網路時間校時 (Network Time Protocol)

by ALFASO 法詩計時 電波時計,電波鐘專業部落格 on 一月 22, 2010

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從之前這篇文章了解了GPS可以提供很標準時間，對於目前應用廣泛電腦產品，想要校正時間，在網路世界上就定義出了透過網路可以校正時間作法，稱為網路時間協定(Network Time Protocol, NTP)，專門提供網路校正時間服務器，就被稱為網路時間服務器(Network Time Server, NTP)。

網路時間協議NTP（RFC-1305）發展已經非常完整，這主要是由美國德拉瓦大學(University of Delaware)主導，目前廣泛被全球接受已經是個正式國際標準。透過這一協定在電腦所得到時間，可以精確到2^-32次方秒，實際使用上大約有50 ms（廣域網路）左右，在區域網路可達1 ms。

既然稱為網路時間協議，那就首先需要網路時間服務器要提供非常正確時間，它才能夠被別的電腦系統當做基準。世界上需要連線校正時間的電腦或自動控制系統太多了，因此網路時間服務器也就可以分成幾個層次做不同的主從架構。例如說，一個國家有一個主要網路服務器，然後假設企業有100台服務器，也不要每台都去跟這全國標準服務器連線，只要在這公司裡面有一台服務器去連線就行，別的服務器跟這台機器再去校正時間就ok，這就是網路世界上校正時間作法。

在台灣國家標準時間是由經濟部標準檢驗局管理規範，此標準是以位於桃園縣楊梅鎮的中華電信研究所國家時間與頻率標準實驗室的測量為準，此一實驗室會發佈全國標準時間，它也提供NTP連接方式，可以讓全國各地電腦服務器去做時間校正。

既然要作為全國時間標準發佈，同時也提供全國電腦系統同步使用，因此要提供的時間精確度就要非常高。透過我們許多文章說明，例如這篇講標準時間來源，這篇講銫原子鐘，可以得知在這樣標準時間實驗室裡面，可以有許多種不同儀器可以得出極高精確度國際標準時間。下圖來介紹推動全球網路時間的德拉瓦大學，它們的時間服務器是用哪些儀器產生。

美國德拉瓦大學網路時間服務器時間信號校正設備

簡單介紹下它所用的設備:

Spectracom 8170 WWVB Receiver: 這是美國在科羅拉多州所發射時間對時電波信號。也就是美國地區電波時計所接收標準時間校正信號。

Spectracom 8183 GPS Receiver: 這是GPS時間信號接收。

Hewlett Packard 105A Quartz Frequency Standard: 這一設備用來產生超高精確度石英震盪，可以用來比對時間之用。

Hewlett Packard 5061A Cesium Beam Frequency Standard: 這個銫原子鐘在我們文章介紹過，是全球使用非常廣泛銫原子鐘，可以當做一個很穩定時間信號來源。

對於普通個人電腦來說，如果想要透過NTP對時，雖然說Windows XP/Vista/Win 7都有提供對時方法，就是選擇右下角時間點擊進去，再選網路時間設定去連線網路時間(預設為time.windows.com)，不過這樣做失敗率非常高。推薦使用由標準檢驗局，海洋大學及中華電信研究所提供ntp client程式(中文版及英文版)。

GPS衛星時間

by ALFASO 法詩計時 電波時計,電波鐘專業部落格 on 一月 9, 2010

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GPS（Global Position System)大家都很熟悉了，透過24顆定位衛星，可以做到全球各地均能夠準確定位，目前民間主要用途是在導航。GPS是美國所發射衛星，早期開始主要是軍事用途，後來才開放給民間使用也開啟了導航應用此一巨大市場。除了美國之外，全球還有中國北斗衛星定位，歐盟則有伽利略衛星定位，俄羅斯有GLONASS衛星。為何一個美國GPS就可以含括全球各地定位，各國還要發射自己衛星，其實就是為了軍事用途做準備，所以主要大國都想要擁有自有定位衛星，以免受它人牽制。

GPS主要目的是全球定位，但是透過發展全球衛星定位，卻也創造了另一個相關領域，就是透過GPS可以提供非常精確時間。首先在GPS上每個衛星都有自己原子鐘產生精準時間，同時會透過美國海軍觀測站對衛星發出校正訊號，以確保每顆衛星時間絕對精確。

GPS定位極為複雜，有興趣人可以透過Google找到許多資料做仔細研究。在此要說明的是，GPS衛星需要有非常精準時間可以提供，因為GPS接收機首先根據目前位置與衛星相對速度，然後綜合了衛星播放來的相對效應的修正量和其他時鐘的修正量因素，以求得真正的GPS時間再去求解位置，這過程當中有許多微小修正量，例如當衛星發出信號讓接收機收到，雖然光速每秒30萬公里，從衛星到GPS接收器時間非常短，但在這段時間內地球也有自轉，需要把這些自轉產生位置差計算進去。

距離=速度X時間。這是初中就教過物理學，我不但是國中讀過物理，後來連大學都是讀物裡，不過這是題外話。在這個公式裡面，速度是光速這是已知(光速 = 299 792 458 m / s)，所以只要測量知道從衛星到GPS接收機所花時間，就能夠得到距離。在透過三角座標，只要有三顆衛星就能夠精準定位出幾何經緯度。地球是三度空間座標，為了便於理解，下面這張圖畫城二度空間，就可以清楚看到透過三顆衛星能夠找到GPS接收器位置所在。



原理清楚了，透過非常精準原子鐘提供時間，用三顆衛星就能判定相對位置，但是條件在於GPS接收器同樣要有非常準確原子鐘等級能力，才能夠計算從GPS衛星傳送到地面接收機的時間差。關鍵是在衛星上面有原子鐘，你的GPS汽車導航上面可沒辦法有原子鐘，這樣怎麼能夠跟衛星的時間同步呢? 這問題就可以導入第四顆衛星，它的功用就是在於判斷時間差，透過複雜數學跟物理原理計算，讓GPS車用導航可以擁有同樣非常精確時間，這樣就可以算出正確位置了。

GPS校正精確時間

還好，現在的GPS接收器內建軟體會自動把這些因素考慮進去，最後得到一個目前位置經緯度。但我們關心的是從GPS信號所得到時間精確度，這一精確度在民用等級GPS接收器上是小於40 nanoseconds (40 x 10^-9)，這是什麼樣一個概念呢，約略等於1,260年會有一秒誤差。當然跟原子鐘那10萬年才有一秒誤差是不能比，但是這已經是非常非常非常高的精確度了。

有了這樣精確時間後，就可以用GPS所提供的時間來做為許多應用標準時間來源，這是GPS在提供全球定位服務之外另一項非常重要服務。因為想想看，雖然說透過光陰的故事解釋，已經知道國際間有了公認時間標準，而且世界各國都會有自己國家等級標準時間實驗室，負責提供該國標準時間，但是要把這國家標準時間發佈到全國各角落困難是非常大，過去採用方法有電話報時，無線電廣播，數據機校正，網路校正等等。但這些方法都有使用上局限性，不論是發送距離或者是需要有特定設備才能夠接收。但有了GPS系統，他所提供時間等級基本上已經超過絕大部分電腦或自動控制系統所需要精確度，用它來當做標準時間校正，既無地域限制又非常準確，果然是時間最佳來源。GPS時間也就城了許多電腦系統或是自動控制系統，目前用來取得時間校正重要來源。

光陰的故事

by ALFASO 法詩計時 電波時計,電波鐘專業部落格 on 一月 7, 2010

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從事電波時計產業幾年來，我們對標準時間信號來源做過很深入研究。時間雖然是我們每天生活依據，但對時間你了解多少呢? 在這篇文章中，我們就會帶領你來了解在生活周遭不同地方，如何取得標準時間。

以電波時鐘這應用來說，它講求的是一秒不差，雖然說電波發射站所使用銫原子鐘精確度習慣稱十萬年才有一秒誤差，但是用來顯示用時鐘，畢竟是以秒為最小單位，所以精確度則是以不超過一秒為準，這已經很適合普通生活應用所需。

以一家企業來說，牆上時間顯示可以採用這種精確度為秒的電波時鐘，但是電腦系統裡面所需要精確度就高多了，如果加上有自動控系統在運行，例如高速鐵路或是飛機導航，可能到毫秒(ms)或是微秒(ns)等級。這時候就得知道什麼是真正國際標準時間，以作為這些應用校正時間基礎。我們在這裡解釋國際標準時間準則是怎麼產生。

想要知道精準時間，首先要定義出一秒的測量標準。普遍認知是以地球公轉一週稱為年，地球自轉一週稱為日。但是不管公轉或是自轉都不是剛剛好完美無缺幾萬年來通通都相同。所以目前對一秒的定義已經不再用地球自轉公轉這些算法，而是採用更精確原子震盪當標準，一秒定義為:基態銫133原子在兩個超精細能階間過渡所致輻射週期之9,192,631,770倍。

目前國際通用標準時間稱為協和標準時間Universal Coordinated Time (UTC)，全球各地時區則以UTC加上多少小時區別。例如說UTC所在時區就是倫敦時區(UTC+0)，UTC+8這是香港/北京/台灣都是這時區，UTC+9是日本時區。同時由於倫敦時區就是UTC時間，所以之前大部分人對格林威治時間(Greenwich Mean Time, GMT)比較熟悉，這就是英國倫敦郊區皇家格林威治天文台的時間，由於這時間誤差較大基本上目前是不用了，全都用UTC。目前很多人把UTC+8也寫成GMT+8，這應該不能這樣混用，雖然說差距不大，但基本上現在已經不再使用GMT時間了。

另外還要注意，不是每個國家都是跟UTC相差都是多少個小時，有些地區是可以差幾小時三十分鐘，譬如印度就是UTC加上5小時30分鐘。這點之前在跟印度有生意往來時候，剛開始被搞糊塗，後來才知道真的是有差這種30分鐘時區存在。

全球時區

有些人想再問，那這個UTC又是怎麼來。能夠成為全球公認標準，肯定要絕絕對對精確，而且更重要是要每個國家都同意這是國際標準。要能夠讓每個國家都同意，那就每個國家各自亮出自己計算時間最準確國家標準實驗室裡原子鐘數據取出，把這些精確度非常高原子時間設備，集合各個時間數據平均之後算出來的時間，這稱為國際原子時間International Atomic Time (TAI)，這就是國際間公認全球最準時間。這一個最準時間保留當做一個至高標準，但是由於地球自轉是有一點點偏差，再加上地球自轉有逐步變慢跡象，所以UTC就依照TAI這原子時間，加上潤秒修正變成為各國通用時間，既然這是每個實驗室一起協調計算出的時間，而且又是協調地球自轉跟變慢修正潤秒，因此就稱為協和標準時間Universal Coordinate Time。

UTC+8是台灣時區，同時也是香港/大陸等地時區。國家標準時間是由經濟部標準檢驗局管理規範，此標準是以位於桃園縣楊梅鎮的中華電信研究所國家時間與頻率標準實驗室的測量為準。我們經常說"中原標準時間"，其實根本沒有這個時間。在台灣所使用標準時間稱為國家標準時間，或是台灣標準時間，香港是香港標準時間，連大陸都是稱北京標準時間。所以大家口號要改一改，不要再稱中原標準時間了，同樣也不要再稱格林威治GMT時間了，現在通通都用UTC+8或是台灣標準時間。

想知道現在UTC+8台灣標準時間嗎? 請參考下面這時間:

(*注意: 由於網路傳遞延遲，以上時間僅供作為UTC+8標準時間參考，上述時間有可能跟電波時計直接與電波時間發射站對時有誤差)

ALFASO法詩電波鍾在101跨年倒數

by ALFASO 法詩計時 電波時計,電波鐘專業部落格 on 一月 1, 2010

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現在每年12/31在台北最重要活動是什麼? 就是到台北101大樓參加跨年倒數計時跟看跨年煙火。去年是在京華城看煙火，因為看完101煙火緊接就可以就近看京華城煙火，而且去年是站在京華城正下面，它放煙火時候還會有掉下來的火星灑在身上超有現場感。不過2010年這個跨年決定到101現場去，實地體會大樓現場就近看煙火的壯觀，當然也做好人潮洶湧準備。還有，更重要是要帶著電波鐘去看這101倒數計時的計秒跟電波時計上面顯示標準時間有沒有差別。

電波鍾倒數計時一秒不差

前往101當然是搭捷運最好，晚上九點半出發，一開始還在猶豫要到市政府捷運站下還是提前一站在國父紀念館站下，後來老婆說不想要走太多路，在加上捷運車廂上我看一堆人也都使打算在市政府下，所以就搭到市政府站。下了捷運站人潮就蠻多，不過可能是101大樓反正周邊很廣泛的區域都能夠很清楚看到大樓，所以就不像我之前到紐約時代廣場看倒數計時，基本上滿滿都是人跟擠公車沒什麼兩樣。路上人很多但是因為車輛已經是禁止入內，都可以直接走在馬路上因此都不會感到，我們就慢慢散步到松仁路松壽路這邊直接坐在馬路上，可以很清楚看到101大樓全部，位置相當好，這邊應該算是101大樓東邊。

找到位置坐下來也差不多十點多一些，距離12點鐘還有一個多小時。旁邊一開始也沒什麼人坐在馬路上，都是走來走去人群應該是在找看有沒有更好的位子，但到了快12點基本上大家就不走動，通通都坐下來了。

還要等一個多小時，這裡也不像在市政府前面會有晚會歌手表演，那就只能發呆了。還好人潮其實不會到非常擁擠地步，所以就把電波鐘拿來跟101大樓留張合影，這次特地帶了「計白當黑」電波鐘這樣在晚上戶外看就很清楚。

「計白當黑」電波鍾

快到12點了又拍了照片，怕等一下要倒數計時手忙腳亂。

法詩電波鐘準備倒數計秒

這時候因為我把這麼大時鐘拿出來，又頻頻在照相，所以隔壁坐在一起的路人基本上都是一直看這時鐘看現在幾點鐘，還有離倒數計時剩下幾秒。而且很多人開始問起，這個鐘準不準，當然就很驕傲跟大夥人說這鐘超準，說完觀眾們紛紛拿起自己手錶手機開始跟「計白當黑」電波鐘校正時間。這也是電波時計好處之一，也許你家裡跟辦公室不需要全部都換成電波時計，但是家裡至少要擺一個公司也至少要擺一個，它不是拿來看時間，而是拿來校正時間用。電波時計擺設要比較靠近窗口或是陽台才容易接收對時信號，在家裡放一個電波時計之後就可以經常用它來校對全家人手機/鬧鐘/時鐘，這樣一家大小就有一個很準確時間可以用。

十二點新的2010年到了，就在倒數幾秒我很認真看剩下幾秒，而且因為周遭人群已經把這時鐘當成標準時間，我還把時鐘高高舉起讓大家清楚知道離倒數計時還有幾秒，到最後時間周圍人一起喊出10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0，煙火開始。這時候現場歡聲雷動，男女青年互相擁抱慶祝新年來到，同時一起欣賞一年一度台北101大樓高空煙火秀。我也成功達到作為現場來賓標準時間提供，ALFASO法詩計時「計白當黑」電波時計果然是超級準時鐘。

2010年台北101煙火

不過遺憾的是，由於最後倒數幾秒我已經成為周圍人群的標準時間，所以就沒有機會拍下倒數幾秒「計白當黑」精準顯示出新年到來跟煙火開始那一秒不差。

一年一度101大樓新年煙火就在短短三分鐘結束了，我也整理行李搭捷運回家，只不過來的時候沒感覺人多，回去時候因為大家都是擠在同一時間回去，所以捷運市政府站入口爆滿爆滿。不過有意思的是，因為現場是採用定時管制進捷運站。有點像是高速公路入口有閘道管制，然後前面有個捷運公司的人在指揮，這人很幽默，他會在開放入站時一邊說「不要推、不要擠」然後很快的就「1.2.3木頭人，停。」之後在大家無聊等下一次開放入站，他會來一些"無獎徵答"，有時候很冷譬如說他問「捷運公司服務電話。」天啊，前面人開始笑起來這哪有人知道，答案是218-12345。後來有一題無獎徵答「要到碧潭划船要搭到哪一站?」答案是新店站，不要搭到小碧潭。這我倒是記起來了，因為隔天我就帶全家人到碧潭去划船。後來隔天看新聞，這位超有趣的捷運指揮應該是捷運站務處副主任林榮輝，在此也給他拍拍手。呵呵, 不過如果那時候捷運入口有個電波鍾，大家都知道幾點鐘也就不會太焦慮，因為擠在我隔壁那小姐就一直打電話跟朋友說她堵在捷運站，不知道幾點才能到，估計是約了第二場狂歡趕時間。

結束了2010年帶電波鍾一起去跨年，發現電波時計的確是在最需要精準對時無比厲害利器，特別是在這種倒數計時要一秒不差，我帶這麼大個電波鍾到現場去，果然立刻成為周遭所有人標準時間來源，也不負眾望為大家提供倒數計秒一秒不差責任。不過每年畢竟只有一次倒數計時，平常還是要有辦法知道正確時間，養成守時好習慣，這也就是ALFASO法詩計時目標，我們不是提供標準時間，我們提供給客戶守時習慣。