有关部分北京市民“穿越”的科学解读

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。

（图片来源：微博）

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？

（图片来源：veer）

网络授时

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。

（图片来源：中国数字科技馆）

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。

网络授时协议——NTP协议

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。

结语

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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