Fröken Ur - En mångfacetterad dam Kenneth Jaldehag SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut, Borås www.sp.se Anders Karlsson och Jan Smith Cendio Systems AB, Linköping www.cendio.se UppLYSning Linköpings Universitet, 9 Maj, 2000

Bild från Ny Teknik 2000:11 Kaianders Sempler

Innehåll Allmän systembeskrivning av Fröken Ur Vilken klocka baseras Fröken Ur på? Hur synkroniseras Fröken Ur till denna klocka? Serverlösning (operativsystem, hårdvara) Övervakningssystemet

Nationell mätteknik vid SP

SP Tid & frekvens Realisering av den svenska tidsskalan UTC(SP) GPS/GLONASS Tid och frekvens Positionering (SWEPOS) Kalibrering Distribution av tid Internet, NTP Telenätet, modem Fröken Ur

Vem har gjort vad? Telia, beställare distributionsnät SP, leverantör Klocka, tidssynkronisering Guide (numera Framfab) Mjukvara talsekvens Cendio Hårdvarulösning servrar Övervakningssystem

Gamla Fröken Ur

Nya Fröken Ur

Systemöversikt Fröken Ur Atomur TCG Fröken ur 1 NTU Borås STN1 Digital X-line Sthlm STN1 NTU Atomur TCG Fröken ur 2 NTU Borås STN2 Två skilda vägar Sthlm STN2 NTU Signalväljare A Fröken ur 3 A Befintligt spridningsnät Ethernet switch V.24 sekundpulser Analogt ljud Digitalt ljud, Digital X-line V24 Time Code Generator

Systembeskrivning Fröken Ur Operativsystem, Linux Programspråk, C, UNIX shell script Tidssynkronisering, NTP, direkt knytning till UTC(SP) Ingen koppling ut mer än Fröken Ur-förbindelsen Intern driftövervakning med larm till larmcentral kompletterat med SMS meddelanden

Systembeskrivning Fröken Ur Tidsnoggrannhet, 100 ms framkant tonsignal (1000 Hz) Automatisk hantering av skottsekunder och omställningar till sommar- resp normaltid Information om timma, minut och tiotal -sekund och dessutom dag, månad och år samt sommar resp normaltid

Vad är en klocka? Klocka = Oscillator + Räknare..9,10.. = + Amplitud t Periodtid = 1/frekvens

Oscillatorer

Hur lång är en sekund?... Före 1956: Medelsolsekunden 1 sekund = Ett Medelsoldygn / 86400 Medelsoldygn = Sann Soltid korrigerad för jordens elliptiska bana runt solen jordens lutningsaxel relativt banan tillsammans upp till 16 minuters korrektioner (tidsekvationen) Bestäms med en noggrannhet på 3 ms på 1 dag

...Hur lång är en sekund? Efter 1967: Atomsekunden 1 sekund = 9 192 631 770 perioder av strålningen från en speciell energiövergång i Cesiumatomen Cs 133 Realiseras med hjälp av Cesiumur Mycket mer noggrann, stabil och lättillgänglig Bestäms med en noggrannhet på < 100 ns på 1 minut!

Tidsskalor Världstidsskalan UT1 Baseras på medelsolsekunden Även kallad GMT Atomtidsskalan TAI (International Atomic Time) Baseras på atomsekunden Medelvärde av ca. 230 atomur Världstidsskalan UTC Baseras på atomsekunden men följer jordens rotation, UTC - TAI = N skottsekunder

Samband mellan UT1, TAI och UTC Juli 1955, början av atomtid Skillnad mellan tidsskala och TAI [s] 0-10 Jan. 1, 1958 TAI UT1 TAI Skottsekund Jan. 1, 1972 UTC-TAI=10 s -32 System med Skottsekunder börjar UTC - TAI UT1 - TAI 1958 1972 1999 Datum

Officiell världstid Ortsberoende tidsskalor fram till 1884 1884 infördes GMT över världen (variationer förekom, t.ex. 1900 i Sverige) GMT gällde som officiell världstid fram till 1972 Från 1972 gäller UTC i större delen av världen Varje land beslutar om Lokal tid (beroende på tidzon) För Sverige gäller UTC + 1 h (2 h sommartid)

Cesiumur SP NIST, USA

Hur fungerar ett Cesiumur? Återkoppling Kvarts-oscillator 1 s Ugn N Radiosignal N Detektor S Kavitet S

Synkroniseringskälla UTC(SP) Cesium 1 SP Korrektion Cesium 2 SP Korrektion UTC(SP2) UTC(SP) GPSmottagare Cesium 3 SP UTC(SP) - GPS Tidsintervallräknare UTC(SP) - UTC(SP2) < 300 ns UTC - UTC(SP) < 300 ns UTC(SP) - CS BIPM UTC/TAI

Synkronisering av Fröken Ur datorer UTC(SP) 10 MHz 1-pps TTL Nivåkonverterare TCG 1 1-pps RS232 Tidkod NTP-servrar NTP Fröken Ur 1 Ljud 10 MHz UTC(SP2) 1-pps TTL TCG 2 Nivåkonverterare Tidkod RS232 1-pps NTP Fröken Ur 2 Ljud TCG = Tidkodsgenerator NTP Fröken Ur 3 Ljud

Network Time Protocol (NTP) Tidssynkronisering < 1 ms inom lokala nätverk (LAN) och 1-10 ms globalt (WAN) Konstruerat för att fungera i ett globalt och mångfaldigt Internet Bästa noggrannheten erhålls vid korta avstånd, (fysiskt avstånd och belastning) NTP-mjukvara implementerat i flera plattformar: UNIX, Windows, VMS, etc... Se www.eecis.udel.edu/~ntp för information och mjukvara (David Mills)

NTPs hierarkiska uppbyggnad UTC 1 2 2 3 3 3 (a) x UTC 1 2 3 3 3 3 (b) Stratum 1 servrar synkroniseras till UTC Stratum 2 servrar synkroniseras till Stratum 1 servrar, etc... I (b) är Internetförbindelsen markerad med x i (a) bruten En server har gått från Stratum 2 till Stratum 3 Aktiva synkroniseringsförbindelser Passiva synkroniseringsförbindelser

NTPs arkitektur Internet Server 1 Klockfilter 1 Server 2 Server 3 UTC källa NTP messages Klockfilter 2 Klockfilter 3 Klockfilter 4 Klockvals algoritm Kombinerande algoritm Lokal klient (eller server) som kör NTP Loop filter P/F-lock loop Lokal klock oscillator NTP estimerar klockavvikelser och nätverksfördröjning Den lokala oscillatorn styrs för att minimera klockavvikelser