Som med fremskrittet av datateknologi som synes å øke eksponentielt i evnen hvert år, ser atomklokker også ut til å øke dramatisk i sin nøyaktighet år etter år.

Nå, de pionerene av atomur teknologi, USAs National Institute of Standards Time (NIST), har annonsert at de har klart å produsere en atomur med nøyaktighet to ganger det av klokker som har gått før.

Klokken er basert i et enkelt aluminiumatom, og NIST hevder at det kan forbli nøyaktig uten å miste et sekund i over 3.7 milliarder år (omtrent samme tid som livet har eksistert jorden).

Den forrige mest nøyaktige klokken ble utarbeidet av den tyske Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) og var en optisk klokke basert på et strontiumatom og var nøyaktig til et sekund på over en milliard år. Denne nye atomklokken fra NIST er også en optisk klokke, men er basert på aluminiumatomer, som ifølge NISTs forskning med denne klokken er langt mer nøyaktig.

Optiske klokker bruker lasere til å holde atomer fortsatt og avvike fra de tradisjonelle atomklokkene som brukes av datanettverk NTP-servere (Network Time Protocol) og annen teknologi som er basert på fontener. Ikke bare bruker disse tradisjonelle fontenen klokker cesium som deres tidsbevisende atom, men i stedet for lasere bruker de superkjølte væsker og støvsuger for å kontrollere atomer.

Takket være arbeidet av NIST, PTB og Storbritannias NPL (Nasjonalt fysisk laboratorium) atomklokker fortsetter å ekspansjonelt, men disse nye optiske atomklokker basert på atomer som aluminium, kvikksølv og strontium er langt fra å bli brukt som grunnlag for UTC (Koordinert universell tid).

UTC styres av en konstellasjon av cesium fontenen klokker som samtidig nøyaktig til et sekund i 100,000 år er langt mindre presis enn disse optiske klokker og er basert på teknologi over femti år gammel. Og dessverre til verdens vitenskaps-fellesskap kan bli enige om et atom- og urdesign som skal brukes internasjonalt, vil disse presise atomklokkene bare forbli en leksaks i det vitenskapelige samfunn.

Presisjon blir stadig viktigere i moderne teknologi og ikke mer enn nøyaktighet i tid. Fra internett til satellittnavigasjon er nøyaktig og nøyaktig synkronisering avgjørende i moderne alder.

Faktisk vil mange av teknologiene som vi tar for gitt i dagens verden, ikke være mulig hvis det ikke var for de mest nøyaktige maskinene oppfunnet - atomur.

Atomic klokker er bare tidevann enheter som andre klokker eller klokker. Men hva står dem fra hverandre er nøyaktigheten de kan oppnå. Som et grovt eksempel vil din standardmekaniske klokke, som et byklokketårn, skyve så mye som en sekund om dagen. Elektroniske klokker som digitale klokker eller klokkeradioer er mer nøyaktige. Disse typer klokke drev et sekund om en uke.

Men når du sammenligner nøyaktigheten til en atomur der et sekund ikke vil gå tapt eller oppnådd i 100,000 år eller mer, er nøyaktigheten av disse enhetene uforlignelig.

Atomklokker kan oppnå denne nøyaktigheten av oscillatorene de bruker. Nesten alle typer klokker har en oscillator. Generelt er en oscillator bare en krets som regelmessig flipper.

Mekaniske klokker bruker pendler og fjærer for å gi regelmessig svingning mens elektroniske klokker har krystall (vanligvis kvarts) at når en elektrisk strøm går gjennom, gir en nøyaktig rytme.

Atomklokker bruker oscillasjon av atomer under forskjellige energitilstander. Ofte brukes cesium 133 (og noen ganger rubidium), da den hyperfine overgangssvingningen er over 9 milliarder ganger i sekundet (9,192,631,770), og dette endres aldri. Faktisk er det Internasjonalt system av enheter (SI) ser nå offisielt et øyeblikk som 9,192,631,770-sykluser av stråling fra cesiumatomet.

Atomklokker gir grunnlaget for verdens globale tidsskala - UTC (Koordinert universell tid). Og datanettverk over hele verden holder seg synkronisert ved bruk av tidssignaler som sendes ut av atomur og hentes på NTP-servere tid (Network Time Server).

Vi stoler på tiden for å holde våre dager planlagt. Armbåndsur, veggklokker og til og med DVD-spilleren forteller oss allikevel, men det er i enkelte tilfeller ikke akkurat nok, spesielt når tiden må synkroniseres.

Det er mange teknologier som krever ekstremt nøyaktig presisjon mellom systemer, fra satellittnavigasjon til mange internettprogrammer, nøyaktig tid blir stadig viktigere.

Imidlertid er oppnåelse av presisjon ikke alltid rett fremover, spesielt i moderne datanettverk. Mens alle datasystemer har innebygde klokker, er disse ikke nøyaktige tidsbrikker, men standard krystalloscillatorer, samme teknologi som brukes i andre elektroniske klokker.

Problemet med å stole på systemklokker som dette er at de er tilbøyelige til å drive og på et nettverk bestående av hundrevis eller tusenvis av maskiner, hvis klokkene kjører i en annen hastighet - kaos kan snart oppstå. E-postmeldinger mottas før de sendes og tidskritiske applikasjoner feiler.

Atomklokkene er de mest nøyaktige tidbitene rundt, men disse er laboratorieverktøy i stor skala og er upraktiske (og svært dyre) som skal brukes av datanettverk.

Men fysikklaboratorier som Nord-Amerika NIST (National Institute of Standards and Time) har atomklokker som de sender tidssignaler fra. Disse tidssignalene kan brukes av datanettverk for synkronisering.

I Nord-Amerika kalles NIST-utsendt tidskode WWVB og overføres fra Boulder, Colorado på lang bølge på 60Hz. Tidskoden inneholder år, dag, time, minutt, sekund, og som det er en kilde til UTC, noen hopp sekunder som er lagt til for å sikre paritet med jordens rotasjon.

Motta WWVB-signalet og bruke det til å synkronisere et datanettverk er enkelt å gjøre. Radio referanse nettverk tidsservere kan motta denne kringkasting over hele Nord-Amerika og ved hjelp av protokollen NTP (Network Time Protocol).

En dedikert Ntp tid som kan motta WWVB-signalet, kan synkronisere hundrevis og til og med tusenvis av forskjellige enheter til WWVB-signalet, slik at hver enkelt er innenfor noen få millisekunder av UTC.

Atomklokkene er det ultimate innen tidevannsenheter. Deres nøyaktighet er utrolig, fordi en atomur ikke vil drive så mye som et sekund i løpet av en million år, og når dette sammenlignes med de nest beste kronometrene, som for eksempel elektronisk klokke som kan drive med et sekund om en uke, en atomur er utrolig mer presis.

Atomsklokker brukes over hele verden og er hjertet i mange moderne teknologier som gjør det mulig for en rekke applikasjoner som vi tar for gitt. Internett-handel, satellittnavigasjon, flytrafikkontroll og internasjonal bank er alle bransjer som er avhengige av

De styrer også verdens tidsskala, UTC (Koordinert Universal Time), som holdes sant ved en konstellasjon av disse klokkene (selv om UTC må justeres for å imøtekomme bremsing av jordens rotasjon ved å legge til hopp sekunder).

Datamaskiner er ofte pålagt å kjøre synkronisert til UTC. Denne synkroniseringen er viktig i nettverk som utfører tidsfølsomme transaksjoner eller krever høy sikkerhet.

Et datanettverk uten tilstrekkelig tidssynkronisering kan forårsake mange problemer, blant annet:

Tap av data

• Vanskeligheter med å identifisere og logge feil
• Økt risiko for sikkerhetsbrudd.
• Kan ikke gjennomføre tidsfølsomme transaksjoner

Derfor må mange datanettverk synkroniseres til en kilde til UTC og holdes så nøyaktig som mulig. Og selv om atomklokker er store voluminøse enheter som holdes innenfor fysikklaboratorier, er det utrolig enkelt å bruke dem som kilden til tid.

Network Time Protocol (NTP) er en programvareprotokoll utviklet utelukkende for synkronisering av nettverk og datasystemer og ved bruk av a dedikert NTP-server tiden fra en atomur kan mottas av tidsserveren og distribueres rundt nettverket ved hjelp av NTP.

NTP-servere bruke radiofrekvenser og mer generelt GPS-satellittene signaler for å motta atomuretidingssignalene som deretter spredes over hele nettverket med NTP regelmessig å justere hver enhet for å sikre at den er så nøyaktig som mulig.

Brukere av Nasjonalt Fysisk Laboratorium (NPL) MSF-tid og frekvenssignal er sannsynligvis klar over at signalet i og for seg er tatt i luft for planlagt vedlikehold.

NPL har publisert planlagt vedlikehold for 2010 hvor signalet vil bli tatt midlertidig utenfor luften. Vanligvis varer de planlagte nedetidene i mindre enn fire timer, men brukerne må være oppmerksomme på at mens NPL og VT Communications, som betjener antennen, gjør sitt ytterste for å sikre at senderen er av i en kort tid som mulig, kan det være forsinkelser .

Og mens NPL liker å sikre at alle brukere av MSF-signalet har avansert advarsel om mulige utbrudd, kan nødreparasjoner og andre problemer føre til ukontrollerte utbrudd. Enhver bruker som mottar problemer som mottar MSF-signalet, bør sjekke NPL nettsted i tilfelle uplanlagt vedlikehold før du kontakter din tidsserver leverandør.

Datoene og tidspunktene for planlagte vedlikeholdsperioder for 2010 er som følger:

* 11 Mars 2010 fra 10: 00 UTC til 14: 00 UTC

* 10 juni 2010 fra 10: 00 BST til 14: 00 BST (UTC + 1 hr)

* 9 September 2010 fra 10: 00 BST til 14: 00 BST (UTC + 1 hr)

* 9 Desember 2010 fra 10: 00 UTC til 14: 00 UTC

Siden disse planlagte utbruddene ikke tar mer enn fire timer, bør brukere av MSF-refererte tidsservere ikke merke noe avslag i nøyaktigheten av nettverket, da de ikke bør være nok tid til at en enhet skal drive.

Men for de brukerne bekymret for nøyaktighet eller krever a Ntp tid (Network Time Server) som ikke overtar regelmessige feil, kan de ønske å vurdere å investere i en GPS tidsserveren.

GPS-tidsservere mottar tiden fra de omliggende navigasjons satellittene. Da disse er tilgjengelige hvor som helst på kloden, og signalene aldri er nede for utbrudd, kan de gi et konstant nøyaktig tidssignal (GPS-tiden er ikke den samme som UTC, men kan enkelt konverteres av NTP, da det er nøyaktig 17 sekunder bak på grunn av sprang sekunder blir lagt til UTC og ikke GPS).

Synkronisering av moderne datanettverk er avgjørende for en rekke grunner, og takket være tidsprotokollen NTP (Network Time Protocol) dette er relativt grei.

NTP er en algoritmisk protokoll som analyserer tiden på forskjellige datamaskiner og sammenligner den med en enkelt referanse og justerer hver klokke for drift for å sikre synkronisering med tidskilden. NTP er så kapabel til denne oppgaven at et nettverk synkronisert ved hjelp av protokollen realistisk kan oppnå millisekunds nøyaktighet.

Velge tidskilden

Når det gjelder å etablere en tidsreferanse, er det egentlig ikke noe alternativ enn å finne en kilde til UTC (Coordinated Universal Time). UTC er den globale tidsskalaen som brukes over hele verden som en enkelt tidsskala av datanettverk. UTC holdes nøyaktig ved en konstellasjon av atomur over hele verden.

Synkroniserer til UTC

Den mest grunnleggende metoden for å motta en UTC Time-kilde er å bruke en stratum 2 Internett-tidsserver. Disse anses som lag 2 som de distribuerer tiden etter at de først mottok den fra a NTP server (stratum 1) som er koblet til en atomur (stratum 0). Dessverre er dette ikke den mest nøyaktige metoden for å motta UTC på grunn av avstanden dataene må reise fra vert til klienten.

Det er også sikkerhetsproblemer involvert i å bruke en Internett-stratum 2-tidskilde ved at brannmuren UDP-port 123 må stå åpen for å motta tidskoden, men denne brannmuren kan, og har blitt utnyttet av ondsinnede brukere.

Dedikerte NTP-servere

Dedikerte NTP-servere, ofte referert til som nettverksservere, er den mest nøyaktige og sikre metoden for å synkronisere et datanettverk. De opererer eksternt til nettverket, så det er ingen brannmurproblemer. Disse stratum 1-enhetene mottar UTC-tiden direkte fra en atomurkilde ved enten langbølge-radiotransmisjoner eller GPS-nettverk (Global Positioning System). Selv om dette krever en antenne, som i tilfelle av GPS skal plasseres på et tak, vil tidsserveren automatisk synkronisere hundrevis og faktisk tusenvis av forskjellige enheter på nettverket.

Nøyaktig tidtaking hvis det ganske ofte overses som en prioritet for nettverksadministratorer, er det imidlertid mange som risikerer både sikkerhet og datatap ved å ikke sikre at nettene synkroniseres så nøyaktig som mulig.

Datamaskiner har egne hardware klokker, men disse er ofte bare enkle elektroniske oscillatorer som finnes i digitale klokker, og dessverre er disse systemklokkene tilbøyelige til å drive, ofte med så mange som flere sekunder om en uke.

Å kjøre forskjellige maskiner på et nettverk som har forskjellige tidspunkter - selv om bare noen få sekunder - kan forårsake kaos fordi så mange datoperasjoner stole på tid. Tid, i form av tidsstempler, er den eneste referansedatamaskinen som brukes til å skille mellom ulike hendelser og manglende evne til å nøyaktig synkronisere et nettverk kan føre til alle slags utallige problemer.

Her er noen av de viktigste grunnene til at nettverket ditt skal synkroniseres med Network Time Protocol, prefasbly med a Ntp tid.

Data Backups - Avgjørende for å beskytte data i enhver bedrift eller organisasjon, kan mangel på synkronisering føre til at ikke bare backup-ups feiler, men eldre versjoner av filer som erstatter nyere versjoner.

Ondsinnede angrep - Uansett hvor sikkert et nettverk, noen, et eller annet sted, vil etter hvert få tilgang til nettverket ditt, men uten nøyaktig synkronisering kan det bli umulig å oppdage hvilke kompromisser som har skjedd, og det vil også gi uautoriserte brukere ekstra tid i et nettverk for å få ødeleggelse.

Feil pålogging - Når feil oppstår, og de uunngåelig gjør, inneholder systemloggene all informasjon for å identifisere og rette opp problemer. Men hvis systemloggene ikke synkroniseres, kan det noen ganger være umulig å finne ut hva som gikk galt og når.

Online Trading - Kjøp og salg på internett er nå vanlig, og i enkelte virksomheter utføres tusenvis av online-transaksjoner hvert sekund fra seteforespørsel til kjøp av aksjer og mangel på nøyaktig synkronisering kan resultere i alle slags feil i elektronisk handel, for eksempel at varer blir kjøpt eller solgt mer enn en gang.

Overholdelse og lovlighet - Mange industrielle reguleringssystemer krever en kontrollerbar og nøyaktig metode for timing. Et usynkronisert nettverk vil også være sårbart for juridiske problemer, da den nøyaktige tiden en hendelse påstås å ha funnet sted ikke kan bevises.

Når du regnet ned på nyttårsaften for å markere begynnelsen av neste år, begynte du på 10 eller 11? De fleste revelers ville ha telt ned fra ti, men de ville ha vært for tidlig i år, da det var et ekstra sekund lagt til i fjor - spranget andre.

Sprang sekunder settes normalt inn en eller to ganger i året (normalt på nyttårsaften og i juni) for å sikre den globale tidsskalaen UTC (Koordinert universell tid) sammenfaller med den astronomiske dagen.

Sprang sekunder har blitt brukt siden UTC ble først implementert, og de er et direkte resultat av vår nøyaktighet i tidsprosessen. Problemet er det moderne atomklokkene er langt mer nøyaktige timekeeping enheter enn selve jorden. Det ble lagt merke til at atomklokker først ble utviklet slik at lengden på en dag, en gang syntes å være nøyaktig 24 timer, varierte.

Variasjonene er forårsaket av jordens rotasjon som påvirkes av jordens tyngdekraft og tidevannskrefter, som alle minsker sakte jordens rotasjon.

Denne rotasjonssakket, mens det bare er lite, hvis det ikke er sjekket, vil UTC-dagen snart gå inn i den astronomiske natten (om enn i flere tusen år).

Beslutningen om det er behov for en Leap Second er oppgave av International Earth Rotation Service (IERS), men Leap Seconds er ikke populære hos alle, og de kan forårsake potensielle problemer når de blir introdusert.

UTC brukes av NTP-servere tid (Network Time Protocol) som en tidsreferanse for å synkronisere datanettverk og annen teknologi, og forstyrrelsen Leap sekunder kan forårsake, blir sett på som ikke verdt bryet.

Imidlertid sier andre, som astronomer, at det ikke er mulig å holde UTC i tråd med den astronomiske dagen, noe som gjør studien av himlene nesten umulig.

Det siste spranget som er satt inn før dette var i 2005, men det har vært totalt 23 sekunder lagt til UTC siden 1972.

Fortsatt ...

Det er imidlertid noen anledninger når en tidsserver kan miste forbindelsen med atomuret og ikke motta tidskoden over en lengre periode. Noen ganger kan dette skyldes nedetid av atomurkontrollerne for vedlikehold eller at nærliggende forstyrrelser blokkerer overføringen.

Tydeligvis jo lenger signalet er nede, desto mer potensiell drift kan forekomme på nettverket som krystalloscillatoren i NTP server er det eneste som holder tid. For de fleste bruksområder bør dette aldri være et problem, siden den lengste perioden nedetid normalt ikke er mer enn tre eller fire timer, og NTP-serveren ikke ville ha drevet mye i den tiden, og forekomsten av denne nedetiden er ganske sjelden (kanskje en gang eller to ganger i året).

Men for noen ultradefinerte applikasjoner med høye endringer, begynner rubidiumkrystalloscillatorer å bli brukt som de ikke driver så mye som kvarts. Rubidium (ofte brukt i atomklokkene seg i stedet for cesium) er langt mer nøyaktig en oscillator enn kvarts og gir bedre nøyaktighet for når det ikke er noe signal til en Ntp tid slik at nettverket kan opprettholde en mer nøyaktig tid.

Rubidium i seg selv er et alkalimetall, tilsvarende i egenskaper til kalium. Det er svært lite radioaktivt selv om det ikke utgjør noen risiko for menneskers helse (og brukes ofte i medisinsk avbildning ved å injisere det i en pasient). Den har en halv levetid på 49 milliarder år (tiden det tar å forfall med halvparten - i sammenligning har noen av de mest dødelige radioaktive stoffene halveringstid på under et sekund).

Den eneste virkelige faren som er forbundet med rubidium er at den reagerer ganske voldsomt mot vann og kan forårsake brann

Oscillatorer har vært avgjørende for utviklingen av klokker og kronologi. Oscillatorer er bare elektroniske kretser som produserer et repeterende elektronisk signal. Ofte blir krystaller som kvarts brukt til å stabilisere oscillasjonsfrekvensen,

Oscillatorer er den primære teknologien bak elektroniske klokker. Digitale klokker og batteridrevne analoge klokker styres av en oscillerende krets som vanligvis inneholder en kvartskrystall.

Og mens elektroniske klokker er mange ganger mer nøyaktige enn en mekanisk klokke, vil en kvartsoscillator fortsatt kjøre med et sekund eller to hver uke.

Atomklokkene selvfølgelig er det langt mer nøyaktig. De bruker likevel oscillatorer, vanligvis cesium eller rubidium, men de gjør det i en hyper fin tilstand ofte frosset i flytende nitrogen eller helium. Disse klokkene i forhold til elektroniske klokker vil ikke skyte med et sekund på enda en million år (og med de mer moderne atomklokkene 100 millioner år).

For å utnytte denne kronologiske nøyaktigheten en nettverkstidsserver som bruker NTP (Network Time Protocol) kan brukes til å synkronisere komplette datanettverk. NTP-servere bruk et tidssignal fra enten GPS eller langbølge-radio som kommer direkte fra en atomur (i tilfelle GPS genereres tiden i en klokke ombord på GPS-satellitten).

NTP-servere Kontroller denne kilden kontinuerlig og juster deretter enhetene på et nettverk for å matche den tiden. Mellom avstemninger (mottar tidskilden) brukes en standardoscillator av tidsserveren til å holde tid. Normalt er disse oscillatorene kvarts, men fordi tidsserveren er i jevn kommunikasjon med atomuren, sier hvert minutt eller to, er normal drift av en kvartsoscillator ikke et problem, da noen få minutter mellom avstemninger ikke ville føre til målbar drift.

To be continued ...