传输网中的时间同步

传输网中的时间同步当提到时间概念时你脑海中会出现什么样的景象：是日出日落？还是花谢花开？或者是滴答滴答的跳动？又或者是一种真切存在又飘渺虚无的感觉，让你瞬间想到了时光倒流，想到了816BANG,想到了原始的混沌与理性的开端？如果是第一种，恭喜你，因为你的进化并没有损伤你的动物本能；如果是第二种，那就要恭喜你诗人的潜质了；如果是第三种，恭喜你成功融入现代文明；如果是第四种，我就不得不问下，你有时间捡屎吗？如果你没有，建议你去捡一本看看，老少皆宜。废话到这，进入正题，到底什么时间。物理学给出的定义是时间是指事件发生时刻到事件结束时刻的间隔。我不知道这是谁自以为是的给出了这样的定义，我只能说，在有时间以前，不会有事件，也不会有时刻，这个定义只是一个拿自己的衍生物来定义自己的乌龙，鉴于这种乌龙无法解开，霍金曾提出时间和物质一定要是并存的，否则没有意义。PS:在此之前提到的时间，都是广义的时间，更多的是哲学的范畴，如果我们过多的纠结于此后面也就没法展开了，特别喜欢纠结的同学可以去纠结下飞矢不动和阿基琉斯悖论，那里提到了时间和时间分割的想法，后面还会提到。鉴于大标题的内容还要向后展开，我们来接受一下现代科学中最广泛认可的一种时间理论，也就是爱因斯坦的相对论，相对论中提到时间和空间一起组成四维时空（我们现在生活的时空），而四维时空是构成宇宙的基本结构（宇宙是几维的，这是一个问题）。时间和空间都不是绝对的，观察者在不同的相对速度或不同时空结构的观测点，所测量到时间的流逝是不同的。狭义相对论预测一个具有相对运动的时钟之时间流逝比另一个静止的时钟之时间流逝慢。在一九七一年，物理学家哈菲尔JoeHafele）与基廷（Richard代2土1口8）做了证明。他们将高度精确的原子钟放在飞机上绕着世界飞行，然后将读到的时间与留在地面上完全一样的时钟做比较。结果证实：在飞机上的时间流逝得比实验室里的慢。据爱因斯坦的理论，当移动的速度越快，时间流逝速度越慢，当移动速度达到光速的一半时，时间约慢13%。而这又是为什么呢，光速不变原理可以给出合理的解释，在所有惯性系中，真空中的光速都等于299792458m/s（:真空磁导率，：真空介电常数），与光源运动无关。上面给说了那么多关键点来了，在不清楚时间本质的前提下我们需要做什么，测量，我们需要而且能够测量时间，而测量就需要分割，对于在理论上是连续的时间我们到底怎样分割才是合理的呢？分割时间，那什么分割，日啊，必须是日，虽然它未必是最合理的，但是它确实是最好用的，好用到了连一般动物都学会了日出而作日入而息，人类开始了用太阳的起落来计量时间，太阳从东边出来又从西边落下，一天就过去了，所以从日产生了天的概念，所以现在大家都说一天就是一日，一日就是一天。除了日就是月了，人类根据月亮朔望变化的周期定义了月的概念。再后来埃及人根据天狼星和太阳同时升起的日子来推算尼罗河的泛滥的的时间，进而获得了一个新的周期，就是年，而此时的东方则产生了根据星象来划分四季的历法，《尚书.尧典》中记载了尧舜时期，祖先利用出现正南方填空的显著星象来区分四季的记载。综上所述，人类根据天体的周期出没，获取了最初的以固定周期等分时间的技能？当然这是一个近乎的等分，其实地球自转和公转的速度都在变慢，那时的人类并不知情，也无法感知到，就算现在我们也没法感知到，但是我们有了全新的原子时间系统，它告诉我们地球变慢了，经常出现的闰秒就是为了协调天文时间和原子时间。随后出现的日晷，也是人类更加细化的天文时间分割，而这种时间体制慢慢演化为了平太阳时，而格林尼治的平太阳时又被称为世界时，是世界目前通用的时间，现在知道为什么我们用东八区的时间了吗，因为格林尼治大哥把北京划在了东八区。天体的运行给了我们年、月、日的周期，但是这些周期都有些太长了，随着人类工作的愈发精细化，我们也就需要更短的稳定周期来细分时间，而随后日晷、水钟、沙漏等都是人为定义或制造的周期。这些周期的出现给了人类时的概念，不光极大地提高了时间效率，还带了很多美好的创作题材，比如午时三刻、时光之沙等等当然上述的计时手段都是不精确的，严格来说，精确的计时应该出现在钟摆的出现之后，钟摆的快速周期性摆动给了人类秒的概念，同时给了人类明确的方向，只要我们找到更短的稳定周期，我们就能获得更加精确的计时手段，可以说钟摆是人类计时史上的一次重大变革。而工业时代的到来，对这种精确计时手段需求在爆发性的增长，也极大的促进了这个过程。这个过程中，机械钟的钟摆周期被修正的越来越准确，直到石英钟的出现，这种依靠压变效应，电力驱动，可长时间精确计时的工具带来了一次新的革命。目前市面上流行的石英钟的震荡频率有两种，一种是低频32.768KHz,一种是高频的4.1943MHz。这种频率对应着毫秒和微妙的概念。其他晶体的振动频率给我们提供着不同的周期，市面上流行的各种晶振，已经能够提供GHz的震荡，但是作为计时单元，高频率其中一个需求，我们还需要长期稳定性，并且能够适应不同的环境，甚至是恶劣的环境。我们寻求的震荡的目光也从晶体震荡转向了原子震荡，所以，原子时来了，同时带来了新的计时时代，带来了新的时间起点，带来了时间史上的一次颠覆，带来了一次融合与妥协。人类对原子的认识经历了一个漫长的过程，并且这个漫长还在延续并不断加深，从道尔顿枣糕模型（电子和质子中子相互镶嵌，像枣糕一样，这样的话我们用alpha粒子轰击金箔的时候应该会被反射，就算能够穿透也会被严重散射，但是结果却是只有很少一部分发生了大角度的散射，其他大部分粒子没有改变轨迹），到卢瑟福核式模型（为了解释金箔实验，卢瑟福认为原子时的大部分质量集中在原子核中，及中子和质子集中在原子核中，电子分布在原子核周围，但是这样电子和质子之间有势能，势能会给电子加速度，加速度就会辐射电磁波，电磁波就会释放能量，释放能量就会坍塌，那么结果就是湮灭，但是原子却是非常稳定在存在），再到玻尔的量子模型（玻尔在卢瑟福的基础上做了限定，认为电子围绕原子核转动的轨道是离散的且固定的，存在不同的能级，而电子要从这个能级跳出去需要能量，吸收或者释放能量，经过人为引导，哇塞，激光出来了）玻尔模型是现代原子模型，经过后来的不断完善。现在认为电子是一电子云的状态分布在原子核周围，且能级中存在超精细结构，及在同一个能级中，电子的轨道也不是统一的说了这么多终于可说原子时了，现代时间中的秒，在1967年的第十三届国际度量衡会议上，被定义为铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁对应辐射的9192631770个周期的持续时间。这个定义怎么这么拗口呢，主要是为了追求准确，因为我们没法直接看到跃迁，我们只能测到跃迁的敷设，并把这种辐射放大，放大到足够驱动计数器的程度并计数，每计到9192631769就跳到0开始新的一秒。现在各国的时间维护系统，比如英国的格林尼治天文台，发锅的巴黎天文台，米国海军天文台以及我大中华的国家授时中心都由一大批的铯原子钟和氢原子钟在震啊震，并比啊比，维持了现有的原子时系统。我们要这么高的震荡有什么意义呢，举个例子，比如已知导航卫星ABCD的坐标，你在地面上又能接到这四个卫星的信号，此时你只需要知道这四个卫星信号传输到你所需要的时间，你就能确定自己的位置，而且这个时间越准确，你的位置也就越准确，哦原来这就是GPS原理啊，这个方面来说我们需要很精确的震荡，并且这四个卫星和你之间需要很好的同步，这里算是第一次提到同步吧。其实现在通信系统同步需求也是有过之而无不及。通信系统中的时间同步，也就是时间一致性，首先说一下最简单的通信系统，二人对面交流，需要时间同步吗？很明显需要，如果两个人没有同步，那么当他们同时说的时候，就会彼此影响对方接听，而且可能会说到风牛马不相及的事情（QQ聊天中遇到过吗）。但是现实中好像不存在这种情况，为什么呢，因为两个人肯定处在一个时间系统下了，已经同步了，这就是虽然他们需要时间同步，但是他们不需要考虑这种需求，因为他们的需求已经得到了满足。对话的例子很简单，那么电话呢，人类发展出来远距离通话除了靠吼就是有线电话了，电话通信系统需要时间同步吗电话系统的原理非常的简单，就是我这边在话筒把语音信号转化成300-3000Hz的电信号，到你的听筒那边，再把这个电信号转换成你能听见的声音信号，你说我听也是这个过程。在一次通话被联通之后，从物理上就是一个电压在45V到80V的回路，回路上有两个个声电转化系统，几个放大系统，和两个电声转换系统，二这个系统的电源系统就是电话局，放大系统就是埋在明线杆下的中继，一个省电和电声是用户A,另一个电声和省电是用户B。我们先从最早的人工交换系统电话说起，打电话的表面流程是什么样子的，是A拿起话筒摇话机，然后接通电话局，告诉接线员要找B，然后电话通了，8接到电话，然后AB开始通话。而从物理层面上看发生了什么呢，A摇话机，发出的电传到话务局中，点亮A的接线端，联通A与话务员，话务员将AB之间的回路联通，并加电，此时B话机收到信号提示有通话请求，B拿起话筒，整个回路闭合并电流开始从高压向低压流动，经过声电系统放大系统电声系统。这个过程其实就是把两个人面对面交流变成了通过一个很长的管子不面对面的交流，这个时候需要时间同步吗，从物理层面来说，从回路闭合的瞬间开始，通话就相当于两个人背对背的交流，他们的时间同步需求在回路的闭合的瞬间得到了满足。但是，还是有些不同的月末A去交话费，服务台告诉他，通话5分钟，5块，A说我明明就打了三分钟两秒，，从0点00分打到了0点3分2秒，为什么收我5分钟的钱。话务员说我们统计你是从00点00分59秒开始通话，然后到00点04分1秒结束的，不足一分钟我们按1分钟收费，这是规定，按规定，你通话跨度5个分钟，就要交5分钟的钱，否则我们掐你电话。显然这个运营商霸王条款，不合理收费，不合理到很久以前就消失了，但是这带来了同步的需求，计费系统需要和客户有统一的时间系统，计费系统是相对独立的，他不影响AB的通话，但是他影响AB的话费，这个同步的需求需要被考虑。A愤愤不平的回家，把这事告诉了他妈，他妈又告诉了他姥爷，他姥爷又告诉了他舅，他舅把话务局的领导一顿臭骂，话务局领导当即表示要改，不再按跨度时间计费，按通话起点开始从0计时。问题解决了吗下个月A又去交话费，服务台告诉他，通话5分钟，5块，A说我明明就打了三分钟五十五秒，，从0点00分打到了0点3分55秒，为什么收我5分钟的钱！服务台说，我们从你通话开始计时，我们的秒针跳了241下，是4分钟1秒，规定是不足一分钟的按整分钟计费，按规定，你要交5分钟的钱，否则我们也不敢掐你家电话。A说你们局里的钟跳的快啊，服务台说那我们也不能按你家的钟来计时。显然这个问题有问题，电话局只能按电话局的时钟计时，谁quickor谁slow，Thisisaquestion。不过这也带来了新的需求，同样式时间同步需求，但是这是需求的另一个方面，同频。A再次愤愤不平回家，再次告诉了他妈，他妈再次告诉了他姥爷，他姥爷再次告诉了他舅，然后在你打电话过程中，你会经常听到话务员说，不好意思，我插句话，你们打了多少分多少秒了。我嘞个擦，原来这种通话这么容易泄密啊这个世界不止有AB，还有CDEFG ，还有CDEFG的七大姑八大姨，他们都需要电话。当他们都在打电话时，就有很多回路需要被连通，加压，运行。在接线员全部累死之后，人类终于开始朝着半自动和自动交换的方向前进，也就是后来的步进制交换，纵横制交换和程控交换的出现，不管交换最终的名字多花哨，外形多卖萌，他的主要功能一直没变，就是闭合特定方向的“开关”，把你需要的“回路”连通，让你需要的信息在这个回路上传过去。越来越多的回路的穿过电话局，形成了一个以电话局为中心的放射状的拓扑结构，限于容限，成本，维护等各方面的考虑，一个电话局能支撑的范围是有限，在这范围外还是有很多人和这些人