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.

NTP (Network Time Protocol) ist vielleicht das älteste und am häufigsten verwendete Protokoll von Computern und doch ist es wahrscheinlich das am wenigsten verstandene.

NTP wird von fast allen Computern, Netzwerken und anderen Geräten verwendet, die an der Kommunikation über das Internet oder interne Netzwerke beteiligt sind. Es wurde in den frühesten Stadien des Internets entwickelt, als sich herausstellte, dass eine Methode zur Gewährleistung der Genauigkeit über Entfernungen erforderlich ist.

Das Protokoll arbeitet mit der Auswahl einer einzelnen Zeitquelle, von der NTP die Fähigkeit hat, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von NTP zu ermitteln, die dann um jedes Gerät im NTP-Netzwerk verteilt wird.

Jedes Gerät wird regelmäßig mit dieser Referenzuhr verglichen und bei Auftreten von Abweichungen angepasst. Eine Version von NTP wird jetzt mit praktisch jedem Betriebssystem bereitgestellt, so dass jede Maschine mit einer einzigen Zeitquelle synchronisiert werden kann.

Offensichtlich würde der Grund für all diese Synchronisation verloren gehen, wenn jedes Netzwerk in der Welt eine andere Zeitquelle als seine Referenz auswählen würde.

Glücklicherweise wurde eine globale Zeitskala entwickelt, die auf einem internationalen Atomuhrenkonsortium basiert, um eine einzige Quelle für die globale Synchronisation bereitzustellen.

UTC (Coordinated Universal Time) wird von Computernetzen weltweit als Zeitreferenz verwendet, was bedeutet, dass jedes Gerät, das mit NTP mit UTC synchronisiert wird, effektiv mit jedem Netzwerk synchronisiert wird, das UTC als Basiszeit verwendet.

Es gibt viele verschiedene Methoden, mit denen NTP auf die UTC-Zeit zugreifen kann. Das Internet ist ein gewöhnlicher Ort, obwohl dies Sicherheits- und Firewall-Probleme bietet. Eine sicherere (und genauere) Methode ist die Verwendung eines dedizierten NTP Zeitserver das dauert die Zeit von externen Quellen wie dem GPS - Netzwerk (GPS funktioniert, indem es einen Atomuhrzeitstempel ausstrahlt, der durch a leicht in UTC umgewandelt wird NTP-Server).

Mit NTP, einem dedizierten Zeitserver und dem Zugriff auf UTC kann ein ganzes Netzwerk innerhalb weniger Millisekunden von der universellen Zeit synchronisiert werden, wodurch ein sicheres und genaues Netzwerk entsteht, das in vollständiger Synchronität mit anderen Netzwerken auf der ganzen Welt arbeiten kann.

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 Synchronisation ist für die meisten Computernetzwerke unerlässlich. Zeitstempel sind die einzige Referenz, die ein Computer verwenden kann, um zu analysieren, wann und ob Prozesse oder Anwendungen abgeschlossen sind. Synchronisierte Zeitstempel sind auch für Sicherheit, Debugging und Fehlerprotokollierung unerlässlich.

Wenn das Netzwerk nicht ausreichend synchronisiert wird, kann dies zu Problemen führen. Anwendungen können nicht gestartet werden, zeitkritische Transaktionen werden fehlschlagen und Fehler und Datenverlust werden an der Tagesordnung.

Die Synchronisierung ist jedoch unabhängig von der Größe des Netzwerks einfach und nicht teuer, dank des dedizierten Netzwerkzeitservers und des Zeitprotokolls NTP.

Netzwerkzeitprotokoll (NTP)

NTP ist zwar länger als das Internet, aber das am weitesten verbreitete Synchronisationsprotokoll. NTP ist frei zu benutzen und macht die Synchronisation sehr einfach. Es funktioniert, indem es eine einzelne Zeitquelle (oder mehrere) nimmt und es unter dem Netz verteilt. Es behält hohe Genauigkeit bei, selbst wenn es das ursprüngliche Zeitsignal verliert und kann beurteilen, wie genau jeder Zeitbezug ist.

NTP Time Server

Diese kommen in verschiedenen Formen vor. Erstens gibt es eine Anzahl von virtuellen Zeitservern über das Internet, die die Zeit kostenlos verteilen. Da sie jedoch internetbasiert sind, riskiert ein Netzwerk einen Firewall-Port, der für diese Zeitkommunikation offen ist. Es gibt auch keine Kontrolle über das Zeitsignal, so dass Ihr Netzwerk ohne ausreichende Synchronisation verlassen werden kann, wenn es ausfällt (oder instabil wird oder völlig ungenau wird).

Engagiert NTP Zeitserver Verwenden Sie GPS oder Funkreferenzen, um die Zeit zu empfangen. Dies ist viel sicherer und als GPS und Funksignale wie WWVB (von NIST) werden durch Atomuhren erzeugt dort ist die Genauigkeit unübertroffen.

Da das NTP-Protokoll hierarchisch ist, bedeutet dies auch, dass nur ein dedizierter Zeitserver für ein Netzwerk verwendet werden muss, unabhängig von der Größe, da andere Geräte im Netzwerk als Zeitserver fungieren können, nachdem receXNUM die Zeit vom primären Server entfernt hat NTP-Server.

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.