satellitennavigation, Flugsicherung und Ampeln um nur zu nennen ein paar.

Jüngste Entwicklungen bei optischen Quantenuhren, die einzelne Atome von Metallen wie Aluminium oder Strontium verwenden, sind jedoch tausendmal genauer als herkömmliche Atomuhren. Um dies zu verdeutlichen, die beste Cäsium-Atomuhr, wie sie von Instituten wie NIST (Nationales Institut für Standards und Zeit) oder NPL (National Physical Laboratory) verwendet wird, um den globalen Zeitmaßstab der Welt zu bestimmen UTC (Coordinated Universal Time), ist innerhalb von einer Sekunde alle 100 Millionen Jahre genau. Diese neuen quantenoptischen Uhren sind jedoch alle 3.4 Milliarden Jahre genau - fast so lange wie die Erde alt ist.

Für die meisten Menschen ist ihre einzige Begegnung mit einer Atomuhr sein Zeitsignal ist ein Netzwerk-Zeitserver or NTP-Gerät (Network Time Protocol) zum Zwecke der Synchronisierung von Geräten und Netzwerken, und diese Atomuhrsignale werden unter Verwendung von Cäsium-Uhren erzeugt.

Und bis sich die Wissenschaftler der Welt auf ein einzelnes Atom einigen können, um Cäsium zu ersetzen, und ein einziges Uhrendesign, um UTC zu halten, wird keiner von uns in der Lage sein, diese unglaubliche Genauigkeit auszunutzen.

Fragen Sie einen Netzwerkadministrator oder IT-Ingenieur und fragen Sie, wie wichtig Netzwerkzeitsynchronisation ist und du wirst normalerweise die gleiche Antwort bekommen - sehr.

Die Zeit wird in fast allen Aspekten der Datenverarbeitung für die Protokollierung verwendet, wenn Ereignisse aufgetreten sind. Tatsächlich sind Zeitstempel die einzige Referenz, die ein Computer verwenden kann, um die Spuren von Aufgaben zu verfolgen, die er erledigt hat, und von denen, die er noch zu erledigen hat.

Wenn Netzwerke unsynchronisiert sind, kann das Ergebnis für jeden, der mit der Fehlersuche beauftragt ist, ein echtes Problem darstellen. Daten können oft verloren gehen, Anwendungen können nicht gestartet werden, eine Fehlerprotokollierung ist nahezu unmöglich, ganz zu schweigen von den Sicherheitslücken, die entstehen können, wenn es keine synchronisierte Netzwerkzeit gibt.

NTP (Network Time Protocol) ist die führende Zeitsynchronisationsanwendung, die es seit den 1980 gibt. Es wurde ständig weiterentwickelt und wird von praktisch jedem Computernetzwerk verwendet, das genaue Zeit benötigt.

Auf den meisten Betriebssystemen ist bereits eine Version von NTP installiert, und die Verwendung eines Synchronisationscomputers für einen einzelnen Computer erfolgt relativ einfach über die Optionen in den Uhreinstellungen oder in der Taskleiste.

Wenn Sie jedoch die integrierte NTP-Anwendung oder den Daemon auf einem Computer verwenden, verwendet das Gerät eine Internetzeitquelle als Timing-Referenz. Dies ist alles gut und gut für einzelne Desktop-Maschinen, aber in einem Netzwerk ist eine sicherere Lösung erforderlich.

In jedem Computernetzwerk ist es wichtig, dass keine Sicherheitslücken in der Firewall vorhanden sind, die zu Angriffen von böswilligen Benutzern führen können. Das Offenhalten eines Ports für die Kommunikation mit einer Internet-Timing-Quelle ist eine Methode, mit der Angreifer in ein Netzwerk einsteigen können.

Glücklicherweise gibt es Alternativen zur Nutzung des Internets als Timing-Quelle. Atomuhrzeitsignale kann mit Langwellenfunk oder GPS-Übertragungen empfangen werden.

Engagiert NTP Zeitserver Es sind Geräte verfügbar, die den Prozess der Zeitsynchronisation extrem einfach machen NTP-Server empfängt die Zeit (extern zur Firewall) und kann dann auf alle Maschinen in einem Netzwerk verteilen - dies erfolgt sicher und genau, wobei die meisten Netzwerke mit einem NTP-Server synchronisiert sind, der innerhalb weniger Millisekunden arbeitet.

Wie mit dem Fortschritt der Computertechnologie, der jedes Jahr exponentiell an Kapazität zuzunehmen scheint, scheinen Atomuhren auch Jahr für Jahr in ihrer Genauigkeit dramatisch zuzunehmen.

Nun, diese Pioniere der Atomuhr-Technologie, das US National Institute of Standards Time (NIST), haben angekündigt, dass sie es geschafft haben, ein Atomuhr mit einer Genauigkeit, die doppelt so hoch ist wie bei allen anderen Uhren.

Die Uhr basiert auf einem einzigen Aluminiumatom und NIST behauptet, dass sie genau bleiben kann, ohne eine Sekunde in 3.7 Milliarden Jahren zu verlieren (ungefähr die gleiche Zeitspanne, in der das Leben Erde existiert hat).

Die bisher genaueste Uhr wurde von der Deutschen Physikalisch-Technischen BundesanstaltPTB) und war eine optische Uhr auf der Basis eines Strontiumatoms und war über eine Milliarde Jahre genau auf eine Sekunde genau. Diese neue Atomuhr von NIST ist ebenfalls eine optische Uhr, basiert aber auf Aluminiumatomen, was laut NISTs Forschung mit dieser Uhr viel genauer ist.

Optische Uhren verwenden Laser, um Atome still zu halten und unterscheiden sich von den traditionellen Atomuhren, die von Computernetzwerken verwendet werden NTP-Server (Network Time Protocol) und andere Technologien, die auf Springbrunnenuhren basieren. Diese traditionellen Springbrunnenuhren verwenden nicht nur Cäsium als Zeitmessatom, sondern anstelle von Lasern auch supergekühlte Flüssigkeiten und Vakua, um die Atome zu kontrollieren.

Dank der Arbeit von NIST, PTB und Großbritannien NPL Englisch: bio-pro.de/en/region/stern/magazin/...3/index.html Die Atomuhren des National Physical Laboratory (NIBA) werden immer exponentiell weiterentwickelt, allerdings sind diese neuen optischen Atomuhren, die auf Atomen wie Aluminium, Quecksilber und Strontium basieren, weit davon entfernt, als Grundlage dafür zu dienen UTC (Abgestimmte Weltzeit).

UTC wird von einer Konstellation von Caesium-Fontänenuhren beherrscht, die in 100,000-Jahren zwar immer noch genau auf eine Sekunde genau sind, aber weitaus weniger präzise sind als diese optischen Uhren und auf einer über fünfzig Jahre alten Technologie basieren. Und leider, bis sich die Weltgemeinschaft der Wissenschaft auf ein Atom- und Uhrendesign einigen kann, das international verwendet werden kann, werden diese präzisen Atomuhren nur ein Spiel der wissenschaftlichen Gemeinschaft bleiben.

Präzision wird in modernen Technologien immer wichtiger, vor allem Genauigkeit in der Zeitmessung. Vom Internet bis zur Satellitennavigation ist in der modernen Zeit präzise und genaue Synchronität gefragt.

Tatsächlich wären viele der Technologien, die wir in der heutigen Welt für selbstverständlich halten, nicht möglich, wenn nicht die genauesten Maschinen erfunden würden - die Atomuhr.

Atomuhren sind nur Zeitmessgeräte wie andere Uhren oder Uhren. Was sie aber unterscheidet, ist die Genauigkeit, die sie erreichen können. Als einfaches Beispiel wird Ihre mechanische Standarduhr, wie zum Beispiel ein Uhrturm in der Innenstadt, um eine Sekunde am Tag abweichen. Elektronische Uhren wie Digitaluhren oder Radiowecker sind genauer. Diese Arten von Uhr driften eine Sekunde in etwa einer Woche.

Wenn Sie jedoch die Genauigkeit einer Atomuhr vergleichen, in der eine Sekunde in 100,000-Jahren oder mehr nicht verloren geht oder gewonnen wird, ist die Genauigkeit dieser Geräte unvergleichlich.

Atomuhren können diese Genauigkeit durch die von ihnen verwendeten Oszillatoren erreichen. Fast alle Arten von Uhren haben einen Oszillator. Im Allgemeinen ist ein Oszillator nur eine Schaltung, die regelmäßig tickt.

Mechanische Uhren verwenden Pendel und Federn, um eine regelmäßige Schwingung zu erzeugen, während elektronische Uhren einen Kristall (normalerweise Quarz) haben, der, wenn ein elektrischer Strom durchlaufen wird, einen genauen Rhythmus liefert.

Atomuhren verwenden die Schwingung von Atomen während verschiedener Energiezustände. Häufig wird Cäsium 133 (und manchmal Rubidium) verwendet, da seine hyperfeine Übergangsschwingung über 9 Milliarden Mal pro Sekunde (9,192,631,770) ist und sich dies niemals ändert. In der Tat, die Internationales Einheitensystem (SI) betrachtet nun offiziell eine zweite Zeit als 9,192,631,770-Strahlungszyklen vom Cäsiumatom.

Atomuhren liefern die Grundlage für die globale Zeitskala der Welt - UTC (Coordinated Universal Time). Und Computernetzwerke auf der ganzen Welt bleiben synchron, indem sie Zeitsignale verwenden, die von Atomuhren gesendet und aufgenommen werden NTP Zeitserver (Netzwerkzeitserver).

Die Synchronisation von Computernetzwerken ist für viele Administratoren selbstverständlich. Dedizierte Netzwerkzeitserver können eine Zeitquelle empfangen und sie genau, sicher und präzise in einem Netzwerk verteilen.

Aber, genaue Zeitsynchronisation wird nur dank des Zeitprotokolls ermöglicht NTP - Netzwerkzeitprotokoll.

NTP wurde entwickelt, als das Internet noch in den Kinderschuhen steckte Professor David Mills und sein Team von der Delaware University versuchte, die Zeit in einem Netzwerk von wenigen Rechnern zu synchronisieren. Sie entwickelten die früheste Wiedergabe von NTP, die bis heute, fast dreißig Jahre nach ihrer ersten Entwicklung, weiterentwickelt wurde.

NTP war nicht, und ist jetzt nicht die einzige Zeitsynchronisationssoftware, es gibt andere Anwendungen und Protokolle, die eine ähnliche Aufgabe ausführen, aber NTP ist am weitesten verbreitet (bei weitem über 98% der Zeitsynchronisierungsanwendungen, die es verwenden). Es ist auch mit den meisten modernen Betriebssystemen mit einer Version von NTP (in der Regel SNTP - eine vereinfachte Version) auf dem neuesten Windows 7-Betriebssystem installiert.

NTP hat eine wichtige Rolle bei der Schaffung des Internets gespielt, das wir heute kennen und lieben. Viele Online-Anwendungen und Aufgaben wären ohne genaue Zeitsynchronisation und NTP nicht möglich.

Online-Handel, Internet-Auktionen, Banking und Debugging von Netzwerken basieren auf einer genauen Zeitsynchronisation. Selbst das Senden einer E-Mail erfordert eine Zeitsynchronisierung mit dem E-Mail-Server - andernfalls könnten Computer keine E-Mails von nicht synchronisierten Rechnern verarbeiten, da sie möglicherweise vor dem Senden ankommen.

NTP ist ein freies Software-Protokoll und ist online abrufbar NTP.org Die meisten Computernetzwerke, die sichere und genaue Zeit erfordern, verwenden jedoch meistens dedizierte NTP-Server die außerhalb des Netzwerks und der Firewall arbeiten und die Zeit von Atomuhrsignalen erhalten, die eine Genauigkeit von Millisekunden mit der globalen Zeitskala der Welt gewährleisten UTC (Abgestimmte Weltzeit).

Das Global Positioning System (GPS) ist ein zunehmend beliebtes Werkzeug, das in der ganzen Welt als Quelle der Orientierung und Navigation verwendet wird. Es gibt jedoch viel mehr für das GPS-Netzwerk als nur Satellitennavigation, da die von den GPS-Satelliten ausgesendeten Übertragungen auch als hochgenaue Zeitquelle verwendet werden können.

GPS-Satelliten sind eigentlich nur umlaufende Uhren, da jede Atomuhr enthält, die ein Zeitsignal erzeugt. Es ist das Zeitsignal, das von den GPS-Satelliten ausgesendet wird, das Satellitennavigationsempfänger in Autos und Flugzeugen verwenden, um Entfernung und Position zu berechnen.

Die Positionierung ist nur möglich, weil die Zeitsignale so genau sind. Fahrzeug-Navigationsgeräte verwenden beispielsweise die Signale von vier umlaufenden Satelliten und triangulieren die Informationen, um die Position zu berechnen. Wenn es jedoch nur eine Sekunde Ungenauigkeit bei einem der Zeitsignale gibt, dann könnte die positierende Information Tausende von Meilen entfernt sein - was sich als nutzlos erweist.

Es ist ein Beweis für die Genauigkeit von Atomuhren, die zur Erzeugung von GPS-Signalen verwendet werden, dass gegenwärtig ein GPS-Empfänger seine Position auf der Erde auf bis zu fünf Meter ermitteln kann.

Da GPS-Satelliten so genau sind, sind sie eine ideale Quelle für Zeit Synchronisieren Sie ein Computernetzwerk zu. Genau genommen unterscheidet sich die GPS-Zeit von der internationalen Zeitskala UTC (Coordinated Universal Time), da UTC zusätzliche Schaltsekunden hinzugefügt hat, um die Parität zur Erdrotation zu gewährleisten, was genau 18 Sekunden vor GPS bedeutet, aber einfach durch NTP zur Zeitsynchronisation konvertiert werden kann Protokoll (Network Time Protocol).

GPS Zeitserver Empfangen des GPS-Zeitsignals über eine GPS-Antenne, die auf dem Dach platziert werden muss, um die Sichtlinienübertragungen zu empfangen. Sobald das GPS-Signal empfangen wird, wird die NTP GPS Zeitserver wird das Signal an alle Geräte im NTP-Netzwerk verteilen und Abweichungen an einzelnen Rechnern korrigieren.

GPS Zeitserver sind einfach zu bedienende Geräte und können eine Genauigkeit von Millisekunden bis UTC gewährleisten, ohne dass Sicherheitsrisiken bei der Nutzung einer Internetzeitquelle entstehen.