有关部分北京市民“穿越”的科学解读

作者: 商庆华

来源: 科学大院

发布日期: 2020-11-09

文章讨论了部分北京市民在地铁站遭遇的手机时间与实际时间不一致的问题,分析了这种现象的原因,并介绍了互联网授时的原理和重要性。

前一段时间,部分北京市民发生了“穿越”现象。当他们通过地铁闸机的时候,惊讶地发现手机时间竟然“静止”了,手机显示的时间明显落后于实际的时间。由于手机时间竟然和地铁闸机时间不一致,部分市民遇到了刷手机无法进出站的窘境。通过反复设置飞行模式、重启或者手动修改时间等方式,他们最终才得以顺利进出站。此次时间“静止”对部分市民的出行造成不便。经过调查,发生这种现象的原因在于他们的手机采用的是互联网授时。

当手机连接网络时,手机会自动与网络时间服务器提供的时间进行对比校准。通常来说,手机使用基站网络下发的时间是目前民众获取时间最精确的方式,但当天恰恰有个别基站出现了问题。这只是比较罕见的极端现象,目前状况已经全部解决,因此还是建议市民使用运营商网络提供的时间。

虽说“穿越“只是虚惊一场,但也说明了时间统一的重要性。那么我们平常是怎么接收到时间信息的呢?

网络授时是目前,互联网授时是应用最普遍、用户最广泛的一种授时服务方式。所谓互联网授时就是利用网络传送标准时间信息,为网络内计算机时钟同步提供参考信号。网络授时开始于20世纪80年代后期,随着互联网应用的普及,在90年代得到迅速发展。中国科学院国家授时中心(NTSC)在1996年建成专用局域网,定时精度较高;2001年建成广域网授时系统,称为国家授时中心网络授时系统,定时精度优于300ms。

NTSC网络授时系统的构成如图所示,该系统可以响应互联网上任何客户的定时请求,拥有符合网络时间协议NTP的NTSC time服务器,客户便可方便地利用NTSC网络授时。

目前,常见的网络授时协议主要有四种,分别是:SNTP协议、NTP协议、Time协议与Daytime协议。其中NTP协议是互联网上公认的时间同步标准。

NTP协议可以在各种规模的互联网环境中工作,考虑到互联网时间同步的复杂性,基于NTP协议的网络授时系统组网方便,用户只需通过互联网就能获得一定精度的标准时间。但由于其授时精度较低,并且随着网络结构和网络负荷的变化而变化,只能够满足中低精度的用户需求。当然,NTP服务器提供的信息是否准确也很重要。

一般来说,顶层的NTP服务器是与原子钟(或其他类型的高精度时钟)连接的,下层的NTP服务器与上一层的NTP服务器同步。由于误差累计的原因,要想获得准确信息,应尽可能使用较高层次的NTP服务器。

NTP的基本原理是服务器和客户端之间通过二次报文交换,确定主从时间误差,客户端校准本地计算机时间,完成时间同步,有条件的话进一步校准本地时钟频率。服务器在UDP的132端口提供授时服务,客户端发送附带t1时间戳(Timestamp)的查询报文给服务器,服务器在该报文上添加到达时刻t2和响应报文发送时刻t3,客户端记录响应报到达时刻t4,就完成了时间同步。

时间和频率作为常用的基本参量,对人类日常生活和工作至关重要。人们对时间精度的要求也越来越高,时间的统一影响着人们生活的方方面面,时间的“小”差错将会带来生活的“大”麻烦,比如北京地铁的“穿越事件”。为了保证时间的统一,现如今已经有了很多授时的方法,主要有短波授时、长波授时、卫星授时、互联网和电话授时等。

随着社会的发展,未来将需要更高准确度的时间基准和更精密的时间测量技术,而与时间相关技术的发展也将促进其他领域的技术进步。

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