sou · GVB397 · 2008-01-01 00:00:00 — NTP servrar / verksamhet FoU inom nya klockor 1)Uppgifterna är hämtade från rapporten i MERA T1.1 D1.1 Landscaping som ingår i ett pågående EU-projekt om samverkan inom metrologi i (rapporten finns f n endast som utkast). 2)Uppgift saknas. Verksamhet utanför det egna institutet enligt tabellen ovan innebär att det bland de nordiska länderna endast är som har en tid- och frekvensverksamhet utanför det egna nationella metrologiinstitutet. Metrologiinstituten i och för- fogar över atomklockor, utför arbete för att koppla sina tidsskalor till UTC och har tidsservrar direkt anslutna till sina atomur. Klockorna i och är lokala och inte som i där vi har ett nationellt system för tid och frekvens som en integrerad del av landets IT-infrastruktur. I har vi en distribuerad nationell tidsskala med klocksystem och tidsservrar i tre knutpunkter för elektroniska kommunikationer. är vidare uppbyggt med höga krav på robusthet och tillgänglighet och inte jämförbara med förhållandena i och . Förutom vid de nationella metrologiinstituten finns ett stort antal NTP-servrar som tillhandahåller tid över Internet. Servrarna klassificeras i olika Stratumnivåer där nivå 1 innebär att tiden är direkt kopplad till en UTC-tidskälla, men säger ingenting om själva kopplingen eller tekniken mellan/för tidskällan och UTC. För alla som har en NTP-server finns möjligheten att anmäla denna och få den registrerad på en webbplats, . Systemet är som så mycket annat på Internet frivilligt och bygger på egendeklarerade uppgifter. Inga tekniska beskrivningar, mer än Stratumnivå (på vilket sätt tiden hämtas), är angivna så uppgifter om verklig kvalitet och robusthet saknas vilket mycket väl kan innebära att t.ex. ett elavbrott gör att tjänsten helt upphör att fungera utan att användarna har kunskap om att den valda tjänsten har en sådan sårbarhet. Riskerna med att bygga samhällskritiska funktioner på sådana lösa grunder har inte uppmärksammats i någon större utsträckning. 7 Nulägesbeskrivning och utblick har både förutsättningar och kompetens att fortsätta vara självförsörjande när det gäller spårbar tid och frekvens, men det saknas möjligheter att dra nytta av denna fördel. Nuvarande system för produktion och distribution av spårbar tid, som bygger dels på satsningar från staten och näringslivet och dels på ideellt arbete, har varit igång , med mycket goda resultat. I de planer som utarbetades som förberedelse för detta kunde man emellertid inte i tillräcklig utsträckning tillgodose behovet av omsättning av program- och maskinvara i takt med utvecklingen på området och det samma gäller också för att implementera den teknik som utvecklats inom ramen för tidsbegränsade FoU-projekt till en driftmiljö. finns ett resurs- behov som inte är täckt. Tid baseras på en global överenskommelse, SI-systemet, som definierar vissa grundenheter som kilo, meter, volt, ampere och sekund. SI-systemet koordineras av des Poids et Mesures (BIPM) i och är bl.a. också en följd av Meter- konventionen som undertecknade 1875. Världstid är definierad som UTC, Time Coordinated. BIPM beräknar den internationella atomtidsskalan TAI genom bidrag från mer än 250 atomklockor vid ett 60-tal nationella laboratorier, vilka finns utspridda över hela världen. Vinsten med detta förfarande är att man på så sätt får tid distribuerad runt om i världen men konsekvensen blir att det inte finns någon fysisk klocka i världen som är UTC. TAI är utomordentligt stabil men tar inte hänsyn till jordens rotation, dvs. solens upp- och nedgång. Eftersom jordens rotationshastighet inte är har man introducerat ytterligare en tidsskala, UTC som baseras på TAI och som då och då kom- penseras för detta. International Earth Rotation and () bestämmer genom astronomiska observa- tioner astronomisk tid, vilken benämns UT1. Skillnaden mellan UT1 och TAI hanterar man genom att lägga till eller dra ifrån skottsekunder och på så sätt skapa UTC. () skiljer det mellan UT1 och TAI. Varje laboratorium som bidrar till TAI håller en egen representation av UTC(k), där k står för respektive laboratorium. Tid definieras i detta dokument som att svensk tid är UTC(SP). UTC(SP) kallas en tidsskala, då det inte är någon fysisk klocka utan medelvärdet av ett antal olika atomklockor för att inte vara ensidigt beroende av en utrustning om denna t.ex. skulle gå sönder eller slås ut. För att förstå roll och angelägenheten av de idéer och förslag som förs fram i rapporten är det viktigt att det finns en gemensam förståelse för hur begreppet tid definieras. Regeringen föreskriver i förordningen SFS 1979:988 Förord- ning om svensk normaltid att den för tidsangivning inom landet gällande tiden (svensk normaltid) skall vara den av Inter- national de l'Heure fastställda normaltiden Time Coordinated (UTC) ökad med (UTC +1), och för (UTC +2). 7.2Produktion av tid och frekvens Tid i är UTC(SP), vilken fysiskt representeras av en 1- sekundspuls på en kontakt som är belägen på SP i . Alla andra tider i mäts som avvikelser mot UTC(SP). Precision och noggrannhet på tid beskrivs alltså som avvikelsen mellan UTC(SP) och någon användare av tid. Mätningar görs kontinuerligt och levererar SP mät- värden till BIPM. Förhållandet till UTC-tidsskalan för de klockor som rapporteras till BIPM redovisas omkring den 17 i efterhand. De metoder som SP och andra nationella tidslaboratorier använder sig av för att koppla sina respektive atomklockor till varandra är satellitbaserade. Den vanligaste metoden utnyttjar GNSS (System) som det amerikanska GNSS eller det ryska GLONASS. För att eliminera felkällor som t.ex. beror det tar för signalerna att nå jorden används en speciell teknik som kallas Common View. Flera laboratorier, däribland SP har också utvecklat och förfinat denna teknik ytterligare genom att utnyttja den bärvåg som satellitsignalerna sänds på. För att minska det ensidiga beroendet av GNSS för globala tidsjämförelser används också geostationära kommu- nikationssatelliter för Time and Frequency Transfer. används också denna metod av SP för att säkerställa den svenska nationella tidsskalan. Metoden betraktas som den noggrannaste men den kräver att inblandade tidslaboratorier hyr in sig eller köper transpondertid för använd satellit. är detta förenat med en årlig kostnad på ca 100 kSEK för svenskt vidkommande. kunde denna möjlighet utnyttjas utan kostnad. Utgångspunkten för en tidsskala med hög noggrannhet och robusthet är att den består av flera atomklockor, uppställda i klimatstabiliserade utrymmen och som lämpligen också har reserv- kraft för elkraftförsörjningen. Det är väsentligt om gruppen av atomur kan vara av olika konstruktion och/eller typ. Regeln är att ju fler klockor en grupp består av, desto bättre är förutsätt- ningarna för att hålla en noggrann och robust tidsskala. Kravet är dock tillgången till avancerade algoritmer som tar hand om mätdata på ett optimalt sätt. Det vanliga är att gruppen av klockor är fysiskt samlad till ett ställe men om tidsjämförelser med stor noggrannhet kan utföras i realtid mellan klockor på olika ställen kan gruppen spridas ut och på så sätt kan robustheten ökas ytterligare. I finns högstabila atomklockor av väte- och Cesiumtyp vid SP, Stupi samt och dessa har knutits samman genom olika jämförelsemetoder som utvecklats av SP i samverkan med Stupi och . Den svenska tidsskalan är därmed distribuerad och arbetet med att utveckla och bygga detta system är i flera avseenden unikt och internationellt framstående. Vid sidan om atomklockorna vid SP, Stupi och finns också Cesiumur vid ett antal företag eller organisationer i , främst hos telekommunikationsoperatörer men också inom den svenska Försvarsmakten. De allra flesta av dessa atomur är av en typ som har något sämre stabilitet än klockorna vid SP, Stupi och . Några av dessa övriga klockor jämförs kontinuerligt mot SP:s atomur och är därmed länkade till den nationella tidsskalan, UTC(SP). 7.2.1Uppbyggnad och utveckling av den nuvarande svenska produktionen av tid och frekvens SP är riksmätplats bl.a. för tid och frekvens. Inom ramen för verksamheten som riksmätplats upprätthåller SP en nationell och lokal tidsskala. Med stöd från först och senare PTS har SP och Stupi tillsammans kunnat bygga upp en framstående kompetens och verksamhet för att tillhandahålla robust och korrekt tid i för den svenska delen av Internet. Exempelvis har SP, inom ramen för PTS robusthetsarbete avseende elektronisk kommunika- tion, kunnat bygga ett nationellt robust system för tid genom investeringar motsvarande vilket kan ställas i relation till de som funnits tillgängliga för investeringar i referensutrustning för samtliga riksmätplats- områden. Det innebär alltså att om samtliga investeringar skulle ha prioriterats till ett enda område skulle det ändå ta att genomföra en liknande robusthetshöjande åtgärd med stöd av SP:s egna anslagsmedel för metrologi. Stupi har dessutom på egen hand gjort egna investeringar i mångmiljonklassen inom tid och frekvens. Med de behov som beskrivs i denna rapport ser referensgruppen tillgång till en robust och korrekt tid över Internet som en neutral tjänst eller nyttighet som enligt referensgruppens mening använ- darna ska ha fri tillgång till. Det främsta skälet är att det inte finns någon tydlig kommersiell marknad, området har vuxit fram under- ifrån, ett samarbete mellan privata aktörer och staten på samma sätt som Internet och Internetrelaterade tjänster, där staten numera generellt tar ett allt större ansvar för funktionalitet och tillgänglig- het i takt med att behoven och kraven på tillgång till samhälls- viktiga tjänster via Internet ökar. Noteras bör att det dessutom är svårt för att inte säga omöjligt att ta betalt av en enskild nyttjare av tid över Internet. Använd- ningen av publika tidsservrar kopplade till Internet är öppen för alla vilket innebär att användare också finns utanför gränser. Den enda rimliga lösningen är därför enligt referensgruppens mening att betrakta tjänsten som en allmän nyttighet för alla som använder Internet. I praktiken skulle det ha varit omöjligt för SP att följa teknik- utvecklingen och möta behoven utan PTS robusthetshöjande åtgärder. Enskilda initiativ från olika aktörer har under detta in- ledande uppbyggnadsskede stått för stora delar av de investeringar och de kostnader som har varit förknippade med att skapa nuvaran- de system för distribution av tid via Internet. Uppbyggnaden och den fortsatta utvecklingen vid SP hade inte varit möjlig utan ett nära samarbete med ett antal företag, institutioner eller personer där de mest framträdande varit STUPI och SUNET. Den lång- siktiga kompetensuppbyggnaden gjordes möjlig genom ekono- miskt stöd från och kompetensutveckling, . har PTS arbete att skapa robusta elektroniska kommunikationer intensifierats och på så sätt i hög grad bidragit till utvecklingen av verksamheten för att stärka robustheten och frekvensverksamheten, bl.a. genom att möjliggöra inköp av nya atomfrekvensnormaler och en satellitstation för tidsjämförelser m.h.a. geostationära satelliter. har PTS lämnat stöd till ytterligare åtgärder för att åstadkomma ett nationellt uthålligt och robust system för tid och frekvenssynkronisering. Sammantaget rör det sig om med projektstart , dvs. i genomsnitt ca /år. Till detta kommer stöd till investeringar på med beslut och med beslut . Finansieringen från PTS är inte långsiktig utan kan mycket väl komma att upphöra eftersom PTS instruktion inte reglerar området tid och frekvens på något särskilt sätt. Det är referensgruppens uppfattning att det fortsatta arbetet med att skapa robusthet och frekvens inte enbart kan bäras av PTS åtgärder inom ansvarsområdet elektronisk kommunikation. Andra delar av samhället är så pass beroende av rätt tid och frekvens att finansiering och ansvar för produktion samt forskning och utveckling även måste bäras också av andra. , som tilldelar PTS medel ur an- slag 7:5 bl.a. för PTS ovan beskrivna robusthetsåtgärder, har i planeringsförutsättningarna angivit att inriktningen för framtida åtgärder med medel ur anslag 7:5 i huvudsak skall nyttjas för krishanteringshöjande åtgärder och i liten utsträckning för robusthetshöjande åtgärder i infrastruktur. KBM har minskat PTS tillgång till medel med . När denna inriktning får fullt genomslag följer som en konsekvens att PTS måste avbryta fortsatta åtgärder för robust tid och frekvens. 7.3Distribution av tid och frekvens I samhället finns ett stort antal metoder eller tekniker för att distribuera tid. Dels har vi ett antal primära tidgivare vars huvud- sakliga uppgift är att ge tid till en användare med en avvikelse från exakt noggrannhet som är känd eller försumbar i förhållande till behovet. Exempel på internationellt baserade primära tidgivare är satellitnavigationssystemet GNSS och DCF77 som är en långvågs- sändare placerad i . En svensk primär tidgivare är Fröken som är direkt kopplad till UTC(SP). Nuvarande Fröken tillhandahålls av TeliaSonera men det är SP som har byggt upp och driver Fröken på uppdragsbasis. Noggrannheten för Fröken bedöms vara bättre än 100 ms oberoende var i landet man ringer. För att detta ska vara möjligt släpps tidssignalen ca 50 ms i förväg från SP:s tid och frekvenslaboratorium för att kompensera för tiden det tar för signalen att gå från en punkt till en annan, dvs. man kompenserar för tidsfördröjningen. Ytterligare exempel på en primär tidgivare och som används för att överföra tid mellan datorer uppkopplade mot Internet är så kallade NTP-servrar, dvs. en dator vars främsta uppgift är att förmedla tid och då med hjälp av protokollet NTP (Network Time Protocol). finns dessutom ett stort antal sekundära tidgivare, dvs. tjänster som ger information om vad klockan är men gör detta mer som en service utan att för den skull garantera noggrannheten ute hos användaren. Exempel på sådana tjänster är utsändningar över radio, TV, och/eller , som beroende på vald kanal kan skilja . Som regel är den visade upplösningen på sekundnivå men det kan lätt bli uppenbart att detta inte alltid stämmer om man tittar på minst två sådana källor . Frågan som uppstår är vad som är rätt och även om skillnaderna ofta är mindre än det reella behovet skapar skillnaden i sig frustration hos användarna. Orsaken till dessa skillnader är nästan undantagslöst att olika metoder har olika distributionssätt eller -vägar och att deras respektive tidsfördröjningar som regel ligger utanför leveran- törens kontroll och att det inte har bedömts vara intressant att kompensera för tidsfördröjningar på samma sätt som görs i Fröken . Referensgruppen rekommenderar följande när det gäller nog- grannhet för tid. I miljöer där det finns krav på tid med viss noggrannhet, som registreras i datorer, övervakningsutrustning etc. skall nog- grannheten inom vilken de ligger i förhållande till UTC kunna redovisas. Referensgruppen anser att +/- 50ms är ett rimligt gränsvärde utifrån identifierade behov genom den information som in- hämtats bl.a. genom en enkät till ISOC-SE:s medlemmar, vid en hearing om tid och frekvens och intervjuer som referensgruppen låtit genomföra med ett antal myndigheter. Samhällsviktiga funktioner bör med dagens norm kunna ligga inom +-50ms från UTC(SP) spårbart. Kraven eller rekommen- dationerna som rör spårbar tid måste ställas i de olika riktlinjer och regelverk som träffar samhällsviktig verksamhet. Refe- rensgruppen ser också ett ökat intresse för frågorna. Kraven på noggrannhet måste ställas i relation till verksamheten, den tekniska utvecklingen och användarnas behov. 7.3.1Uppbyggnaden och utveckling av distributionssystem i Statskontoret fick 1997 regeringens uppdrag att i en utredning om den svenska delen av Internet lämna förslag om vilka gemensamma resurser som var nödvändiga för driften av Internet och hur finansiering av det som uppfattades som gemensamma resurser för samhället skall ske. Ursprungligen var tanken från Statskontorets sida att funk- tionen nationell tidgivning skulle finansieras av de huvudoperatörer som var anslutna till de nationella knutpunkterna. Målet var att finansieringen skulle täcka de kostnader som uppstod för anskaff- ning såväl som vidareutveckling, förstärkning och de nyinveste- ringar som krävdes för upprätthållande av funktionen, utan att ge vinst. Anskaffningskostnaden för klockor och övrig utrustning uppskattades då till ca per knutpunkt och utvecklingen av klocksystemet genomfördes av SP. Driften av de klockor som placerades vid respektive nationell knutpunkt föreslog Statskontoret i samma utredning skulle finan- sieras via statliga medel till SP. För SP:s kostnader för personal, drift och utveckling av samtliga klockor eller klocksystem föreslog Statskontoret att SP skulle erhålla statliga medel motsvarande via anslag från . Det verk- liga utfallet efter regerringens och behandling av förslaget blev ett årligt anslag om . Den kravbild dessa klockor byggdes mot var 4 månaders ut- hållighet, att jämföras med dagens ambition 12 månaders uthållig- het, och att kunna leverera tid via NTP över Internet. Emellertid har utvecklingen av den svenska delen av Internet gått i en riktning som innebär att knutpunkter inte kommit att betraktas som en gemensam resurs av samhällsviktig betydelse, utan snarare som en tjänst som kan tillhandahållas av vem som helst på den svenska marknaden, utan att någon har specificerat krav på vilka funktioner som ska kunna efterfrågas. Den nuvarande finansieringen för att driva spårbar tid och frekvens via knutpunkterna fungerar inte tillfredsställande för drift, och täcker inte behovet av vidareutveckling och införande av nya tjänster. Dessutom kan sådana behov av redundans som inte direkt styrs av kommersiella krav inte genomföras. De kommersiella kraven kommer från Internetoperatörerna och är ur ett samhällsperspektiv lågt ställda, vilket innebär att de inte på långa vägar motsvarar den driftssäkerhetsnivå som en kritisk sam- hällsfunktion bör ha. En av de största leverantörerna av knutpunktskopplingar för Internettrafik m.m. är Netnod. Vid tre av de fem platser där Netnod driver knutpunkter finns det tillgång till tid via NTP. I det fall det anses vara av nationellt intresse med fler platser för än mer redundans etc., krävs det att inblandade aktörer diskuterar hur det skall genomföras med avseende på både drift och finansiering. Utöver NTP-servrar vid knutpunkterna finns spårbar tid att hämta hos SP i och hos Stupi i . De befintliga noderna hos Netnod kan betraktas som en framgång. Efter hand som åren gått och tekniken utvecklat nya krav så har den nuvarande lösningen hamnat i ett läge där utrust- ningen måste omsättas till utrustning som är anpassad till de nya tekniska och taktiska kraven. I praktiken innebär det att det på basis av de erfarenheter som gjorts av de fem årens drift måste gå att specificera krav och utformning på en ny miljö. Den hårdvara som används till NTP-servrarna är exempelvis till vissa delar byggd på teknik som inte längre går att komplettera (PC ISA- buss). finansierar utvecklingen av en ny typ av hårdvara för NTP-servrar vid . En sådan omsättning bör göras genom en stegvis process. Innan omsättning görs fullt ut bör därför miljön kompletteras med ytterligare några delar, bl.a. med en utveckling och utvärdering av kombinationen Cesium/Rubidium-oscillatorer, användning av fler Rubidiumklockor och fiberbaserad inmätning (ev. med NTP) samt generering och styrning av diskret /s-klocka för SDH-nät. Av det systemet går det att dra erfaren- heter som gör att miljön kan bytas ut till en utprövad och specificerad utformning. För utveckling och utvärdering behövs såväl hårdvara som persontid. Med hänsyn till att nuvarande operatör för NTP-servrarna, Netnod, är en kommersiell aktör på en konkurrensutsatt marknad vars största intäkter är avgifter från operatörerna för anslutning till knutpunkter finns det inget utrymme för Netnod att utan kost- nadstäckning gå vidare med den utvecklingen. 7.4FoU avseende tid och frekvens Att bedriva forskning och utveckling inom området tid och fre- kvens innebär enligt referensgruppens uppfattning att vi i ska ha det kunnande som behövs för att driva, felsöka och utveckla tidsgenerering och distribution. Att ha möjlighet att bedriva forskning och utveckling avseende tid och frekvens vid SP innebär enligt referensgruppens mening att SP till fullo kan utföra sina arbetsuppgifter såväl när det gäller spårbarhet och dokumentation som att bygga en långsiktig kom- petens för att tillgodose nya behov och krav inom området. Det innebär också att vi i har tillgång till den expertis som krävs för att formulera krav mot marknadens aktörer för tillverkning av utrustning och system. Inom landet bör vi enligt referensgruppen också ha både tillämpad forskning och utveckling, drift av tidsnormaler samt till- hörande stödsystem för distribution och användning. Precision och spårbarhet är ett viktigt arbetsområde för SP. I har vi under en förhållandevis och med små medel som exempelvis projektstöd från bl.a. och tillsammans med frivilliga insatser och investeringar från , Netnod och Stupi, byggt upp både kompetens och infrastruktur för tidhållning och tidsdistribution som i flera avseen- den är internationellt framstående. Det samma gäller också ett pågående arbete för att minska sårbarheten av radiobaserade metoder för tid- och frekvenssynkronsiering. Den snabba teknik- utvecklingen innebär dock ett behov av en fortsatt välutvecklad verksamhet. För det fortsatta arbetet inom området behöver SP särskilda anslag som medger en långsiktig finansiering. Den hittillsvarande finansieringen avseende produktion har i huvudsak skett genom ett statsanslag för rikmätplatsverksamheten med ett anslag kopplat till tidhållning över Internet. FoU-verksamheten har i allt väsentligt finansierats genom medel från först och senare PTS. Ändringar i instruktioner omöjliggjorde dock ett fortsatt stöd för FoU-verksamhet. PTS riktar sitt stöd till SP enbart ur ett robusthetsperspektiv för elektronisk kommunika- tion. Den utvecklingen av ekonomisk ersättning är en riktning som inte kan stödja framtida FoU-arbete till en nivå som behövs ur andra perspektiv, något som riskerar att påverka kompetensutveck- lingen inom tid och frekvens negativt. omsatts i infrastrukturen för tidhållning för den svenska delen av Internet. Om den långsiktiga finansieringen inte ges en hållbar lösning kommer även arbetet med att vidmakthålla nuvarande verk- samhet att äventyras, t.ex. kommer de metoder som utvecklas för att distribuera tid över optiska fibernät för att minska beroendet av GNSS inte att kunna implementeras. Det är dessutom värdefullt för att utveckla egna primärnormaler när det gäller tid och frekvens för att åstadkomma ett långsiktigt nationellt oberoende/robusthet om vi på ett mer kraftfullt sätt ska kunna bidra till TAI. Ytterligare en faktor som talar för en sådan utveckling är att det på bl.a. europeisk nivå, inom Galileo-konsortiet, konstaterats att tillverkning av atomklockor är en kritisk resurs som endast finns på ett fåtal ställen och i länder utanför europeisk kontroll, Ett svenskt FoU-arbete för tillverkning av nästa generations atomklockor skulle ske i internationell sam- verkan men också knyta samman forskargrupper vid några hög- skolor i . Mot bakgrund av den erfarenhet av robusta system som finns i , vid SP och Stupi finns förutsättningar för att ska kunna utveckla klockor som är långtidsdriftsäkra och inte bara klockor för att demonstrera olika tekniker. Ett sådant projekt leder till att flera olika teknikdiscipliner samverkar mot ett gemensamt mål vilket i sig är intressant ur ett kompetensutvecklingsperspektiv och som i det här fallet har inriktningen mot ett näringspolitiskt väsentligt område för , informations- och kommunikations- teknik, IKT. Genom att inta en position bland de ledande laboratorierna i världen kan delta i det internationella forskningsutbytet som en likvärdig part, vilket är väsentligt för långsiktig kompetens- utveckling.