Genaue Zeit ist in der modernen Welt des Internet-Banking, Online-Auktionen und globalen Finanzwesens von wesentlicher Bedeutung. Jedes Computernetzwerk, das an der globalen Kommunikation beteiligt ist, benötigt eine genaue Quelle der globalen Zeitskala UTC (Coordinated Universal Time) um mit anderen Netzwerken kommunizieren zu können.

Der Empfang von UTC ist einfach genug. Es ist aus mehreren Quellen verfügbar, aber einige sind zuverlässiger als andere:

Internetzeitquellen

Das Internet ist mit Zeitquellen überflutet. Diese variieren in Zuverlässigkeit und Genauigkeit, aber einige vertrauenswürdige Organisationen wie NIST (National Institute of Standards and Time) und Microsoft. Allerdings gibt es Nachteile bei Internetzeitquellen:

Zuverlässigkeit - Die Nachfrage nach Internetquellen von UTC bedeutet oft, dass es schwierig sein kann, auf sie zuzugreifen

Genauigkeit - Die meisten Internet-Zeitserver sind Stratum 2-Geräte, was bedeutet, dass sie selbst auf eine Quelle der Zeit angewiesen sind. Oft können Fehler auftreten und viele Zeitquellen können sehr ungenau sein.

Sicherheit - Vielleicht ist das größte Problem mit Internetzeitquellen das Risiko, das sie für die Sicherheit darstellen. Um eine Zeitmarke aus dem Internet zu empfangen, muss die Firewall eine Öffnung haben, damit die Signale passieren können. Dies kann dazu führen, dass böswillige Benutzer davon profitieren.

Funk referenzierte Zeitserver.

Eine sichere Methode zum Empfangen von UTC-Zeitstempeln ist mit a verfügbar NTP Zeitserver das kann Radiosignale von Labors wie empfangen NIST und NPL (National Physical Laboratory. Viele Länder haben diese ausgestrahlten Zeitsignale, die sehr genau, zuverlässig und sicher sind.

GPS Zeitserver

Eine weitere Quelle für dedizierte Zeitserver ist GPS. Der große Vorteil von a GPS NTP Zeitserver ist, dass die Zeitquelle überall auf dem Planeten mit einer klaren Sicht auf den Himmel verfügbar ist. GPS-Zeitserver sind zudem hochgenau, zuverlässig und genauso sicher wie Funk-Zeitserver.

Wenn Sie Ihre Uhr auf die Sprechuhr oder die Zeit im Internet setzen, haben Sie sich jemals gefragt, wer diese Uhren setzt und überprüft, ob sie genau sind?

Es gibt keine einzige Hauptuhr, die für das Timing der Welt verwendet wird, aber es gibt eine Konstellation von Uhren, die als Basis für ein universelles Zeitsteuerungssystem verwendet werden, bekannt als UTC (Coordinated Universal Time).

UTC ermöglicht es allen Computernetzen und anderen Technologien der Welt, in perfekter Synchronität miteinander zu kommunizieren, was in der modernen Welt des Internethandels und der globalen Kommunikation von entscheidender Bedeutung ist.

Aber wie bereits erwähnt, ist die Steuerung von UTC nicht auf eine Hauptuhr beschränkt, stattdessen arbeiten eine ganze Reihe hochpräziser Atomuhren in verschiedenen Ländern zusammen, um eine Zeitquelle zu erzeugen, die auf der von ihnen allen mitgeteilten Zeit basiert.

Zu diesen UTC-Zeitnehmern gehören namhafte Organisationen wie das National Institute of Standards and Time (NIST) und dem britischen Physikalischen Laboratorium (NPL) unter anderem.

Diese Organisationen tragen nicht nur dazu bei, dass UTC so genau wie möglich ist, sondern stellen auch eine Quelle der UTC-Zeit für die weltweiten Computernetzwerke und -technologien zur Verfügung.

Um die Zeit von diesen Organisationen zu erhalten, a NTP Zeitserver (Netzwerkzeitserver) ist erforderlich. Diese Geräte empfangen die Übertragungen von Orten wie NIST und NPL über Langwellenfunkübertragungen. Das NTP-Server dann verteilt das Timing-Signal über ein Netzwerk und passt die einzelnen Systemtakte an, um sicherzustellen, dass sie so genau wie möglich auf UTC sind.

Ein einzelner dedizierter NTP-Server kann ein Computernetzwerk aus Hunderten oder sogar Tausenden von Maschinen synchronisieren, und die Genauigkeit eines Netzwerks, das in UTC-Zeit von den Ausstrahlungen durch NIST und NPL abhängt, wird ebenfalls sehr genau sein.

Das NIST-Zeitsignal ist bekannt als WWVB und wird von Boulder Colorado im Herzen der USA ausgestrahlt, während das britische NPL-Signal in Cumbria im Norden Englands ausgestrahlt wird MSF - Andere Länder haben ähnliche Systeme einschließlich der DSF Signalübertragung aus Frankfurt, Deutschland.

Das GPS-System ist den meisten Menschen vertraut. Viele Autos haben jetzt ein GPS-Satellitennavigationsgerät in ihren Autos, aber es gibt mehr zum globalen Positionierungssystem als nur Wegfindung.

Das Global Positioning System ist eine Konstellation von über dreißig Satelliten, die sich rund um den Globus drehen. Das GPS-Satellitennetzwerk wurde so konzipiert, dass zu jedem Zeitpunkt mindestens vier Satelliten über dem Kopf liegen - egal, wo Sie sich auf dem Globus befinden.

An Bord jedes GPS-Satelliten befindet sich eine hochpräzise Atomuhr und es ist die Information von dieser Uhr, die durch die GPS-Übertragungen gesendet wird, die durch Triangulation (unter Verwendung des Signals von mehreren Satelliten) ein Satellitennavigationsempfänger Ihre Position ausarbeiten kann.

Aber diese ultrapräzisen Zeitsignale haben eine andere Verwendung, die vielen Benutzern von GPS-Systemen unbekannt ist. Weil die Zeitsignale von der GPS Atomuhren sind so präzise, ​​dass sie eine gute Quelle für die Synchronisierung aller möglichen Technologien darstellen - von Computernetzen bis hin zu Verkehrskameras.

Um die GPS-Zeitsignale zu verwenden, wird oft ein GPS-Zeitserver verwendet. Diese Geräte verwenden NTP (Network Time Protocol) zum Verteilen der GPS-Timing-Quelle an alle Geräte im NTP-Netzwerk.

NTP überprüft regelmäßig die Zeit auf allen Systemen in seinem Netzwerk und passt es entsprechend an, wenn es sich an die ursprüngliche GPS-Timing-Quelle gewöhnt hat.

Da GPS überall auf dem Planeten verfügbar ist, stellt es eine sehr nützliche Quelle für viele Technologien und Anwendungen dar, die sicherstellen, dass alles, was mit der GPS-Timing-Quelle synchronisiert ist, so genau wie möglich bleibt.

Ein einzelner GPS NTP-Server kann Hunderte und Tausende von Geräten einschließlich Routern, PCs und anderer Hardware synchronisieren, um sicherzustellen, dass das gesamte Netzwerk perfekt koordinierte Zeit läuft.

Atomuhren sind ohne Zweifel die genauesten Zeitmesser auf dem Gesicht des Planeten. Tatsächlich ist die Genauigkeit einer Atomuhr unvergleichbar zu anderen Chronometern, Uhren oder Uhren.

Während eine Atomuhr in Tausenden von Jahren nicht einmal eine Sekunde in der Zeit verlieren wird, werden Sie durchschnittlich digitale Uhr vielleicht eine Sekunde in nur wenigen Tagen verlieren, die nach ein paar Wochen oder Monaten bedeutet, dass Ihre Uhr langsam läuft oder schnell um einige Minuten.

Das Gleiche gilt auch für die Systemuhr, die Ihren Computer steuert. Der einzige Unterschied besteht darin, dass Computer sich noch viel mehr auf die Zeit verlassen als wir selbst.

Fast alles, was ein Computer macht, ist abhängig von Zeitstempeln, vom Speichern von Arbeit bis zum Ausführen von Anwendungen, Debugging und sogar E-Mails sind alle abhängig von Zeitstempeln, die ein Problem sein können, wenn die Uhr auf Ihrem Computer zu schnell oder langsam läuft, da Fehler oft auftreten können. vor allem, wenn Sie mit einem anderen Computer oder Gerät kommunizieren.

Glücklicherweise können die meisten PCs problemlos mit einer Atomuhr synchronisiert werden, was bedeutet, dass sie genau wie diese leistungsstarken Zeitmessgeräte sind, so dass alle von Ihrem PC ausgeführten Aufgaben vollkommen synchron mit dem Gerät, mit dem Sie kommunizieren, synchron sein können.

In den meisten PC-Betriebssystemen ist ein eingebautes Protokoll (NTP) ermöglicht es dem PC, mit einem Zeitserver zu kommunizieren, der an eine Atomuhr angeschlossen ist. In den meisten Windows-Versionen erfolgt der Zugriff über die Einstellung für Datum und Uhrzeit (Doppelklick auf die Uhr unten rechts).

Für Business Machines oder Netzwerke, die eine sichere und genaue Zeitsynchronisierung erfordern, sind Online-Zeitserver jedoch nicht sicher oder genau genug, um sicherzustellen, dass Ihr Netzwerk nicht anfällig für Sicherheitslücken ist.

Aber, NTP Zeitserver dass die Zeit direkt von Atomuhren empfangen wird, die ganze Netzwerke synchronisieren können. Diese Geräte erhalten einen gesendeten Zeitstempel, der entweder von nationalen Physiklabors oder über das GPS-Satellitennetzwerk verteilt wird.

NTP-Server ermöglichen Sie, dass ganze Netzwerke genau synchronisierte Zeit haben, die so genau und sicher ist, wie es menschlich möglich ist.

Atomuhren sind viel unterschätzte Technologien, deren Entwicklung die Art, wie wir leben und arbeiten, revolutioniert und Technologien ermöglicht hat, die ohne sie unmöglich wären.

Satellitennavigation, Mobiltelefone, GPS, Internet, Flugsicherung, Ampeln und sogar CCTV-Kameras sind auf das Ultra angewiesen genaue Zeitmessung einer Atomuhr.

Die Genauigkeit einer Atomuhr ist unvergleichbar mit anderen Zeitmessgeräten, da sie in Hunderttausenden von Jahren nicht einmal um eine Sekunde abweichen.

Aber Atomuhren sind große empfindliche Geräte, die ein Team erfahrener Techniker und optimale Bedingungen benötigen, wie sie in einem Physiklabor zu finden sind. Wie profitieren all diese Technologien von der hohen Präzision einer Atomuhr?

Die Antwort ist ganz einfach, die Controller von Atomuhren, meist nationale Physiklabore, senden über Langwellenfunk die Zeitsignale aus, die ihre ultrapräzisen Uhren erzeugen.

Um diese Zeitsignale zu empfangen, verwenden Server das Zeitsynchronisationsprotokoll NTP (Network Time Protocol) werden verwendet, um diese Zeitstempel zu empfangen und zu verteilen.

NTP Zeitserver, die oft als Netzwerkzeitserver bezeichnet werden, sind eine sichere und genaue Methode, um sicherzustellen, dass jede Technologie eine genaue Atomuhrzeit ausführt. Diese Zeitsynchronisationsgeräte können einzelne Geräte oder ganze Netzwerke von Computern, Routern und anderen Geräten synchronisieren.

NTP-Server, die GPS-Signale verwenden, um die Zeit von den Atomuhrsatelliten zu empfangen, werden ebenfalls häufig verwendet. Diese NTP GPS Zeitserver sind so genau wie jene, die die Zeit von Physiklabors erhalten, aber das schwächere, Sichtlinien-GPS-Signal als ihre Quelle benutzen.

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 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.

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.

Jeder Netzwerkadministrator wird Ihnen sagen, wie wichtig Zeitsynchronization ist für ein modernes Computernetzwerk. Computer verlassen sich auf die Zeit für fast alles, besonders im heutigen Zeitalter des Online-Handels und der globalen Kommunikation, wo Genauigkeit essentiell ist.

Wenn man nicht sicherstellt, dass Computer genau synchronisiert werden, kann dies zu allen möglichen Problemen führen: Datenverlust, Sicherheitslücken, zeitunkritische Transaktionen und Schwierigkeiten beim Debuggen können alle durch fehlende oder nicht ausreichende Zeitsynchronisierung verursacht werden.

Aber es ist dank zweier Technologien einfach, jeden Computer in einem Netzwerk mit genau der gleichen Zeit zu versorgen: die Atomuhr und die NTP Server (Netzwerkzeitprotokoll).

Atomuhren sind extrem genaue Chronometer. Sie können Zeit behalten und nicht in Tausenden von Jahren um eine Sekunde wegdriften, und diese Genauigkeit hat Technologien und Anwendungen wie Satellitennavigation, Online-Handel und GPS möglich gemacht.

Die Zeitsynchronisierung für Computernetzwerke wird durch den Netzwerkzeitserver gesteuert, der nach dem von ihm verwendeten Zeitsynchronisationsprotokoll, Network Time Protocol, allgemein als NTP-Server bezeichnet wird.
Wenn es darum geht, einen Zeitserver zu wählen, gibt es wirklich nur zwei echte Typen - die Funkreferenz NTP Zeitserver und das GPS NTP Zeitserver.

Funk - Referenzzeitserver erhalten die Zeit von Langwellensendungen, die von Physiklabors wie NIST in Nordamerika oder NPL im Vereinigten Königreich. Diese Übertragungen können oft im gesamten Herkunftsland (und darüber hinaus) aufgenommen werden, obwohl lokale Topographie und Störungen durch andere elektrische Geräte das Signal stören können.

GPS ZeitserverVerwenden Sie andererseits das von GPS-Satelliten übertragene Satellitennavigationssignal. Die GPS-Übertragungen werden durch Atomuhren an Bord der Satelliten erzeugt, so dass sie genau wie die von den Physiklaboren ausgestrahlte Atomuhr eine hochgenaue Quelle der Zeit sind.

Abgesehen von dem Nachteil, eine Dachantenne zu haben (GPS funktioniert durch Sichtlinie, so dass eine klare Sicht auf den Himmel unerlässlich ist), GPS ist buchstäblich überall auf dem Planeten erhältlich.

Wie beide Arten von Zeitservern kann eine genaue Quelle für zuverlässige Zeit liefern Die Entscheidung, welcher Typ von Zeitserver sollte auf der Verfügbarkeit von Langwellensignalen basieren, oder ob es möglich ist, eine GPS-Antenne auf dem Dach zu installieren.