Неко ће помислити да је поседовање сата довољно да се можемо одредити у временском домену. При томе се мисли на оне класичне сатове. Који се носе на руци, висе на зиду или стоје на неком видном месту у радном и животном простору. Ту смо свакако заборавили да је човек време мерио и пре него што су се појавили сатови какве данас најчешће користимо. Ако ништа друго онда је преисторијског човека интересовало колико времена протекне од изласка до заласка Сунца. Тачније за колико се разликују време светлости и таме. Касније ће му временски интервали бити важни због различитих активности које мора да обави.
У почетку ће се мерење времена базирати на кретању сенке, коју ствара Сунчева светлост. Тако ће настати сунчани сатови. Сматра се да је математичар и астроном Теодосије из Битиније у 2. веку пре нове ере изумео универзални сунчани сат. Могао је да се користи било где у свету.
Или претакање воде или песка из једног суда у други. Један од првих водених сатова био је „клепсидра“ који је настао пре више хиљада година. Коришћење пешчаних сатова датира још у античко време. Међутим, докази о његовом постојању потиче тек из 14. века. Јер се пешчани сат појављује на једној слици Лоренцетија из 1328. године.
Начини мерења времена
На почетку текста је указано на неке од најстаријих начина мерења времена. Међутим, историјски гледано мерење времена је прошло кроз читав низ различитих начина. Од којих су неки и данас у пуној употреби. Основу највећег броја сатова представљају уређаји који се називају осцилатори. Мерење се заснива на бројању периода осциловања и њихово претварање у одговарајуће време. Које се приказује на сату. Данас се најчешће користе следеће врсте сатова:
- Механички сатови – осиловање се базира на коришћењу клатна, које покреће ротацију низа зупчаника чијим се окретањем мери време;
- Кристални сатови – код њих се користе кварцни електронски осцилатори. За добијање времена се користе делитељи учестаности и бројачи;
- Атомски сатови – базирани су на осцилаторима код којих се мери учестаност таласа који се добија при размени енергије између два нивоа атома;
- Електрични сатови – базирани су на мерењу периоде наизменичне струје. Стабилност фреквенције у електроенергетским системима обезбеђују посебне електране.
Савремено мерење времена
Мерење времена је данас посебно важно због обезбеђивања глобалне истовремености различитих догађаја. Поред тачности мерења времена веома је важна синхронизација одговарајућих уређаја. И како обезбедити да „тачно време“ стигне до крајњег корисника. Који ће на бази њега синхронисати своје локалне уређаје за мерење времена. Или га само приказивати као „тачно време“. Развој електронике, телекомуникација и рачунарске технике учинио је да овај проблем углавном буде превазиђен.
UTC (Coordinated Universal Time) је основни стандард времена, којим се синхронишу сатови широм света. Овај стандард је наследник стандарда познатог као средње време по Гриничу, GMT (Greenwich Mean Time). Дистрибуција времена широм света је започела 1. јануара 1960. године. UTC је прихваћен као стандард на бази препоруке CCIR (Consultative Committee on International Radio) из 1963. године. Међутим, званична скраћеница UTC и званичан енглески назив – координисано универзално време прихваћено је тек 1967. године. До примене из 1972. године UTC стандард је прошао кроз више прилагођења. Актуелна верзија UTC стандарда дефинисана је препоруком Међународне уније за телекомуникације, ITU (International Telecommunication Union).
Дистрибуција времена
UTC дели време на дане, сате, минуте и секунде. Дани се нормално идентификују помоћу грегоријанског календара, али може да се користи и јулијански календар. Сваки дан има 24 сата, а сваки сат 60 минута. Број секунди у минуту је обично 60, али са повременом прескочном секундом, уместо тога може бити 61 или 59. Мање временске јединице (милисекунда, микросекунда, итд.) имају константно трајање, али минут и све веће временске јединице (сат, дан, недеља, итд.) имају променљиво трајање. Потреба за увођењем преступне секунде објављују се најмање шест месеци унапред у билтену који издаје Међународна служба за ротацију Земље и референтне системе. Преступне секунде се не могу предвидети много унапред, јер зависе од брзине ротације Земље.
Са развојем Интернета дошло је до развоја одговарајућег протокала за дистрибуцију тачног времена. Протокол, који је назван Network Time Protocol (NTP) предложио је Денис Фергусон са Универзитета у Торонту. Спецификацију протокла је написао Дејвид Милс са Универзитета у Делаверу. NTP протокол је у примени од 1985. године. И представља један од најстаријих протокола на Интернету који су још увек у примени. Од овог протокола се очекује да синхронизује све рачунаре који су повезани на одговарајући сервер. У условима јавног Интернета постиже се синхронизација у оквиру неколико десетина милисекунди. Истовремено у локалним мрежама, у идеалним условима може да се постигне тачност боља од једне милисекунде. Несиметрија у рутирању пакета и загушења на Интернету могу да узрокују грешке у синхронизацији од 100ms па и више.
О начину одређивања тачног времена и његове дистрибуције до корисника писано је у часопису PC Press број 23 из априла 1997. године. Чланак је написао Бојан Стојановић и носи наслов Атомско време.
Понешто је остало по страни
За дистрибуцију времена прво су се користили радио и телевизијски сигнали. То је било логично, јер људи најчешће користили ове начине комуникације. Зато смо некада своје ручне и кућне часовнике „навијали“ према информацијама у оквиру радијског или ТВ програма. Увек ћемо се сећати оног радијског – „Сада је тачно …“. Или сата који показује време пре почетка програма вести.
У многим земљама су коришћене радио станице за дистрибуцију тачног времена. Такве су нпр. WWVB радио станица у близини Форт Колинса у држави Колорадо у САД. Њом управља национални Институт за стандарде и технологију (National Institute of Standards and Technology, NIST). Већина сатова У Северној Америци, који се управљају радио таласима користи WWVB сигнале за подешавање тачног времена. Фреквенција која се користи при преносу сигнала преко WWVB се добија из скупа атомских часовника који се налазе у оквиру станице. WWVB није скраћеница, већ позивни знак за радио станицу. Време које се дистрибуира дефинисано је временском скалом коју је прописао NIST. Ова скала је позната као UTC(NIST).
У Немачкој постоји DCF77 радио станица, која од 1973. године емитује и податке о датуму и времену. Станица се налази у близини Франкфурта на Мајни. У име Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), немачке националне лабораторије за физику станицом управља Media Broadcast GmbH. Време које се шаље у етар одговара универзалном координисаном времену UTC+1 или UTC+2, зависно од летњег/зимског рачунања времена.
Тачно време у Републици Србији
Према члановима 1 и 2, Закона о рачунању времена – „Законско време у Србији одговара Универзалном координираном времену (UTC), увећаном за један час (средњоевропско зонско време), у односу на које се уводи летње рачунање времена од последње недеље у марту до последње недеље у октобру“.
У оквиру Дирекције за мере и драгоцене метале постоји Лабораторија за дистрибуцију времена. Њени главни задаци су:
- Реализација система преноса времена од националног еталона времена и фреквенције Републике Србије до корисника на територији Републике Србије
- Унапређење постојећег нивоа информационе безбедности система дистрибуције времена
- Стварање предуслова за дистрибуцију, надзор и контролу националне временске скале UTC (DMDM)
- Организовање и функционисање дистрибуције времена UTC (DMDM) као јавно доступне дистрибуције и дистрибуције са ограниченим правом приступа корисника
Додатне информације за дистрибуцију тачног времена у Србији могу да се нађу на WEВ страници – Званично време у Републици Србији. Као што се може видети за синхронизацију часовника на рачунарима корисника потребан је одговарајући софтвер. Он мора да подржава NTP протокол. Апликације које се могу користити са јавним серверима су:
- ntp-4.2.4p8@lennon-o-lpv-win32-setup.exe
- 10.exe
- exe
За синхронизацију корисничких часовника, могу да се користе сервери широм света. Неки од њих су:
- ntp.org;
- nist.gov;
- google.com;
- windows.com.
Одговарајући сервер у Републици Србији је:
- pool.ntp.org.
Овде није крај
Познавање временских одредница је веома важно за функционисање савремног човека. Доступност средстава комуникације, пре свега Интернета и мобилне телефоније учинила је да нам „тачно“ време стално буде пред очима. У таквим условима намећу се нека питања. Пре свега да ли ће то довести до изумирања ручних часовника. Или часовника које користимо у кућним условима. Такође, се поставља и питање колико нам је „тачног“ времена заиста потребно. Пре свега мислећи на човека као појединца.
Што се тиче ручних сатова, појавом тзв. паметних сатова, који имају и друге функције они ће и даље бити коришћени. А одавно су постали и модни човеков детаљ. Слично се може рећи и за кућне часовнике, који ће такође добити читав низ карактеристика. Које ће му дати много веће могућности од обичног показивања тачног времена.
Има ли места за сатове
Што се тиче питања човекове потребе за „тачним“ временом оно је највише узоковано технолошким и цивилизацијским напретком. Слободно се може рећи да је одомаћени појам – глобализација један од узрока потребе за тачним временом. Глобална доступност информацијама, управљање на даљину, обављање посла са удаљених локација захтевају међусобну синхронизацију. Такође, дељење ресурса од стране просторно удаљених корисника захтева њихову временску синхронизацију. Сходно томе, човек као део заједнице мора да поседује свест о времену. И то тачном времену да би могао да координира своје активности са окружењем.
Познавање тачног времена је потребно и у периодима када би човек требало да окренут самом себи. Да се одмара или бави рекреацијом. Нажалост и те активности су данас скопчане са временским оквирима. Коришћење теретане, фитнес центара или базена дефинисано је временским одредницама. Уместо да нам слободно време буде без стриктних ограничења неприметно смо укључени у трку са временом. А њу можемо добити само ако познајемо тачно време. Последње речи помало излазе из контекста приче о времену и његовом мерењу. Зато ћемо оставити сваком појединцу да одреди колико му је „тачног“ времена потребно за слободне активности. За временски оквир посла и суживота са другим људима већ се побринула технологија.
Има ли још нешто
Једна од технолошких иновација, које данас стоје на располагању људима је и могућност лоцирања у простору. Тачније познавање географских координата где се тренутно налазимо. Односно како да без грешке стигнемо на жељено место. Како простор и време чине јединствени континум налажење у простору не може без временске координате. Налажење у простору и времену или навигација омогућени су постојањем геостационарних сателита распоређених у орбити око Земље. Сателити на површину Земље шаљу радио таласе. На основу којих одговарајући пријемници одређују тачну позицију – географску ширину, дужину и надморску висину.
Најпознати систем за навигацију је Global Positioning System (GPS) који је развило Министарство одбране САД. Изворно име је NAVSTAR GPS. Не зна се тачно од чега потиче скраћеница NAVSTAR. По неким изворима би могло да буде – Navigation Signal Timing and Ranging GPS. Данашњи GPS систем свој рад базира на 24 сателита. У почетку је коришћен искључиво у војне сврхе. Касније је постао бесплатан и стављен на располагање свима као јавно добро.
Сателити у оквиру система поседују атомске часовнике, који емитују „тачно“ време. Постоји велики број ефеката који доводе до промена у раду часовника, односно утичу на пријем информација о времену на Земљи. Због тога постоје Станице за праћење и контролисање сателита са циљем подешавања и синхронизације њихових часовника. Захваљујући развоју технологије са неба смо засути обиљем бесплатних и корисних информација. Само је потребно знати како их прикупити, обратити и презентовати.
Како дистрибуирати тачно време
Интернет је у много чему променио свет. С једне стране постао је глобална комуникациона инфраструктура. Која се базира на свим познатим комуникационим медијима. Само сада интегрисаним у јединствени систем. Захваљујући Интернету обиље информација је постало доступно људима широм света. И то на један униформисан начин. Глобална повезаност људи и објеката посредством Интернета захтева временску синхронизованост његових корисника. А та синхронизације се успешно може остварити управо путем самог Интернета.
Широм света постоје Network Time Protocol (NTP) сервери са којих се у окружење путем Интернета шаље информација о тачном времену. Сваки од њих је повезан са локалним атомским часовником, као извором тачног времена. Информација о тачном времену се може добити преко одговарајуће IP адресе. Основу овог система предствља пројекат pool.ntp.org који окупља велики број временских сервера, који формирају виртуелни кластер. Овај кластер милионима корисника пружа поуздану NTP услугу тачног времена. Овај кластер представља подразумевани „сервер времена“ за већину Linux дистрибуција и многобројне умрежене уређаје. Због огромног броја корисника у пројекат се могу укључити сви сервери са статичком IP адресом, који су стално присутни на Интернету.
Имамо GPS сателите
Ако се жели остварити временска синхронизација коришћењем информација из домена pool.ntp.org сервера то се може остварити према претходној слици. Овде је размотрена синхронизација у оквиру локалне рачунарске мреже. За ту намену је искоришћен локални мрежни чвор реализован на бази IoT модула ESP32. На модуле је реализован часовник, који је синхронизован преко адресе pool.ntp.org. Програм на нивоу IoT уређаја селектује потребне информације, које може да прослеђује уређајима које треба временски синхронизовати. Проблем овог начина синхронизације могу да представљају прекиди у Интернет вези.
Уместо синхронизације преко Интернета за синхронизацију се може користити и „тачно“ време које се добија са навигационих сателита. У том случају IoT уређају на бази ESP32 модула треба додати GPS пријемник (наредна слика). У овом случају сат у IoT модулу се синхронише „тачним“ временом добијеним са сателита. Остали део система је исти као у претходном случају.