Atomuhren gibt es schon seit über fünfzig Jahren. Sie sind Uhren, die eine Atomresonanzfrequenz als ihr Zeitgeberelement anstelle von herkömmlichen oszillierenden Kristallen wie Quarz verwenden.

Die meisten Atomuhren verwenden die Resonanz des Atoms Cäsium-133, das jede Sekunde mit einer exakten Frequenz von 9,192,631,770 in Resonanz ist. Seit 1967 definiert das Internationale Einheitensystem (SI) das zweite als die Anzahl von Zyklen aus Cäsium -133, das Atomuhren (manchmal Cäsiumoszillatoren genannt) zum Standard für Zeitmessungen macht.

Da die Resonanz des Cäsium-133-Atoms so genau ist, sind Atomuhren dadurch auf weniger als 2 Nanosekunden pro Tag genau, was einer Sekunde in 1.4 Millionen Jahren entspricht.

Da Atomuhren so genau sind und eine kontinuierliche und stabile Zeitskala aufrechterhalten können, wurde eine universelle Zeit, UTC (Coordinated Universal Time oder Temps Universel Coordonné), entwickelt, die Funktionen wie Schaltsekunden unterstützt - zur Kompensation der Verlangsamung des Erdrotation.

Atomuhren sind jedoch extrem teuer und sind in der Regel nur in großtechnischen Laboratorien zu finden. Jedoch kann NTP (Network Time Protocol), das Standardmittel zum Erreichen der Zeitsynchronisation in Computernetzwerken, mit einer Atomuhr synchronisiert werden, indem entweder das Global Positioning System (GPS) -Netzwerk oder spezialisierte Funkübertragungen verwendet werden.

Das am weitesten verbreitete ist das GPS (Global Positioning System), das vom Militär der Vereinigten Staaten entwickelt wurde. GPS enthält mindestens 24-Kommunikationssatelliten in hoher Umlaufbahn, die genaue Positions- und Standortinformationen liefern. Jeder GPS-Satellit kann dies nur unter Verwendung einer Atomuhr tun, die wiederum als Zeitreferenz verwendet werden kann.

Ein GPS-Zeitserver ist eine ideale Zeit- und Frequenzquelle, da er überall auf der Welt mit relativ billigen Komponenten sehr genaue Zeit liefern kann. Jeder GPS-Satellit überträgt in zwei Frequenzen L2 für die militärische Nutzung und L1 für die Verwendung durch Zivilisten, die mit 1575 MHz übertragen werden, kostengünstige GPS-Antennen und Empfänger sind jetzt weit verbreitet.

Es gibt auch eine Anzahl von nationalen Zeit- und Frequenzfunkübertragungen, die verwendet werden können, um einen NTP-Server zu synchronisieren. In Großbritannien wird das Signal (MSF) vom National Physics Laboratory in Cumbria gesendet, das als nationale Zeitreferenz des Vereinigten Königreichs dient. Ähnliche Systeme gibt es auch in Colorado, USA (WWVB) und in Frankfurt (DCF-77). Diese Signale liefern UTC-Zeit mit einer Genauigkeit von 100 Mikrosekunden, jedoch hat das Funksignal eine begrenzte Reichweite und ist anfällig für Störungen.

Mithilfe eines GPS-NTP-Servers oder eines funkbasierten NTP-Zeitservers können Netzwerkzeit-Clients je nach Netzwerkverkehr auf wenige Millisekunden UTC synchronisiert werden.

Dieser Beitrag wurde geschrieben von Richard N Williams

Richard Williams N ist ein technischer Autor und Spezialist für die NTP-Server und Zeitsynchronisation-Industrie. Richard Williams N auf Google+