Problem rozpowszechniania czasu

W artykule pt. „Nie mamy czasu (w systemach teleinformatycznych)" (Computerworld nr 32, z 8 września br.) poruszono dwa główne zagadnienia techniczne: utrzymywania dokładnego wzorca czasu w Polsce oraz rozpowszechniania (udostępniania) dokładnego czasu, a także związane z nimi zagadnienia prawne. Wszystkie są przedmiotem działalności lub bezpośredniego zainteresowania Głównego Urzędu Miar (GUM). Jako pracownik tej instytucji, chciałbym uzupełnić i sprostować zawarte w nim informacje.

W artykule pt. „Nie mamy czasu (w systemach teleinformatycznych)" (Computerworld nr 32, z 8 września br.) poruszono dwa główne zagadnienia techniczne: utrzymywania dokładnego wzorca czasu w Polsce oraz rozpowszechniania (udostępniania) dokładnego czasu, a także związane z nimi zagadnienia prawne. Wszystkie są przedmiotem działalności lub bezpośredniego zainteresowania Głównego Urzędu Miar (GUM). Jako pracownik tej instytucji, chciałbym uzupełnić i sprostować zawarte w nim informacje.

Instytucją utrzymującą (przechowującą) wzorce czasu i częstotliwości (podobnie jak i wzorce prawie wszystkich innych wielkości fizycznych) jest GUM, a nie PKN (Polski Komitet Normalizacyjny). Również GUM, a nie PKN generuje sygnały czasu, które są nadawane za pośrednictwem publicznych rozgłośni Polskiego Radia.

Wzorzec czasu i częstotliwości utrzymywany przez GUM pełni rolę wzorca państwowego, a więc stwierdzenie, że "pochodzi spoza granic RP" nie odpowiada prawdzie, choć jego główne zespoły są importowane. Również czas wytwarzany przez ten wzorzec jest czasem państwowym (ściślej nazywa się go "państwową skalą czasu") i dla jego legalności nie ma znaczenia to, że uzyskuje się go przez porównanie z Uniwersalnym Czasem Koordynowanym (UTC). Porównania takie są niezbędne dla zachowania jednolitości czasu na świecie i są stosowane we wszystkich innych krajach, mających państwowe wzorce czasu. Sygnały czasu wychodzące z GUM są generowane na podstawie państwowej skali czasu, a więc też nie pochodzą z zagranicy.

Nadawane obecnie akustyczne sygnały czasu są wykorzystywane nie tylko do celów popularnych, ale także zaspokajają potrzeby techniczne, które występują nie tylko w systemach teleinformatycznych. Można wymienić takie ich zastosowania, jak: wyznaczanie poprawek i nastawianie (synchronizacja) dokładnych zegarów kontrolnych w laboratoriach pomiarowych i placówkach naukowo-badawczych, zegarów technologicznych w zakładach produkcyjnych i usługowych, zegarów kontrolnych i pokładowych w przedsiębiorstwach komunikacyjnych itp. Wyznaczanie poprawek i nastawianie zegarów jest zwykle dokonywane ręcznie (z użyciem sekundomierza elektronicznego przy wyznaczaniu poprawek) z błędem nie przekraczającym ±0,1 s, ale przy zastosowaniu prostego układu elektronicznego (i ewentualnie dodatkowego przyrządu pomiarowego) błąd ten można zmniejszyć do kilku milisekund. Tego rodzaju nastawianie zegarów nie jest szczytem techniki. W nowoczesnych rozwiązaniach jest ono coraz częściej zastępowane synchronizacją automatyczną. Jednak trzeba pogodzić się z faktem, że rewolucja technologiczna nie odbywa się z dnia na dzień i zwykle przez wiele lat - obok rozwiązań nowoczesnych - są stosowane sposoby tradycyjne.

Sygnały czasu są nadawane nie tylko przy okazji hejnału z Wieży Mariackiej, ale także w pozostałych pełnych godzinach doby, chyba że wyjątkowo program radiowy na to nie pozwala.

Pisząc o kilkunastu zegarach cezowych na świecie, autor artykułu miał prawdopodobnie na myśli laboratoryjne zegary cezowe specjalnej konstrukcji, które znajdują się w kilku głównych laboratoriach na świecie i cechują się najwyższą dokładnością. Jeżeli bowiem chodzi o dokładne zegary cezowe typu przenośnego, produkowane seryjnie, to ich liczba na świecie jest rzędu kilkuset; cztery takie zegary (w tym dwa najnowocześniejsze) są w GUM. Umożliwiają one również uzyskiwanie bardzo dużej dokładności generowanej skali czasu, jeżeli dokonuje się systematycznych porównań ich wskazań z UTC.

Podana w artykule dokładność 10 – 14 s dotyczy jednostki czasu (uśrednionej w czasie kilku dni), a nie "czasu atomowego", który to termin jest równoznaczny ze "skalą czasu atomowego". Dokładność (a ściślej niepewność obliczona w odniesieniu do UTC na podstawie prognozy dla chwili bieżącej) skali czasu generowanej przez najdokładniejsze wzorce atomowe jest rzędu kilku nanosekund (tj. kilku miliardowych części sekundy).

Przechodząc do zasadniczych zagadnień zawartych w artykule, należy stwierdzić, że w Polsce nie istnieje problem utrzymywania dokładnego wzorca czasu, ponieważ taki wzorzec, a ściślej wzorzec czasu i częstotliwości, jest od wielu lat utrzymywany w GUM. Istnieje także drugi wzorzec, mniej dokładny, w Astronomicznym Obserwatorium Szerokościowym PAN w Borowcu k. Poznania.

Wzorzec GUM aktualnie składa się z czterech cezowych wzorców czasu i częstotliwości firmy Hewlett-Packard (najbardziej stabilny z nich jest wzorcem głównym) i spełnia jednocześnie trzy funkcje: odtwarza jednostkę czasu i częstotliwości oraz realizuje skalę czasu oznaczaną jako UTC (GUM). Realizowana jest również pochodna tej skali - skala czasu strefowego UTC (GUM) - 1 godz. lub UTC (GUM) - 2 godz. jako czas letni. Wzorzec jest w sposób ciągły porównywany z wzorcami innych krajów za pośrednictwem satelitarnego systemu GPS (Global Positioning System - Globalny System Wyznaczania Pozycji - system zarządzany przez armię USA, udostępniony także dla celów cywilnych). Porównania zapewniają odniesienie skali czasu UTC (GUM) oraz jednostek czasu i częstotliwości odtwarzanych przez wzorzec GUM do skali czasu UTC i jednostek czasu oraz częstotliwości wyznaczanych przez Międzynarodowe Biuro Miar, stanowiących charakterystyki zbiorowego wzorca międzynarodowego, którego częścią jest również wzorzec GUM. Dzięki tym porównaniom uzyskuje się dużą dokładność wzorca GUM, którą charakteryzuje się niepewnością standardową prognozowanego dla chwili bieżącej błędu jednostek czasu i częstotliwości oraz błędu skali czasu względem odpowiednich parametrów wzorca międzynarodowego. Niepewność standardowa błędu odtwarzanych w czasie bieżącym średnich wartości jednostek czasu i częstotliwości wynosi 3x10–14 dla czasu uśredniania 5 d oraz 3x10–13 dla czasu uśredniania 1000 s, a niepewność standardowa błędu skali czasu w czasie bieżącym - 40 nanosekund.

Wzorzec jest wykorzystywany do uwierzytelniania i wzorcowania przyrządów pomiarowych oraz innych wzorców czasu i częstotliwości, a także do rozpowszechniania sygnałów czasu (są to, jak dotychczas, sygnały akustyczne, nie kodowane) i częstotliwości wzorcowej drogą radiową i kablową.

Problemem jest natomiast takie rozpowszechnianie czasu, które umożliwiałoby automatyczną synchronizację zegarów różnych użytkowników, w tym także zegarów czasu rzeczywistego w komputerach. Trzeba się zgodzić z autorem artykułu, że istnieje pilna potrzeba uruchomienia w kraju takiego rozpowszechniania. Polega ono na nadawaniu drogą radiową lub telefoniczną tzw. kodowanych sygnałów czasu, zawierających pełną informację o czasie.

Rozpowszechnianie drogą radiową jest sposobem najlepszym, zapewnia bowiem ciągłą i jednoczesną dostępność sygnałów dla wszystkich użytkowników. Jego realizacja jest jednak bardzo kosztowna i organizacyjnie trudna, ponieważ wchodzą w grę uzgodnienia międzyresortowe. Decydującym czynnikiem uniemożliwiającym praktycznie tę realizację przez GUM lub inne instytucje budżetowe jest brak środków.

Rozpowszechnianie drogą telefoniczną daje tylko ograniczony dostęp do sygnałów czasu, ale można je zrealizować stosunkowo małym kosztem. Urządzenia do takiego rozpowszechniania zostały już skompletowane w GUM i znajdują się w fazie prób. W najbliższych miesiącach rozpowszechnianie tą drogą zostanie udostępnione dla wszystkich zainteresowanych. Kodowane sygnały czasu będą dostępne pod określonym numerem telefonicznym, który zostanie podany do publicznej wiadomości. Aby użytkownik komputera mógł z nich skorzystać, będzie musiał zainstalować modem oraz odpowiednie oprogramowanie. Synchronizacja zegara czasu rzeczywistego w komputerze dokona się automatycznie po każdorazowym uzyskaniu połączenia z numerem telefonu rozpowszechniania. Przewiduje się, że w przyszłości nastąpi rozbudowa stanowiska rozpowszechniania przez zainstalowanie urządzeń zwielokratniających dostęp.

Istnieje także możliwość korzystania z sygnałów czasu rozpowszechnianych z ośrodków zagranicznych, np. sygnałów DCF 77,5 kHz lub GPS. Powstaje jednak pytanie, czy są one legalne w Polsce. Z punktu widzenia legalności jednostek miar są legalne, ponieważ opierają się na skali czasu UTC, która jest zgodna z układem jednostek SI. Ważna jest jednak także prawna odpowiedzialność za poprawność i ciągłość tych sygnałów. Jest rzeczą oczywistą, że takiej odpowiedzialności nie może wziąć na siebie polska administracja miar. Odpowiedzialność za pewne ryzyko pojawienia się niedokładności lub zaniku tych sygnałów i wynikające z tego skutki musi spoczywać na instytucji wykorzystującej te sygnały.

W Polsce nie ma aktu prawnego, który w bezpośredni sposób stwierdzałby, że obowiązuje stosowanie czasu strefowego UTC - 1 h (lub UTC - 2 h w lecie). Jest to brak czysto formalny, nie mający większego praktycznego znaczenia, bo wieloletnie stosowanie tego czasu i istnienie państwowej skali czasu określonej zgodnie z nim świadczy o tym, że właśnie ten czas jest obowiązujący. Tym niemniej, w celu prawnego uporządkowania tej sprawy, odpowiedni akt prawny (ustawa) powinien być przygotowany.

Autor artykułu pisze natomiast o braku unormowań prawnych dotyczących obowiązku stosowania określonego wzorca czasu. Bliższe rozpatrzenie tej kwestii wykazuje, że wprowadzenie takiego obowiązku byłoby nieracjonalne. W obecnej sytuacji najlepszym rozwiązaniem jest przyjęcie zasady, że jest dopuszczalne stosowanie dowolnych (pochodzących z dowolnych wzorców) sygnałów czasu pod warunkiem, że są one zgodne z czasem UTC i zgodność ta jest uznana przez Międzynarodowe Biuro Miar. Do takich sygnałów zaliczają się sygnały radiostacji DCF 77,5 kHz i systemu GPS, które spośród zagranicznych kodowanych sygnałów czasu są najłatwiej dostępne na terenie kraju.

Jerzy Siemicki jest kierownikiem Samodzielnego Laboratorium Czasu i Częstotliwości w Głównym Urzędzie Miar.

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200