Wenn wir einen Blick auf unsere Uhren oder die Bürouhr werfen, nehmen wir oft an, dass die Zeit, die wir bekommen, richtig ist. Wir werden vielleicht bemerken, wenn unsere Uhren zehn Minuten schnell oder langsam sind, aber nehmen Sie wenig Beachtung, wenn sie eine Sekunde oder zwei sind.

Doch seit Tausenden von Jahren ist die Menschheit darauf aus, immer mehr zu werden genaue Uhren deren Vorteile heute in unserer Zeit der Satellitennavigation reichlich vorhanden sind, NTP-Server, das Internet und die globale Kommunikation.

Um zu verstehen, wie genau die Zeit gemessen werden kann, ist es zunächst wichtig, das Konzept der Zeit selbst zu verstehen. Die Zeit, wie sie seit Jahrtausenden auf der Erde gemessen wird, ist ein anderes Konzept als die Zeit selbst, die, wie Einstein uns mitteilte, Teil des Gefüges des Universums selbst ist, das er als vierdimensionale Raumzeit beschreibt.

Aber wir haben die Zeit historisch nicht auf der Zeit selbst gemessen, sondern auf der Rotation unseres Planeten in Bezug auf die Sonne und den Mond. Ein Tag wird in 24-gleiche Teile (Stunden) unterteilt, von denen jede in 60-Minuten unterteilt ist und die Minute in 60-Sekunden unterteilt ist.

Es wurde jedoch nun erkannt, dass die Messzeit auf diese Weise nicht als genau betrachtet werden kann, da die Erdrotation von Tag zu Tag variiert. Alle möglichen Variablen wie Gezeitenkräfte, Hurrikane, Sonnenwinde und sogar die Schneemenge an den Polen beeinflussen die Geschwindigkeit der Erdrotation. Tatsächlich, als die Dinosaurier anfingen, die Erde zu durchstreifen, wäre die Länge eines Tages, wie wir es jetzt messen, nur 22 Stunden gewesen.

Unsere Zeitmessung basiert nun auf dem Übergang von Atomen mit Atomuhren mit einer Sekunde basierend auf 9,192,631,770-Perioden der Strahlung, die durch den Hyperfeinübergang eines nichtionisierten Cäsiumatoms im Grundzustand emittiert wird. Das hört sich kompliziert an, ist aber nur ein atomarer "Tick", der sich nie ändert und daher einen sehr genauen Bezug zu unserer Zeit bieten kann.

Atomuhren benutzen diese Atomresonanz und können die Zeit so genau behalten, dass eine Sekunde nicht einmal in einer Milliarde Jahre verloren geht. Moderne Technologien nutzen alle diese Präzision und ermöglichen viele der heutigen Kommunikations- und Welthandelsaktivitäten mit der Nutzung der Satellitennavigation, NTP-Server und die Flugsicherung verändert die Art und Weise, wie wir unser Leben leben.

In einer Zeit der Atomuhren und der NTP-Server Die Zeitmessung ist jetzt präziser denn je, mit immer größerer Präzision, und hat viele der Technologien und Systeme ermöglicht, die wir heute für selbstverständlich halten.

Während die Zeitmessung schon immer ein Thema der Menschheit war, war erst in den letzten Jahrzehnten wahre Genauigkeit möglich, dank der Einführung der Atomuhr.

Vor der Atomzeit waren elektrische Oszillatoren, wie sie in der durchschnittlichen Digitaluhr zu finden sind, das genaueste Maß für die Zeit, und während elektronische Uhren wie diese viel genauer sind als ihre Vorgänger - die mechanischen Uhren, können sie immer noch bis zu einer Sekunde pro Woche driften .

Aber warum muss die Zeit so genau sein, wie wichtig kann eine Sekunde sein? Im täglichen Leben ist eine Sekunde nicht so wichtig und elektronische Uhren (und sogar mechanische Uhren) bieten eine angemessene Zeitmessung für unsere Bedürfnisse.

In unserem täglichen Leben macht eine Sekunde wenig Unterschied, aber in vielen modernen Anwendungen kann eine Sekunde ein Alter sein.

Die moderne Satellitennavigation ist ein Beispiel. Diese Geräte können einen Ort irgendwo auf der Erde auf wenige Meter genau lokalisieren. Sie können dies jedoch nur aufgrund der ultrapräzisen Art der Atomuhren tun, die das System steuern, wenn das von den Navigationssatelliten gesendete Zeitsignal mit der Lichtgeschwindigkeit läuft, die fast 300,000 km pro Sekunde beträgt.

Da Licht in einer Sekunde jede Atomuhr so ​​weit zurücklegen kann, dass ein Satellitennavigationssystem, das nur eine Sekunde entfernt war, regiert, würde die Positionierung um Tausende von Meilen ungenau sein, was das Positionierungssystem nutzlos machen würde.

Es gibt viele andere Technologien, die eine ähnliche Genauigkeit erfordern und auch viele der Arten, wie wir handeln und kommunizieren. Aktien und Aktien schwanken jede Sekunde auf und ab und der globale Handel erfordert, dass jeder auf der ganzen Welt gleichzeitig kommunizieren muss.

Die meisten Computernetzwerke werden mit a gesteuert NTP-Server (Netzwerkzeitprotokoll) Diese Geräte ermöglichen Computernetzwerken, alle die gleiche auf der Atomuhr basierende Zeitskala UTC (Coordinated Universal Time) zu verwenden. Durch die Verwendung von UTC Über einen NTP-Server können Computernetzwerke innerhalb weniger Millisekunden synchronisiert werden.

Organisieren von Schichten

Ebenenebenen beschreiben die Entfernung zwischen einem Gerät und der Referenzuhr. Zum Beispiel ist eine Atomuhr, die in einem Physiklabor oder GPS-Satellit basiert, ein Stratum 0-Gerät. EIN Stratum 1 Gerät ist ein Zeitserver, der Zeit von einem Stratum 0 Gerät erhält, also dediziert NTP-Server ist Stratum 1. Geräte, die die Zeit vom Zeitserver wie Computer und Router empfangen, sind Stratum 2-Geräte.

NTP Sie können bis zu 16-Stratum-Levels unterstützen, und obwohl die Genauigkeit abnimmt, sind die Stratum-Levels so konzipiert, dass große Netzwerke alle Zeit von einem einzigen NTP-Server empfangen können, ohne dass es zu Netzwerkstaus oder einer Blockierung der Bandbreite kommt .

Bei Verwendung eines NTP-Server Es ist wichtig, das Gerät nicht mit Zeitanforderungen zu überlasten, so dass das Netzwerk mit einer ausgewählten Anzahl von Maschinen aufgeteilt werden sollte, die Anfragen von der NTP-Server (Der NTP-Server-Hersteller kann die Anzahl der Anforderungen empfehlen, die er verarbeiten kann). Diese Stratum 2-Geräte können als Zeitreferenzen für andere Geräte (die Stratum 3-Geräte werden) auf sehr großen Netzwerken verwendet werden, die dann als Zeitreferenzen verwendet werden können.

Hier, um Galleon Systems, einer der führenden europäischen Anbieter von NTP-Server Wir wünschen allen unseren Kunden, Lieferanten und auch unseren Wettbewerbern ein frohes Weihnachtsfest und einen guten Rutsch ins neue Jahr. Wir hoffen, 2009 ist ein erfolgreiches Jahr für Sie alle.

Genaue Zeit mit Atomic Clocks ist in Großbritannien und Teilen von Nordeuropa mit der MSF Atomuhrzeitsignal übermittelt von Cumbria, UK; Es bietet die Möglichkeit, die Uhrzeit von Computern und anderen elektrischen Geräten zu synchronisieren.

Das UK MSF Signal wird von NPL - das Nationale Physikalische Labor. MSF hat eine hohe Sendeleistung (50,000 Watt), eine sehr effiziente Antenne und eine extrem niedrige Frequenz (60,000 Hz). Zum Vergleich sendet ein typischer AM-Radiosender mit einer Frequenz von 1,000,000 Hz. Die Kombination von hoher Leistung und niedriger Frequenz verleiht den Funkwellen von MSF eine Menge Bounce, und diese einzelne Station kann daher den größten Teil Großbritanniens und einige Kontinentaleuropas abdecken.

Die Zeitcodes werden von MSF unter Verwendung eines der einfachsten möglichen Systeme und mit einer sehr niedrigen Datenrate von einem Bit pro Sekunde gesendet. Das 60,000-Hz-Signal wird immer gesendet, aber jede Sekunde wird es für eine Dauer von 0.2, 0.5 oder 0.8 Sekunden stark reduziert: • 0.2 Sekunden reduzierte Leistung bedeutet eine binäre Null • 0.5 Sekunden reduzierte Leistung ist eine binäre Eins. • 0.8 Sekunden reduzierter Leistung ist ein Trennzeichen. Der Zeitcode wird in BCD (Binary Coded Decimal) gesendet und zeigt Minuten, Stunden, Tag des Jahres und Jahres sowie Informationen über Sommerzeit und Schaltjahre an.

Die Zeit wird mit 53-Bits und 7-Separatoren übertragen und benötigt daher 60-Sekunden für die Übertragung. Eine Uhr oder Uhr kann eine extrem kleine und relativ einfache Antenne und einen Empfänger enthalten, um die Information in dem Signal zu dekodieren und die Zeit der Uhr genau einzustellen. Alles, was Sie tun müssen, ist die Zeitzone einzustellen, und die Atomuhr zeigt die korrekte Zeit an.

Engagiert Zeit-Server die darauf abgestimmt sind, das MSF-Zeitsignal zu empfangen, stehen zur Verfügung. Diese Geräte verbinden sich wie alle anderen Server mit einem Computernetzwerk, nur diese empfangen das Timing-Signal und verteilen es über das Netzwerk an andere Rechner im Netzwerk NTP (Network Time Protocol).

Zum Empfangen und Verteilen und Authentifizieren von UTC-Zeitquellen gibt es derzeit zwei Arten von NTP Server, der GPS NTP-Server und das Radio referenzierter NTP-Server. Während beide Systeme UTC auf identische Weise verteilen, unterscheidet sich die Art und Weise, wie sie die Timing-Informationen erhalten.

A GPS NTP Zeitserver ist eine ideale Zeit- und Frequenzquelle, da sie überall auf der Welt mit relativ billigen Komponenten hochgenaue Zeit liefern kann. Jeder GPS-Satellit sendet in zwei Frequenzen L2 für den militärischen Gebrauch und L1 für den Einsatz von Zivilisten, die mit 1575 MHz gesendet werden. Günstige GPS-Antennen und Empfänger sind jetzt weit verbreitet.

Das Funksignal von dem Satelliten übertragen wird, kann durch die Fenster passieren, kann aber durch Gebäude blockiert werden, so der ideale Ort für eine GPS-Antenne auf einem Dach mit einer guten Sicht auf den Himmel ist. Je mehr Satelliten kann es aus, desto besser das Signal empfangen. Allerdings Dachantennen können Blitzeinschläge oder andere Spannung anfällig Stöße so wird ein Suppressor sehr inline auf dem GPS-Kabel installiert wird empfohlen wird.

Das Kabel zwischen der GPS-Antenne und dem Empfänger ist ebenfalls kritisch. Die maximale Entfernung, die ein Kabel zurücklegen kann, beträgt normalerweise nur 20-30-Meter, aber ein hochwertiges Koaxialkabel in Kombination mit einem GPS-Verstärker zur Erhöhung der Antennenverstärkung kann mehr als 100-Meter Kabelstrecken ermöglichen. Dies kann zu Schwierigkeiten bei der Installation in größeren Gebäuden führen, wenn der Server zu weit von der Antenne entfernt ist.

Eine alternative Lösung besteht darin, ein Radio zu verwenden, auf das verwiesen wird NTP Zeitserver. Diese beruhen auf einer Anzahl von nationalen Zeit- und Frequenzfunkübertragungen, die die UTC-Zeit senden. In Großbritannien wird das Signal (MSF genannt) von der National Physics Laboratory In Cumbria, das als nationale Referenz des Vereinigten Königreichs dient, gibt es ähnliche Systeme in den USA (WWVB) und in Frankreich, Deutschland und Japan.

Ein Radio basiert NTP-Server besteht in der Regel aus einem rackmontierbaren Zeitserver und einer Antenne, bestehend aus einem Ferritstab in einem Kunststoffgehäuse, der die Sende- und Empfangszeit des Radios empfängt. Es sollte immer horizontal im rechten Winkel zum Getriebe montiert werden, um eine optimale Signalstärke zu erreichen. Daten werden in Impulsen gesendet, 60 eine Sekunde. Diese Signale liefern die UTC-Zeit mit einer Genauigkeit von 100 Mikrosekunden, das Funksignal hat jedoch eine begrenzte Reichweite und ist anfällig für Interferenzen.

Die Neujahrsfeiern müssen in diesem Jahr noch eine weitere Sekunde warten, da sich der Internationale Erddrehungs- und Referenzsystem-Service (IERS) entschlossen hat, 2008 mit Leap Second auszustatten.

IERS gab im Juli in Paris bekannt, dass 2008, der erste seit Xnumx Xnumx, einen positiven Leap-Second-Titel hinzufügen soll. Leap-Sekunden wurden eingeführt, um die Unvorhersehbarkeit der Erdrotation zu kompensieren und UTC (Coordinated Universal Time) mit GMT (Greenwich Meantime) zu halten.

Die neue zusätzliche Sekunde wird am letzten Tag dieses Jahres bei 23 Stunden, 59 Minuten und 59 Sekunden hinzugefügt. Koordinierte Weltzeit - 6: 59: 59 Uhr Eastern Standard Time. 33 Leap Seconds wurden seit 1972 hinzugefügt

NTP-Server Systeme, die die Zeitsynchronisierung in Computernetzwerken steuern, werden alle von UTC (Coordinated Universal Time) gesteuert. Wenn eine zusätzliche Sekunde am Ende des Jahres hinzugefügt wird, wird UTC automatisch als zusätzliche Sekunde geändert. #

Ob a NTP-Server empfängt ein Zeitsignal für Übertragungen wie MSF, WWVB oder DCF oder vom GPS-Netzwerk wird das Signal automatisch die Leap-Second-Ankündigung übertragen.

Notice of Leap Second vom Internationalen Service für Erddrehungs- und Referenzsysteme (IERS)

SERVICE INTERNATIONAL DE LA ROTATION TERRESSE UND DES SYSTEMES DE REFERENCE

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

Paris, 4 Juli 2008

Bulletin C 36

An die für die Messung und Verteilung der Zeit zuständigen Behörden

UTC TIME STEP
auf dem 1st von Januar 2009

Eine positive Schaltsekunde wird Ende Dezember 2008 eingeführt.
Die Reihenfolge der Daten der UTC-Sekundenmarken ist:

2008 Dezember 31, 23h 59m 59s
2008 Dezember 31, 23h 59m 60s
2009 Januar 1, 0h 0m 0s

Der Unterschied zwischen UTC und der Internationalen Atomzeit TAI ist:

von 2006 Januar 1, 0h UTC bis 2009 Januar 1 0h UTC: UTC-TAI = - 33s
von 2009 Januar 1, 0h UTC, bis auf weiteres: UTC-TAI = - 34s

Schaltsekunden können in UTC Ende Dezember eingeführt werden

A GPS Zeitserver ist wirklich ein Kommunikationsgerät. Sein Zweck besteht darin, ein Zeitsignal zu empfangen und es dann auf alle Geräte in einem Netzwerk zu verteilen. Zeitserver werden oft als verschiedene Dinge bezeichnet Netzwerkzeitserver, GPS-Zeitserver, Funkzeitserver und NTP-Server.

Die meisten Zeitserver verwenden das Protokoll NTP (Network Time Protocol). NTP ist eines der ältesten Protokolle des Internets und wird von den meisten Computern verwendet, die einen Zeitserver verwenden. In den meisten Betriebssystemen wird NTP häufig in einer grundlegenden Form installiert.

A GPS Zeitserver, wie der Name schon sagt, ein Zeitsignal von der GPS-Netzwerk. GPS-Satelliten sind wirklich nichts weiter als umlaufende Uhren. An Bord jedes GPS-Satelliten befindet sich eine Atomuhr. Die ultrapräzise Zeit von dieser Uhr ist, was vom Satelliten gesendet wird (zusammen mit der Position des Satelliten).

Ein Satellitennavigationssystem arbeitet, indem es das Zeitsignal von drei oder mehr Satelliten empfängt, und indem es die Position der Satelliten berechnet und wie lange die Signale ankommen, um eine Position zu triangulieren.

Ein GPS-Zeitserver benötigt noch weniger Informationen und es wird nur ein Satellit benötigt, um eine Zeitreferenz zu erhalten. Eine GPS-Zeitserver-Antenne empfängt ein Zeitsignal von einem der 33-Satelliten über die Sichtlinie, so dass der beste Ort zum Befestigen der Antenne das Dach ist.

Die meisten engagierten GPS NTP Zeitserver benötigen eine gute 48-Stunden, um zu finden und eine dauerhafte Reparatur auf einem Satelliten, aber sobald sie es haben, ist selten, dass die Kommunikation verloren geht.

Die von GPS-Satelliten übertragene Zeit wird als GPS-Zeit bezeichnet und obwohl sie sich von der offiziellen globalen Zeitskala UTC (Coordinated Universal Time) unterscheidet, da sie beide auf Atomzeit (TAI) basieren, wird die GPS-Zeit einfach durch NTP konvertiert.

Ein GPS-Zeitserver wird oft als Stratum 1 NTP-Gerät bezeichnet, ein Stratum 2-Gerät ist ein Gerät, das die Zeit vom GPS-Zeitserver empfängt. Stratum 2- und Stratum 3-Geräte können auch als Zeitserver verwendet werden und auf diese Weise kann ein einzelner GPS-Zeitserver als eine Zeitgeberquelle für eine unbegrenzte Anzahl von Computern und Geräten arbeiten, solange die Hierarchie von NTP wird gefolgt.

Atomuhren sind der Höhepunkt der Zeitmessung Geräte. Moderne Atomuhren können die Zeit so genau einhalten, dass sie in 100,000,000-Jahren (100 Millionen) nicht einmal eine Sekunde in der Zeit verlieren. Wegen dieser hohen Genauigkeit sind Atomuhren die Basis für den Zeitmaßstab der Welt.

Um globale Kommunikation und zeitkritische Transaktionen wie den Kauf von Stacks und Shares zu ermöglichen, wurde in 1972 eine globale Zeitskala entwickelt, die auf der Zeit von Atomuhren basiert. Diese Zeitskala, Coordinated Universal Time (UTC), wird von der Internationales Büro für Maße und Gewichte (BIPM), die eine Konstellation von über 230-Atomuhren von 65-Laboratorien auf der ganzen Welt verwenden, um hohe Genauigkeit zu gewährleisten.

Atomuhren basieren auf den fundamentalen Eigenschaften des Atoms, der sogenannten Quantenmechanik. Die Quantenmechanik legt nahe, dass ein Elektron (negativ geladenes Teilchen), das den Kern eines Atoms umkreist, auf verschiedenen Ebenen oder Orbit-Ebenen existieren kann, abhängig davon, ob sie die richtige Energiemenge absorbieren oder freisetzen. Sobald ein Elektron genug Energie absorbiert oder freigesetzt hat, kann es als Quantensprung bezeichnet werden.

Die Frequenz zwischen diesen beiden Energiezuständen dient dazu, die Zeit zu halten. Die meisten Atomuhren basieren auf dem Caesiumatom, das 9,192,631,770-Perioden der Strahlung hat, die dem Übergang zwischen den zwei Niveaus entsprechen. Aufgrund der Genauigkeit von Cäsium-Uhren betrachtet das BIPM nun eine Sekunde als 9,192,631,770-Zyklen des Cäsiumatoms.

Atomuhren werden in Tausenden von verschiedenen Anwendungen verwendet, in denen ein präzises Timing unerlässlich ist. Satellitenkommunikation, Flugsicherung, Internethandel und Allgemeinmediziner benötigen Atomuhren, um die Zeit zu behalten. Atomuhren können auch als eine Methode von verwendet werden Synchronisieren von Computernetzwerken.

Ein Computernetzwerk, das a NTP Zeitserver kann entweder eine Funkübertragung oder die von GPS-Satelliten (Global Positioning System) ausgestrahlten Signale als Zeitquelle verwenden. Das NTP-Programm (oder der Daemon) stellt dann sicher, dass alle Geräte in diesem Netzwerk mit der von der Atomuhr angegebenen Zeit synchronisiert werden.

Durch die Verwendung eines NTP-Server Synchronisiert mit einer Atomuhr kann ein Computernetzwerk die gleiche koordinierte Weltzeit wie andere Netzwerke ausführen, so dass zeitkritische Transaktionen von überall auf der Welt durchgeführt werden können.

NTP (Network Time Protocol) ist das am häufigsten verwendete Zeitsynchronisationsprotokoll im Internet. Der Grund für seinen Erfolg ist, dass es sowohl flexibel als auch hochgenau (und frei) ist. NTP ist auch in einer hierarchischen Struktur angeordnet, die es Tausenden von Maschinen ermöglicht, ein Taktsignal von nur einem zu empfangen NTP-Server.

Wenn alle tausend Computer in einem Netzwerk gleichzeitig versuchten, ein Zeitsignal vom NTP-Server zu empfangen, würde das Netzwerk zu Engpässen führen und der NTP-Server würde nutzlos werden.

Aus diesem Grund existiert der NTP-Stratum-Tree. An der Spitze des Baumes befindet sich der NTP-Zeitserver, der ein stratum 1-Gerät ist (ein stratum 0-Gerät ist die Atomuhr, von der der Server seine Zeit empfängt). Unter dem NTP-Server, mehrere Server oder Computer erhalten Timing-Informationen vom Stratum 1-Gerät. Diese vertrauenswürdigen Geräte werden Stratum 2-Server, die wiederum ihre Timing-Informationen an eine andere Schicht von Computern oder Servern verteilen. Diese werden dann Stratum 3-Geräte, die wiederum Timing-Informationen in niedrigere Schichten (Stratum 4, Stratum 5 usw.) verteilen können.

In allen NTP können bis zu neun Schichtstufen unterstützt werden, obwohl die Entfernung vom ursprünglichen Stratum 1-Gerät um so weniger genau ist. Ein Beispiel für die Einrichtung einer NTP-Hierarchie finden Sie hier Stratum Baum