Korrekt och spårbar tid och takt

Vi lever alla i ramar av tid och på ett eller annat sätt förhåller vi oss alltid till tiden. Det kan vara en tid du ska passa till ett möte, en deadline i ett projekt, ett antal timmar du har på dig att färdigställa en uppgift eller en tidpunkt när någonting inträffade.

Tid är inte bara viktigt för människor utan även för tekniska system som på något sätt bidrar i vår vardag. Många viktiga samhällsfunktioner är beroende av korrekt tid, ofta utan att vi tänker på det. Till exempel behöver delar av våra kommunikationsnät ständig tillgång till rätt tid, annars fungerar de inte. Ett annat exempel där rätt tid är viktig är ekonomiska transaktioner mellan banker, finansinstitut eller handelsplatser, där aktörerna, i det här fallet datorsystem, måste vara ”överens” om tiden för att transaktionerna ska kunna utföras.

Vad är rätt tid?

Det finns ingen absolut tid. Däremot kan vi prata om tid som är juridiskt hållbar. Juridiskt hållbar tid är spårbar till en källa som kan garantera att tiden följer världstiden UTC (Universal Time Coordinated). UTC finns bara på ett ställe, nämligen på tidsbyrån BIPM i Paris. Därifrån hämtas den på ett garanterat säkert sätt till SP, Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, i Borås och kallas UTC(SP).

Atomklockor ger Sverige rätt tid

Post- och telestyrelsens NTP-tjänst (Network Time Protocoll), som drivs av Netnod och kontrolleras av SP, är spårbar mot den officiella svenska normaltiden UTC(SP). Uppbyggnaden har skett med utgångspunkten att tiden ska vara korrekt, men dessutom, och här är Sverige världsledande, att den ska spridas till användarna på ett säkert och lättillgängligt sätt. Den nya, starka realtiden är tillgänglig för alla. NTP-tjänsten är gratis och kan användas av vem som helst, var som helst.

Tekniken är utvecklad för att minska beroendet av radiobaserade metoder, som exempelvis det amerikanska satellitsystemet GPS. Att använda GPS för tidsjämförelser är visserligen billigt, men signalerna kan störas ut och förvrängas, vilket kan få stora konsekvenser för samhället.

Varför är rätt tid viktig?

Om tidskritiska uppgifter inte kan tidsstämplas korrekt kan det få allvarligt genomslag i samhället. Allt från vetenskapliga projekt till busstidtabeller och juridiska dokument blir osäkra till följd av att tiden då händelsen inträffade, kontraktet skrevs under, eller kreditkortstransaktionen genomfördes, inte är känd med tillräcklig noggrannhet.

Mobilnät fungerar bara när basstationen får rätt tid och frekvens från en central källa. Börjar tidkällan svika kommer nätet att börja tappa samtal och till sist går det inte att ansluta sig alls. Det nya 5G-nätet är dessutom särskilt beroende av frekvens. Dess höga kapacitet baseras på att telefonen ska kunna kommunicera med flera basstationer på en gång. Om basstationerna inte sänder i fas kommer detta inte att fungera. Mobiloperatörerna behöver således tillförlitlig frekvens- och fasinformation. Störs detta kommer det svenska telefonnätet inte att fungera som avsett.

Nationellt skyddsvärde kräver robusthet

För att upprätthålla en tidstjänst som har nationellt skyddsvärde måste man bygga en klocka som tål hög påfrestning. Den ska vara svår att störa ut. Den ska gå att verifiera. Den ska tåla enormt hög trafik. Det ska vara en bastant mekanism som lagrar tid på ett tillförlitligt sätt. En stor, tung generator som genererar sekunder och inte byter varvtal så lätt.  Det är det som är NTP-tjänsten.

Förutom allt detta tål PTS NTP-tjänst strömavbrott under tre dygn. Den klarar även att Sverige skärs av från yttervärlden i sex månader och att den svenska internet-infrastrukturen bryts sönder mellan exempelvis Göteborg och Stockholm. I alla dessa fall kan fortfarande tid som är spårbar till UTC(SP) levereras till hela landet. Noderna är byggda för att tåla mycket högre belastning än det anslutna Internet, för att inte kunna överbelastas. All logik är lagd i maskinvara för att noden inte ska kunna hackas.

Teknisk fakta om tjänsten

Tjänsten  levererar både spårbar tid via NTP och PTP 1588 samt spårbar tid och frekvens vid fyra noder etablerade i skyddade anläggningar i Stockholm, Göteborg, Malmö och Sundsvall. Snart kommer dessutom ytterligare en nod i Luleå att tas i drift. Noderna är kontinuerligt övervakade och styrda att följa UTC(SP). Varje nod har två atomur och de flesta funktioner i noden är redundanta för att klara både bortfall av utrustning och externa tidskällor och ändå kunna leverera korrekt tid och frekvens. Tidsdifferensen mellan en nod i detta system och UTC(SP) överstiger inte vid något tillfälle ±250 nanosekunder.

Varje NTP-server klarar att svara på både signerade och osignerade frågor över IPv4 och IPv6 i upp till 10 Gbps, vilket minskar risken för att servern ska kunna bli överbelastad. För att nå NTP-tjänsten kan man använda antingen anycast, unicast  eller båda. Om man använder anycast-adressen ntp.se svarar automatiskt den närmsta NTP-servern. Om man vill använda tid från mer än en server eller hämta tid från en speciell nod kan man använda de dedikerade unicast-adresserna:
Göteborg 1 och Göteborg 2 (gbg1.ntp.se eller gbg2.ntp.se)
Malmö 1 och Malmö 2 (mmo1.ntp.se eller mmo2.ntp.se)
Stockholm 1 och Stockholm 2 (sth1.ntp.se eller sth2.ntp.se)
Sundsvall 1 och Sundsvall 2 (svl1.ntp.se eller svl2.ntp.se)
Vid atomurens lokalisering kan du även få PTP 1588 och spårbar frekvens, nämligen 1 puls per sekund, samt 2,048, 5 och 10 MHz.

Läs mer om tjänsten och IP-adresser på www.ntp.se (på engleska)