GPS - это не единственная технология, которая зависит от атомных часов. Высокие уровни точности, обеспечиваемые атомные часы используются в других важнейших технологиях, которые мы принимаем как должное каждый день.

Управление воздушным движением Мало того, что все самолеты и авиалайнеры теперь оснащены GPS, чтобы пилоты и наземный персонал знали свое точное местоположение, но атомные часы также используются диспетчерами воздушного движения, которым нужны точные и точные измерения и время между самолетами.

Светофоры и дорожные системы - Светофоры - это еще одна система, которая опирается на синхронизацию атомных часов. Точность и синхронизация важны для систем светофора, поскольку небольшие ошибки синхронизации могут привести к несчастным случаям со смертельным исходом.

Камеры перегрузки и другие системы, такие как парковочные счетчики, также используют атомные часы в качестве основы для их хронометража, поскольку это предотвращает любые юридические проблемы при выдаче штрафных уведомлений.

кабельное телевидение - Закрытое телевидение - еще один крупный пользователь атомных часов. Камеры видеонаблюдения часто используются в борьбе с преступностью, но в качестве доказательств они неэффективны в суде, если информация о времени на видеокамере не может быть доказана. Несоблюдение этого требования может привести к тому, что преступники избегут судебного преследования, потому что, несмотря на идентификацию камеры, доказательство того, что оно было в момент и в день преступления, невозможно прояснить без точности и синхронизации.

интернет - Многие из приложений, которые мы теперь передаем в Интернет, становятся возможными благодаря атомным часам. Интернет-трейдинг, интернет-банкинг и даже онлайн-аукционные дома нуждаются в точном и синхронизированном времени.

Представьте себе, что ваши сбережения на вашем банковском счете обнаруживаются только при условии, что вы можете снова их снять, потому что на другом компьютере есть более медленные часы или представьте, что вы делаете ставку на интернет-аукционе только для того, чтобы отклонить вашу ставку по заявке, которая была до вас, потому что она была сделана на компьютер с более медленными часами.

Использование атомных часов в качестве источника времени относительно прямо для многих технологий. Радиосигналы и даже GPS-передачи могут использоваться как источник времени атомных часов, а для компьютерных систем - протокол NTP (Network Time Protocol) гарантирует, что всякая сеть будет синхронизирована идеально. Преданный NTP серверы времени используются во всем мире в технологиях и приложениях, требующих точного времени.

Атомные часы являются наиболее точными приборами для учета времени, известными человеку. Точность несравнима с другими часами и хронометрами, в то время как даже самые сложные электронные часы будут дрейфовать на секунду каждую неделю или две, наиболее современные атомные часы может продолжать работать в течение тысяч лет и не потерять даже доли секунды.

Точность атомных часов сводится к тому, что они используют в качестве основы для измерения времени. Вместо того, чтобы полагаться на электронный ток, протекающий через кристалл, подобно электронным часам, атомные часы используют сверхтонкий переход атома в двух энергетических состояниях. Хотя это может показаться сложным, это просто неослабевающая реверберация, которая «гасит» по 9 миллиардам раз в секунду, каждую секунду.

Но почему такая точность действительно необходима и какие технологии используют атомные часы?

Это изучение технологий, использующих атомные часы, которые мы можем понять, почему требуются такие высокие уровни точности.

GPS - Спутниковая навигация

Спутниковая навигация - огромная индустрия. Как только технология для военных и авиаторов, спутниковая навигационная система GPS теперь используется пользователями дорог по всему миру. Однако навигационная информация, предоставляемая системами спутниковой навигации, такими как GPS, основана исключительно на точности атомных часов.

GPS работает путем триангуляции нескольких сигналов синхронизации, которые развернуты из атомных часов на борту спутников GPS. Разрабатывая, когда синхронизирующий сигнал был освобожден от спутника, спутниковый навигационный приемник может только как далеко от него со спутника, так и с помощью нескольких сигналов вычислить, где он находится в мире.

Из-за того, что эти сигналы синхронизации движутся со скоростью света, только одна секунда неточности в сигналах синхронизации может привести к тому, что информация о местоположении будет на тысячи миль. Это свидетельствует о точности GPS атомные часы что в настоящее время приемник спутниковой навигации с точностью до пяти метров.

Национальная физическая лаборатория объявила о плановом обслуживании на этой неделе (четверг), что означает, что сигнал времени и частоты MSF60kHz будет временно отключен, чтобы обеспечить безопасность обслуживания на радиостанции Anthorn в Камбрии.

Обычно эти запланированные периоды обслуживания продолжаются всего несколько часов и не должны вызывать каких-либо нарушений никому, кто полагается на сигнал MSF для приложений синхронизации.
NTP (Network Time Protocol) хорошо подходит для этих временных потерь сигнала и мало, если никакой дрифт не должен испытываться никакими NTP-сервер времени пользователь.

Тем не менее, есть некоторые высокоуровневые пользователи сетевых серверов времени или могут иметь проблемы с точностью их технологии в течение этих запланированных периодов отсутствия сигнала. Существует еще одно решение для обеспечения непрерывного, безопасного и одинаково точного сигнала времени.

GPS, наиболее часто используемый для навигации и отлаживающий его на самом деле атомную технологию, основанную на часах. Каждый из спутников GPS транслирует сигнал с их встроенных атомных часов, которые используются спутниковыми навигационными устройствами, которые определяют местоположение посредством триангуляции.

Эти сигналы GPS также могут быть получены GPS NTP-сервер времени, Так же, как MSF или другие серверы времени радиосигнала получают внешний сигнал от передатчика Anthorn, серверы времени GPS могут получать этот точный и внешний сигнал со спутников.

В отличие от радиопередач, GPS никогда не должен опускаться, хотя иногда бывает непрактично принимать сигнал, поскольку антенна GPS нуждается в четком просмотре неба и поэтому должна быть предпочтительно на крыше.

Для тех, кто хочет вдвойне убедиться, никогда не бывает периода, когда сигнал не принимается NTP-сервером, чтобы двойной сервер времени может быть использован. Они собирают как радио, так и GPS-передачи, а встроенный демон NTP вычисляет самое точное время от них обоих.

Увеличение количества атак GPS, вызывает некоторую озабоченность у научного сообщества. GPS, в то время как высокоточная и надежная система передачи времени и информации о местоположении опирается на очень слабые сигналы, которые мешают помехам с Земли.

Как непреднамеренное вмешательство, такое как пиратские радиостанции или преднамеренное преднамеренное «заклинивание» преступников, по-прежнему редки, но поскольку технология, которая может препятствовать сигналу GPS, становится более доступной, ситуация, как ожидается, ухудшится.

И хотя последствия отказа сигнала системы GPS могут иметь очевидные результаты для людей, которые используют его для навигации (заканчивается в неправильном месте или теряется), это может иметь более серьезные и глубокие последствия для технологий, которые полагаются на GPS на время сигналы.

Поскольку многие технологии теперь полагаются на Сигналы синхронизации GPS от телефонных сетей, интернета, банковских и светофоров и даже нашей энергосистемы любой отказ сигнала, как бы ни был коротким, может вызвать серьезные проблемы.

Основная проблема с сигналом GPS заключается в том, что он очень слаб, и, поскольку он исходит из космических спутников, мало что можно сделать для повышения сигнала, поэтому любая подобная частота, передаваемая в локальной области, может легко заглушить GPS.

Однако GPS не является единственным точным и безопасным способом получения времени от источника атомных часов. Многие национальные лаборатории физики по всему миру транслируют атомные тактовые сигналы по радиоволнам (обычно длинная волна). В США эти сигналы транслируются NIST (Национальный институт стандартов и времени (известный как WWVB), в то время как в Великобритании, сигнал MSF транслируется NPL (Национальная физическая лаборатория).

Двойные серверы времени которые могут получать оба сигнала, являются более безопасными для любой высокотехнологичной компании, которые не могут позволить себе рискнуть потерять сигнал времени.

Атомные часы - не недавнее изобретение. Разработанные в 1950, традиционные атомные часы на основе цезия предоставили нам точное время в течение полувека.

цезиевые атомные часы стала основой нашего времени - буквально. Международная система единиц (SI) определяют вторую, поскольку определенное количество колебаний атомного цезия и атомных часов управляют многими технологиями, которые мы живем с ежедневным использованием: Интернет, спутниковая навигация, управление воздушным движением и светофоры, чтобы назвать, но немного.

Однако последние разработки в оптических квантовых часах, которые используют одиночные атомы металлов, таких как алюминий или стронций, в тысячи раз точнее, чем традиционные атомные часы. Чтобы представить это в перспективе, лучшие атомные часы цезия, используемые институтами, такими как NIST (Национальный институт стандартов и времени) или NPL (Национальная физическая лаборатория) для управления глобальным временным масштабом в мире UTC (Coordinated Universal Time), с точностью до секунды каждые 100 миллионов лет. Однако эти новые квантовые оптические часы точны до секунды каждые 3.4 миллиардов лет - почти до тех пор, пока земля устарела.

Для большинства людей их единственная встреча с атомными часами - получение сигнала времени - это сетевой сервер времени or Устройство NTP (Network Time Protocol) для синхронизации устройств и сетей, и эти атомные тактовые сигналы генерируются с использованием цезиевых часов.

И пока ученые мира не смогут договориться о единственном атоме, который заменит цезий и единый дизайн часов для поддержания UTC, никто из нас не сможет воспользоваться этой невероятной точностью.

Спросите любого сетевого администратора или ИТ-инженера и спросите их, насколько важно синхронизация сети есть, и вы обычно получите тот же ответ - очень.

Время используется почти во всех аспектах вычислений для ведения журнала, когда произошли события. Фактически временные метки являются единственной ссылкой, которую компьютер может использовать для отслеживания заданий, которые он выполнил, и тех, которые он еще должен делать.

Когда сети несинхронизированы, результат может стать настоящей головной болью для тех, кому поручено отлаживать их. Данные часто теряются, приложения не запускаются, регистрация ошибок почти невозможна, не говоря уже об уязвимостях безопасности, которые могут возникнуть, если нет синхронизированного сетевого времени.

NTP (Network Time Protocol) - это ведущее приложение синхронизации времени, которое существует с 1980. Он постоянно развивается и используется практически любой компьютерной сетью, требующей точного времени.

Большинство операционных систем имеют уже установленную версию NTP и ее использование для синхронизации одного компьютера относительно прямо, используя параметры в настройках часов или панели задач.

Однако, используя встроенное приложение или демон NTP на компьютере, вы получите устройство, использующее источник интернет-времени в качестве ссылки на синхронизацию. Это хорошо и хорошо для одиночных настольных компьютеров, но в сети требуется более безопасное решение.

В любой компьютерной сети очень важно, чтобы в брандмауэре не было уязвимостей, которые могут привести к атакам со стороны вредоносных пользователей. Сохранение порта, открытого для связи с источником времени в Интернете, - это один из способов, который злоумышленник может использовать для входа в сеть.

К счастью, есть альтернативы использованию Интернета в качестве источника синхронизации. Атомные тактовые сигналы могут быть получены с использованием длинноволновой радиосвязи или GPS-передач.

Посвященный NTP-сервер времени доступны устройства, которые делают процесс синхронизации времени чрезвычайно простым, поскольку NTP-серверы получает время (извне в брандмауэр) и затем может распространяться на все компьютеры в сети - это делается безопасно и точно с большинством сетей, синхронизированным с сервером NTP, работающим в течение нескольких миллисекунд друг от друга.

Как и с развитием компьютерных технологий, которые кажутся экспоненциально увеличивающимися в потенциале каждый год, атомные часы тоже, похоже, значительно увеличиваются в своей точности в годовом исчислении.

Теперь, те пионеры атомных часов технологии, США Национальный институт стандартов времени (NIST), объявили, что им удалось создать Атомные часы с точностью в два раза больше, чем у всех предыдущих часов.

Часы основаны в одном атоме алюминия и NIST утверждают, что он может оставаться точным, не теряя второй за более чем 3.7 миллиардов лет (примерно столько же времени, сколько и существовала Земля).

Предыдущие наиболее точные часы были разработаны немецким физико-техническим бундестанстальтом (PTB) и был оптическим часовым механизмом на основе атома стронция и был точным до секунды за более чем миллиард лет. Эти новые атомные часы NIST также являются оптическими часами, но основаны на атомах алюминия, которые, согласно исследованиям NIST с этими часами, намного точнее.

Оптические часы используют лазеров для хранения атомов и отличаются традиционными атомными часами, используемыми компьютерными сетями, используя NTP-серверы (Network Time Protocol) и другие технологии, основанные на фонтанных часах. Эти традиционные фонтанные часы не только используют цезий в качестве времени для хранения атома, но вместо лазеров они используют сверхохлаждаемые жидкости и пылесосы для управления атомами.

Благодаря работе NIST, PTB и Великобритании NPL (National Physical Laboratory) атомные часы продолжают экспоненциально возрастать, однако эти новые оптические атомные часы, основанные на атомах, таких как алюминий, ртуть и стронций, далеко не используются в качестве основы для UTC (Всемирное координированное время).

UTC регулируется созвездием цезиевых фонтанных часов, которые, хотя все еще точны до секунды в 100,000, намного менее точны, чем эти оптические часы, и основаны на технологии более пятидесяти лет. И, к сожалению, пока мировое научное сообщество не сможет договориться о том, что атомный и часовой дизайн будет использоваться на международном уровне, эти точные атомные часы останутся игральной частью только научного сообщества.

Точность становится все более важной в современных технологиях и не более, чем точность во времени. От интернета до спутниковой навигации точная и точная синхронизация жизненно важна в современную эпоху.

На самом деле многие из технологий, которые мы считаем само собой разумеющимися в современном мире, были бы невозможны, если бы не были изобретены самые точные машины - Атомные часы.

Атомные часы - это просто устройства для учета времени, такие как часы или часы. Но то, что стоит на них, - это точность, которую они могут достичь. В качестве грубого примера ваши стандартные механические часы, такие как башня с часами в центре города, будут дрейфовать на столько же, сколько в секунду в день. Электронные часы, такие как цифровые часы или радиочасы, более точны. Эти типы часов дрейфуют секунду примерно через неделю.

Однако, когда вы сравниваете точность атомных часов, в которых вторая не будет потеряна или получена в 100,000 лет или более, точность этих устройств несравнима.

Атомные часы могут достичь этой точности с помощью осцилляторов, которые они используют. Почти все типы часов имеют генератор. В общем, осциллятор - это просто цепь, которая регулярно клеится.

Механические часы используют маятники и пружины, чтобы обеспечить правильное колебание, в то время как электронные часы имеют кристалл (обычно кварц), который при прохождении электрического тока обеспечивает точный ритм.

Атомные часы используют колебания атомов в разных энергетических состояниях. Часто используется цезий 133 (а иногда и рубидий), поскольку его сверхтонкое переходное колебание превышает 9 миллиардов раз в секунду (9,192,631,770), и это никогда не меняется. Фактически, Международная система единиц (SI) теперь официально рассматривает вторую по времени как 9,192,631,770 циклы излучения атома цезия.

Атомные часы обеспечивают основу для мирового масштаба времени - UTC (Coordinated Universal Time). И компьютерные сети по всему миру остаются в синхронизации, используя сигналы времени, транслируемые атомными часами, и NTP серверы времени (Network Time Server).

Синхронизация компьютерных сетей - это то, что многие администраторы считают само собой разумеющимся. Выделенные сетевые серверы времени могут получать источник времени и распределять его между сетью, точно, надежно и точно.

Однако, точная синхронизация времени возможно только благодаря протоколу времени NTP - Сетевой протокол времени.

NTP был разработан, когда интернет все еще находился в зачаточном состоянии и Профессор Дэвид Миллс и его команда из Университета Делавера пыталась синхронизировать время в сети нескольких машин. Они разработали самую раннюю версию NTP, которая продолжает развиваться по сей день, почти через тридцать лет после ее первого создания.

NTP не был тогда и теперь не является единственным программным обеспечением синхронизации времени, есть другие приложения и протокол, которые выполняют аналогичную задачу, но NTP является наиболее широко используемым (на сегодняшний день с более чем 98% приложений синхронизации времени, использующих его). Он также упакован в большинство современных операционных систем с версией NTP (обычно SNTP - упрощенной версии), установленной в последней операционной системе Windows 7.

NTP сыграл важную роль в создании Интернета, который мы знаем и любим сегодня. Многие онлайн-приложения и задачи не будут возможны без точной синхронизации времени и NTP.

Онлайн-трейдинг, интернет-аукционы, банковская деятельность и отладка сетей зависят от точной синхронизации времени. Даже отправка электронной почты требует синхронизации времени с сервером электронной почты, иначе компьютеры не смогут обрабатывать электронные письма, поступающие с несинхронизированных компьютеров, поскольку они могут прибыть до их отправки.

NTP является бесплатным программным протоколом и доступен в Интернете из NTP.org Однако большинство компьютерных сетей, требующих безопасного и точного времени, в основном используют выделенные серверы NTP которые работают вне сети и брандмауэра, получая время от атомных тактовых сигналов, обеспечивающих миллисекундную точность с глобальным временным масштабом в мире UTC (Всемирное координированное время).

Глобальная система позиционирования (GPS) - это все более популярный инструмент, используемый во всем мире как источник поиска и навигации. Однако сеть GPS гораздо больше, чем просто спутниковая навигация, поскольку трансляции, транслируемые спутниками GPS, также могут использоваться в качестве очень точного источника времени.

GPS-спутники на самом деле представляют собой орбитальные часы, так как каждый содержит атомные часы, которые генерируют сигнал времени. Это сигнал времени, передаваемый спутниками GPS, которые спутниковые навигационные приемники в автомобилях и самолетах используют для определения расстояния и положения.

Позиционирование возможно только потому, что сигналы времени настолько точны. Например, навигаторы с сателлитом, например, используют сигналы от четырех орбитальных спутников и триангулируют информацию для определения положения. Однако, если есть некоторая неточность одной секунды с одним из сигналов времени, то информация о местоположении может быть в тысячах миль - доказательство бесполезности.

Это свидетельствует о точности атомных часов, используемых для генерации сигналов GPS, которые в настоящее время GPS-приемник может выработать свое положение на земле с точностью до пяти метров.

Поскольку спутники GPS настолько точны, они делают идеальный источник времени для синхронизировать компьютерную сеть к. Строго говоря, время GPS отличается от международного временного шкала UTC (скоординированное универсальное время), так как UTC добавил к нему дополнительные прыжки секунд, чтобы обеспечить паритет с вращением Земли, что означает, что он точно на 18 секундах впереди GPS, но легко преобразуется NTP в синхронизацию времени протокол (Протокол сетевого времени).

Серверы GPS время получать сигнал GPS-времени через антенну GPS, которая должна быть размещена на крыше, чтобы получить линию видимых передач. После приема сигнала GPS GPS NTP сервером времени будет распространять сигнал на все устройства в сети NTP и корректирует любой дрейф на отдельных машинах.

Серверы GPS время предназначены для простых в использовании устройств и могут обеспечить точность в миллисекундах до UTC без каких-либо рисков безопасности, связанных с использованием источника времени в Интернете.