Tal como acontece com o avanço da tecnologia informática que parece aumentar exponencialmente a capacidade todos os anos, os relógios atômicos também parecem aumentar dramaticamente em sua exatidão ano a ano.

Agora, os pioneiros da tecnologia do relógio atômico, o US National Institute of Standards Time (NIST), anunciaram que conseguiram produzir um relógio atômico com precisão duas vezes maior que a de todos os relógios que precederam.

O relógio baseia-se em um único átomo de alumínio e o NIST afirma que pode permanecer precário sem perder um segundo em mais de 3.7 bilhões de anos (aproximadamente o mesmo período de tempo que a vida existiu na Terra).

O relógio anterior mais preciso foi elaborado pelo alemão Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) e foi um relógio óptico baseado em um átomo de estrôncio e foi preciso em um segundo em mais de um bilhão de anos. Este novo relógio atômico pelo NIST também é um relógio óptico, mas é baseado em átomos de alumínio, o que, de acordo com a pesquisa do NIST com este relógio, é muito mais preciso.

Os relógios ópticos usam lasers para manter os átomos imóveis e diferem dos relógios atômicos tradicionais usados ​​pelas redes de computadores usando Servidores NTP (Network Time Protocol) e outras tecnologias baseadas em relógios de fontes. Não só estes relógios tradicionais da fonte usam o Cesário como seu átomo de manutenção do tempo, mas, em vez de lasers, eles usam líquidos super-arrefecidos e aspiradores para controlar os átomos.

Graças ao trabalho do NIST, PTB e UK's NPL (National Physical Laboratory), os relógios atômicos continuam a avançar exponencialmente, no entanto, esses novos relógios atômicos ópticos baseados em átomos como o alumínio, o mercúrio e o estrôncio estão muito longe de ser usados ​​como base para UTC (Tempo Universal Coordenado).

A UTC é regida por uma constelação de relógios de fontes de césio que, embora ainda precisas a um segundo nos anos 100,000, são, de longe, menos precisos do que esses relógios ópticos e são baseados em tecnologia com mais de cinquenta anos. E, infelizmente, até que a comunidade científica do mundo possa concordar com um design de átomos e relógios para ser usado internacionalmente, esses relógios atômicos precisos permanecerão apenas um jogo da comunidade científica.

A precisão está se tornando cada vez mais importante nas tecnologias modernas e nenhuma mais do que a precisão no tempo. Da Internet à navegação por satélite, a sincronia precisa e precisa é vital na era moderna.

Na verdade, muitas das tecnologias que damos para garantir no mundo de hoje, não seriam possíveis se não fosse para as máquinas mais precisas inventadas - a relógio atômico.

Relógios atômicos são apenas dispositivos de cronometragem como outros relógios ou relógios. Mas o que os distingue é a precisão que eles conseguem. Como um exemplo grosseiro, seu relógio mecânico padrão, como uma torre do relógio do centro da cidade, drift até um segundo por dia. Relógios eletrônicos como relógios digitais ou rádios relógio são mais precisos. Esses tipos de clock variam um segundo em cerca de uma semana.

No entanto, quando você compara a precisão de um relógio atômico no qual um segundo não será perdido ou ganhado em 100,000 anos ou mais, a precisão desses dispositivos é incomparável.

Os relógios atômicos podem alcançar essa precisão pelos osciladores que eles usam. Quase todos os tipos de relógio têm um oscilador. Em geral, um oscilador é apenas um circuito que marca regularmente.

Relógios mecânicos usam pêndulos e molas para fornecer uma oscilação regular, enquanto os relógios eletrônicos têm um cristal (geralmente quartzo) que, quando uma corrente elétrica é executada, fornece um ritmo preciso.

Os relógios atômicos usam a oscilação de átomos em diferentes estados de energia. Muitas vezes, o cesium 133 (e às vezes o rubidium) é usado porque sua oscilação de transição hiperfina é superior a 9 bilhões de vezes por segundo (9,192,631,770) e isso nunca muda. Na verdade, o Sistema Internacional de Unidades (SI) agora considera oficialmente um segundo no tempo como 9,192,631,770 ciclos de radiação do átomo de césio.

Os relógios atômicos fornecem a base para o cronograma global do mundo - UTC (Tempo Universal Coordenado). E as redes de computadores em todo o mundo permanecem sincronizadas usando sinais de tempo transmitidos por relógios atômicos e apanhados em Servidores NTP tempo (Network Time Server).

Todos confiamos no tempo para manter nossos dias agendados. Relógios de pulso, relógios de parede e até mesmo o leitor de DVD nos dizem o tempo, mas na ocasião, isso não é suficientemente preciso, especialmente quando o tempo precisa ser sincronizado.

Existem muitas tecnologias que exigem uma precisão extremamente precisa entre os sistemas, desde a navegação por satélite até muitas aplicações da internet, o tempo preciso está se tornando cada vez mais importante.

No entanto, alcançar precisão nem sempre é direto, especialmente em redes de computadores modernas. Embora todos os sistemas informáticos tenham relógios incorporados, estes não são peças de tempo precisas, mas osciladores de cristal padrão, a mesma tecnologia usada em outros relógios eletrônicos.

O problema de depender de relógios do sistema como esse é que eles são propensos a drift e em uma rede que consiste em centenas ou milhares de máquinas, se os relógios estão a uma velocidade diferente - o caos pode ocorrer logo. Os e-mails são recebidos antes de serem enviados e os aplicativos de tempo crítico falham.

Os relógios atômicos são as peças de tempo mais precisas, mas essas são ferramentas de laboratório de grande escala e são impraticáveis ​​(e muito caras) para serem usadas por redes de computadores.

No entanto, laboratórios de física como a norte-americana NIST (Instituto Nacional de Padrões e Tempo) possuem relógios atômicos dos quais transmitem sinais de tempo. Estes sinais de tempo podem ser usados ​​por redes de computadores com a finalidade de sincronização.

Na América do Norte, o código de tempo transmitido pelo NIST é chamado WWVB e é transmitido de Boulder, Colorado em onda longa em 60Hz. O código de tempo contém o ano, o dia, a hora, o minuto e o segundo, e como é uma fonte de UTC, quaisquer segundos de salto que sejam adicionados para garantir a paridade com a rotação da Terra.

Receber o sinal WWVB e usá-lo para sincronizar uma rede de computadores é simples de fazer. Os servidores de tempo de rede de referência de rádio podem receber esta transmissão em toda a América do Norte e usando o protocolo NTP (Network Time Protocol).

Um dedicado O servidor NTP que pode receber o sinal da WWVB pode sincronizar centenas e até milhares de dispositivos diferentes para o sinal WWVB, garantindo que cada um seja dentro de alguns milissegundos de UTC.

Os relógios atômicos são os melhores em dispositivos de cronometragem. A sua precisão é incrível, pois um relógio atômico não irá diminuir até um segundo dentro de um milhão de anos, e quando isso é comparado aos próximos melhores cronômetros, como o relógio eletrônico que pode derrubar por segundo em uma semana, um relógio atômico é incrivelmente mais preciso.

Os relógios atômicos são usados ​​em todo o mundo e são o coração de muitas tecnologias modernas, tornando capaz uma infinidade de aplicações que consideramos como garantidas. O comércio por Internet, a navegação por satélite, o controle de tráfego aéreo e a banca internacional são todas as indústrias que dependem fortemente

Eles também governam o cronograma do mundo, UTC (Tempo Universal Coordenado), que é mantido verdadeiro por uma constelação desses relógios (embora a UTC tenha que ser ajustada para acomodar a desaceleração da rotação da Terra, adicionando alguns segundos).

Muitas vezes, as redes de computadores são executadas sincronizadas com a UTC. Essa sincronização é vital nas redes que realizam transações sensíveis ao tempo ou requerem altos níveis de segurança.

Uma rede de computadores sem sincronização de tempo adequada pode causar muitos problemas, incluindo:

Perda de dados

• Dificuldades em identificar e registrar erros
• Maior risco de violações de segurança.
• Não é possível realizar transações sensíveis ao tempo

Por estas razões, muitas redes de computadores devem ser sincronizadas com uma fonte de UTC e mantidas o mais preciso possível. E, embora os relógios atômicos sejam grandes dispositivos volumosos mantidos nos confins dos laboratórios de física, usá-los como fonte de tempo é incrivelmente simples.

Network Time Protocol (NTP) é um protocolo de software concebido unicamente para a sincronização de redes e sistemas informáticos e utilizando um servidor NTP dedicado o tempo de um relógio atômico pode ser recebido pelo servidor de tempo e distribuído em torno da rede usando NTP.

Servidores NTP usar freqüências de rádio e, mais comumente, os sinais de satélite GPS para receber os sinais de sincronização do relógio atômico, que se espalham por toda a rede com o NTP ajustando regularmente cada dispositivo para garantir que ele seja o mais preciso possível.

Usuários do Laboratório Nacional Físico (NPL) O sinal de tempo e freqüência MSF provavelmente está ciente de que o sinal é ocasionalmente retirado do ar para manutenção agendada.

NPL publicou lá manutenção programada para 2010 onde o sinal será temporariamente retirado do ar. Normalmente, os tempos de indisponibilidade programados são inferiores a quatro horas, mas os usuários precisam estar cientes de que, enquanto a NPL e a VT Communications, que atendem a antena, fazem todos os esforços para garantir que o transmissor esteja desligado por um curto período de tempo possível, pode haver atrasos .

E enquanto a NPL gosta de garantir que todos os usuários do sinal MSF tenham avisado avançado de possíveis interrupções, reparos de emergência e outros problemas podem levar a interrupções imprevistas. Qualquer usuário que receba problemas para receber o sinal MSF deve verificar o Site da NPL em caso de manutenção não programada antes de entrar em contato com o fornecedor do servidor de tempo.

As datas e horas dos períodos de manutenção programados para 2010 são as seguintes:

* 11 March 2010 de 10: 00 UTC para 14: 00 UTC

* 10 June 2010 da 10: 00 BST para 14: 00 BST (UTC + 1 hr)

* 9 setembro 2010 de 10: 00 BST para 14: 00 BST (UTC + 1 hr)

* 9 dezembro 2010 de 10: 00 UTC para 14: 00 UTC

Como estas interrupções agendadas não devem demorar mais do que quatro horas, os usuários de servidores de tempo referenciados por MSF não devem notar nenhuma queda na precisão de sua rede, pois não devem ter tempo suficiente para qualquer dispositivo drift.

No entanto, para aqueles usuários preocupados com a precisão ou exigem uma O servidor NTP (Network Time Server) que não sucumbir a interrupções regulares, eles podem querer considerar investir em um GPS servidor de tempo.

Os servidores de horário GPS recebem o tempo dos satélites de navegação em órbita. Como estes estão disponíveis em qualquer lugar do globo e os sinais nunca estão para baixo para interrupções, eles podem fornecer um sinal de tempo preciso e constante (o tempo GPS não é o mesmo que UTC, mas é facilmente convertido por NTP, pois é exatamente 17 segundos atrás devido aos segundos de salto sendo adicionado à UTC e não ao GPS).

A sincronização de redes informáticas modernas é de vital importância por uma multiplicidade de razões e graças ao protocolo de tempo NTP (Network Time Protocol) isto é relativamente direto.

NTP é um protocolo algorítmico que analisa o tempo em diferentes computadores e o compara a uma única referência de tempo e ajusta cada relógio para drift para garantir a sincronização com a fonte de tempo. O NTP é tão capaz nesta tarefa que uma rede sincronizada usando o protocolo pode realisticamente obter precisão de milissegundos.

Escolhendo a fonte de tempo

Quando se trata de estabelecer uma referência de tempo, realmente não há alternativa além de encontrar uma fonte de UTC (Tempo Universal Coordenado). UTC é o cronograma global, usado em todo o mundo como uma escala de tempo única por redes de computadores. UTC é mantido exato por uma constelação de relógios atômicos em todo o mundo.

Sincronizando para UTC

O método mais básico de receber uma fonte de tempo UTC é usar um servidor de tempo 2 na Internet do estrato. Estes são considerados estratos 2 à medida que eles distribuem o tempo depois de primeiro recebê-lo de um NTP servidor (stratum 1) que está conectado a um relógio atômico (stratum 0). Infelizmente, este não é o método mais preciso para receber UTC por causa de a distância que os dados têm para viajar do host para o cliente.

Há também problemas de segurança envolvidos no uso de uma fonte de tempo de stratum 2 na Internet, na medida em que a porta UDP 123 do firewall deve ser deixada aberta para receber o código de tempo, mas essa abertura de firewall pode ser explorada por usuários mal-intencionados.

Servidores NTP dedicados

servidores NTP tempo dedicado, frequentemente denominados servidores de tempo de rede, são o método mais preciso e seguro de sincronizar uma rede de computadores. Eles operam externamente para a rede para que não haja problemas de firewall. Esses dispositivos 1 do estrato recebem o tempo UTC direto de uma fonte de relógio atômico por transmissões de rádio de onda longa ou Rede de GPS (Sistema de Posicionamento Global). Embora isso exija uma antena, que no caso do GPS deve ser colocada em um telhado, o próprio servidor de tempo sincronizará automaticamente centenas e, na verdade, milhares de dispositivos diferentes na rede.

Rigorosa pontualidade se muitas vezes ignorado como uma prioridade para os administradores de rede, muitos deles estão arriscando a perda de segurança e de dados ao não garantir que suas redes sejam sincronizadas com a maior precisão possível.

Os computadores têm seus próprios relógios de hardware, mas estes geralmente são apenas osciladores eletrônicos simples, como existem em relógios digitais e, infelizmente, esses relógios do sistema são propensos a deriva, muitas vezes por vários segundos por semana.

A execução de diferentes máquinas em uma rede que tenha tempos diferentes - mesmo por apenas alguns segundos - pode causar estragos, pois tantas tarefas de computador dependem do tempo. O tempo, na forma de carimbos de data / hora, é o único computador de referência usado para distinguir entre diferentes eventos e falha em Sincronize com precisão uma rede pode levar a todos os tipos de problemas incalculáveis.

Aqui estão alguns dos principais motivos pelos quais sua rede deve ser sincronizada usando Network Time Protocol, previamente com um O servidor NTP.

Backups de dados - vital para proteger dados em qualquer empresa ou organização, a falta de sincronização pode levar a não apenas back ups falhando, mas versões mais antigas de arquivos que substituem versões mais modernas.

Ataques maliciosos - não importa quão segura seja uma rede, alguém, em algum lugar, eventualmente, terá acesso à sua rede, mas sem uma sincronização precisa, pode tornar-se impossível descobrir quais os compromissos ocorridos e também dará a qualquer usuário não autorizado tempo extra dentro de uma rede para causar estragos.

Registro de erros - quando as falhas ocorrem, e eles inevitavelmente fazem, os logs do sistema contêm todas as informações para identificar e corrigir problemas. No entanto, se os logs do sistema não estiverem sincronizados, às vezes pode ser impossível descobrir o que deu errado e quando.

Comércio on-line - Comprar e vender na internet agora é comum e, em algumas empresas, milhares de transações on-line são realizadas a cada segundo, desde a reserva de lugares até a compra de ações e à falta de sincronização precisa pode resultar em todos os tipos de erros na negociação on-line, como itens que estão sendo comprados ou vendidos mais de uma vez.

Conformidade e legalidade - Muitos sistemas de regulamentação industrial requerem um método de temporização auditável e preciso. Uma rede não sincronizada também será vulnerável a questões legais, pois o tempo exato em que um evento foi alegado não pode ser comprovado.

Quando você contou a véspera de Ano Novo para marcar o início do próximo ano você começou no 10 ou 11? A maioria dos festejadores teria contado a partir de dez, mas eles teriam sido prematuros este ano, pois houve um segundo adicional adicionado ao ano passado - o segundo salto.

Os segundos de salto normalmente são inseridos uma ou duas vezes por ano (normalmente na véspera de Ano Novo e em junho) para garantir a escala de tempo global UTC (Tempo Universal Coordenado) coincide com o dia astronômico.

Os segundos de pulo foram usados ​​desde que a UTC foi implementada pela primeira vez e eles são um resultado direto de nossa precisão no cronograma. O problema é que o moderno relógios atômicos são dispositivos de cronometragem muito mais precisos do que a própria Terra. Observou-se quando os relógios atômicos foram desenvolvidos pela primeira vez que o comprimento de um dia, que já era exatamente 24 horas, variou.

As variações são causadas pela rotação da Terra que é afetada pela gravidade das luas e pelas forças da maré da Terra, que diminui cada vez mais a rotação da Terra.

Essa desaceleração rotacional, embora apenas minúscula, se não for marcada, o dia UTC em breve entrará na noite astronômica (embora em vários milhares de anos).

A decisão sobre se um Leap Second é necessário é o mandato do International Earth Rotation Service (IERS), no entanto, Leap Seconds não é popular entre todos e eles podem causar problemas potenciais quando são introduzidos.

UTC é usado por Servidores NTP tempo (Network Time Protocol) como uma referência de tempo para sincronizar redes de computadores e outras tecnologias e a interrupção que os segundos de Leap podem causar é visto como não vale a pena o aborrecimento.

No entanto, outros, como astrônomos, dizem que não manter a UTC de acordo com o dia astronômico tornariam o estudo dos céus quase impossível.

O último salto, inserido antes deste foi no 2005, mas houve um total de 23 segundos adicionados ao UTC desde 1972.

Contínuo…

No entanto, há algumas ocasiões em que um servidor de horário pode perder conexão com o relógio atômico e não receber o código de tempo por um longo período de tempo. Às vezes, isso pode ser devido ao tempo de inatividade dos controladores de relógio atômico para manutenção ou que a interferência nas proximidades está bloqueando a transmissão.

Obviamente, quanto mais o sinal estiver baixo, mais drift potencial pode ocorrer na rede como o oscilador de cristal no NTP servidor é a única coisa que mantém o tempo. Para a maioria dos aplicativos, isso nunca deve ser um problema, já que o período de tempo de inatividade mais prolongado não é normalmente mais de três ou quatro horas e o servidor NTP não teria derivado muito nesse momento e a ocorrência desse tempo de inatividade é bastante rara (talvez uma vez ou duas vezes por ano).

No entanto, para algumas aplicações de ponta ultra precisas, os osciladores de cristal de rubídio começam a ser usados, pois não derivam tanto quanto o quartzo. Rubidium (freqüentemente usado em relógios atômicos eles em vez de césio) é muito mais preciso um oscilador do que quartzo e fornece uma melhor precisão para quando não há sinal para um O servidor NTP permitindo que a rede mantenha um tempo mais preciso.

O próprio rubídio é um metal alcalino, similar em propriedades ao potássio. É muito ligeiramente radioativo, embora não represente nenhum risco para a saúde humana (e é freqüentemente usado em imagens de medicamentos, injetando-o em um paciente). Tem uma meia vida de 49 bilhões de anos (o tempo que leva a decadência pela metade - em comparação, alguns dos materiais radioativos mais letais têm meias-vidas de menos de um segundo).

O único perigo real representado pelo rubidium é que ele reage de forma bastante violenta à água e pode causar fogo

Os osciladores têm sido essenciais no desenvolvimento de relógios e cronologia. Osciladores são apenas circuitos eletrônicos que produzem um sinal eletrônico repetitivo. Muitas vezes, os cristais como o quartzo são usados ​​para estabilizar a freqüência da oscilação,

Os osciladores são a principal tecnologia por trás dos relógios eletrônicos. Relógios digitais e relógio analógico alimentado por bateria são todos controlados por um circuito oscilante geralmente contendo um cristal de quartzo.

E enquanto os relógios eletrônicos são muitas vezes mais precisos do que um relógio mecânico, um oscilador de quartzo continuará a derrubar por um segundo ou dois por semana.

Os relógios atômicos claro, são muito mais precisos. No entanto, eles ainda utilizam osciladores, mais comumente césio ou rubídio, mas o fazem em um estado hiper-fino, muitas vezes congelado em nitrogênio líquido ou hélio. Esses relógios em comparação com os relógios eletrônicos não serão inferiores em um segundo em até um milhão de anos (e com os relógios atômicos mais modernos 100 milhões de anos).

Para utilizar essa precisão cronológica, um servidor de tempo de rede que usa NTP (Network Time Protocol) pode ser usado para sincronizar redes de computadores completas. Servidores NTP use um sinal de tempo de qualquer rádio GPS ou de onda longa que venha direto de um relógio atômico (no caso do GPS, o tempo é gerado em um relógio a bordo do satélite GPS).

Servidores NTP Verifique continuamente esta fonte de tempo e, em seguida, ajuste os dispositivos em uma rede para coincidir com esse tempo. Entre as pesquisas (recebendo a fonte de tempo), um oculto padrão é usado pelo servidor de tempo para manter o tempo. Normalmente, esses osciladores são de quartzo, mas porque o servidor de tempo está em comunicação regular com o relógio atômico dizer a cada minuto ou dois, então a deriva normal de um oscilador de quartzo não é um problema, pois alguns minutos entre as pesquisas não levariam a qualquer deriva mensurável.

Para ser continuado ...