DIVISÃO SERVIÇO DA HORA
LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
NÚCLEO DE INFORMAÇÃO E COORDENAÇÃO DO PONTO BR
VALIDAÇÃO METROLÓGICA
DA REDE DE CARIMBO DE TEMPO E DA
REDE DE SINCRONISMO CERTIFICADO
À
HORA LEGAL BRASILEIRA
Mário Noto Fittipaldi, MCT - Observatório Nacional
Chefe do Serviço de Geração e Disseminação
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LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
O Observatório Nacional
foi criado em 15 de
Outubro 1827 pelo
Imperator
D. Pedro I
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LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
PRINCIPAIS OBJETIVOS DO ON NO CUMPRIMENTO DE SUA MISSÃO
Desenvolver pesquisas científicas nas áreas de Astronomia, Astrofísica e
Geofísica, medindo e armazenando grandezas físicas, acompanhando as
suas aplicações e atuando como um pólo nacional de pós-doutoramento
e de formação de pesquisadores por intermédio de seus programas de
mestrado e doutorado, em estreita ligação com universidades públicas,
recebendo alunos de todo o Brasil e do exterior;
Desenvolver, manter e operar equipamentos e instrumentos de medidas
astronômicas, geofísicas e metrológicas em áreas de sua competência;
Ser o laboratório primário de tempo, frequência e em grandezas de uso
geofísicas, gerar a Hora Legal Brasileira e seu sincronismo em tempo
real e executar pesquisas e serviços tecnológicos nesses campos.
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O Observatório Nacional possui duas
ramificações,, a científica e a tecnológica.
ramificações
tecnológica.
A ramificação científica consiste de três áreas:
áreas: Astronomia,
Astronomia,
Geofísica e a Metrologia de Tempo e Frequência
Frequência..
A ramificação tecnológica são os serviços e atividades
atividades::
- calibrações em tempo e frequência;
frequência;
- disseminação do tempo e da frequência;
frequência;
- desenvolvimento de equipamentos e instrumentos
para tempo e frequência
frequência;;
- calibrações magnéticas e gravimétricas
gravimétricas..
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A Divisão Serviço da Hora do Observatório
Nacional (DSHO) mantém o padrão para intervalo
de tempo e frequência para o Brasil, gerando,
conservando e disseminando a Hora Legal
Brasileira (HLB) de acordo com a legislação
brasileira.
Como Instituto Designado pelo INMETRO, o
ON/DSHO está com a responsabilidade da
Padronização de Referência Metrológica do Brasil
no campo da metrologia de tempo e frequência,
em apoio à missão do INMETRO.
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METROLOGIA DE TEMPO E FREQUÊNCIA
DISSEMINAÇÃO
TEMPO
&
FREQUÊNCIA
GERAÇÃO
CONSERVAÇÃO
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O que é Metrologia?
O Vocabulário Internacional de
Metrologia(VIM) define:
“Metrologia é a Ciência da Medição”
Rastreabilidade: “Propriedade do resultado de
uma medição ou do valor de um padrão estar
relacionado
a
referências
estabelecidas,
geralmente
a
padrões
nacionais
ou
internacionais, através de uma cadeia contínua
de comparações, tendo todas as incertezas
estabelecidas”.
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REINSTALAÇÃO DA DIVISÃO SERVIÇO DA HORA
No final de 2005, a construção do prédio de 1600m2
para a DSHO foi concluído. De 2006 até 2007 todos
os equipamentos foram transferidos para o novo
prédio.
Salas dedicadas a cada uma das atividades.
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Novo prédio da DSHO
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Sala de Geração e Disseminação
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Sala de Geração e Disseminação
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Sala da Rede
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Sala de Desenvolvimento e Manutenção
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Sala 2
Sala 1
Sala de Padrões
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Sala 3
Sala 3
Sala de Padrões
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Symmetricom
MHM 2010 Active
Hydrogen Maser
O femtossegundo está para um
segundo como um segundo está
para 32 milhões de anos.
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Sala de Calibração
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Padrão em Calibração
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Sala da
Escala de Tempo Atômico
e
Rastreabilidade
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Equipamentos para a Geração do UTC(ONRJ)
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Receptor GPS para Rastreabilidade ao BIPM
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Rastreabilidade a Rede de Tempo e Frequência do
Sistema Interamericano de Metrologia
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ACRÉSCIMO DE RELÓGIOS ATÔMICOS
De 2006 até 2009 o número de relógios atômicos de césio
em operação contínua passou de 4 para 9. Um grupo de 6
relógios atômicos são mantidos nas instalações da DSHO e
fazem parte da TA(ONRJ).
Três relógios atômicos são mantidos em ambientes
seguros fora da DSHO. No STF em Brasília, no NIC em São
Paulo, e na global Crossing no Rio de Janeiro.
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DESEMPENHO DOS RELÓGIOS EM OPERAÇÃO NA
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Quando três ou mais relógios são intercomparados é
possível estimar o desvio de Allan individual dos relógios
através de:
σ
2
i
m


1
2
 ∑ s ij − B 
=

m − 2  j =1

m
1
2
B =
s ij
∑
m − 1 i< j
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Fig. 1. Estimativa da Instabilidade individual dos Relógios
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A ESCALA DE TEMPO ATÔMICO BRASILEIRA
Desde
junho
de
2006,
os
dados
de
intercomparação de todos os relógios atômicos da
DSHO passaram a ser enviados ao BIPM. O cálculo
da Escala de Tempo Atômico Brasileira, TA(ONRJ)
passou também a ser enviado ao BIPM. Sendo os
resultados publicados na Circular T.
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A ESCALA DE TEMPO ATÔMICO BRASILEIRA
O estabelecimento de uma escala de tempo atômico
independente a partir de um conjunto de relógios atômicos,
vem sendo realizada há vários anos pelos mais diversos
laboratórios primários de tempo e freqüência ao redor do
mundo. O objetivo é a obtenção de uma escala de tempo
com maior estabilidade, confiabilidade e uniformidade no
seu tempo do que a escala de tempo realizada através de
um único relógio atômico.
Os laboratórios estabelecem as escalas de tempo através
de algoritmos que processam as medidas de
intercomparação de um conjunto de relógios atômicos,
fornecendo como resultado uma escala de tempo média.
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A ESCALA DE TEMPO ATÔMICO BRASILEIRA
Desde 1992 um esforço vem sendo realizado para o
desenvolvimento de um sistema para gerar a escala de
tempo atômico brasileira tendo como base um conjunto de
relógios atômicos. Resultados foram apresentados ao
longo deste período e a partir de junho de 2006 o cálculo da
escala de tempo atômico brasileira passou a ser enviado ao
BIPM, recebendo a denominação na Circular T de TA(ONRJ).
A TA(ONRJ) é uma escala calculada de forma independente,
numa metodologia que possibilita implementar o
UTC(ONRJ) em tempo real.
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A HORA LEGAL BRASILEIRA (HLB)
Ao nível internacional a rastreabilidade dos padrões
nacionais e da HLB é estabelecida com BIPM.
A HLB também é intercomparada em tempo real por meio do
SIM acessível via enlace onde o Laboratório Primário de
Tempo e Frequência (LPTF) é identificado pela sigla ONRJ.
A operação contínua de um conjunto de relógios atômicos de
césio, sistema de medição e um algoritmo, é calculada a Escala
de Tempo Atômico Brasileira, TA(ONRJ), e a partir desta é
gerado o UTC(ONRJ).
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LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
A REDE DE SINCRONISMO DE TEMPO CERTIFICADO – ReSinc/HLB
Qual é a importância da data/hora em rede de
computadores?
- Computadores em rede possuem relógios internos que
deveriam funcionar sincronizados com a mesma hora.
- A falta de sincronismo pode resultar em danos para a
empresa, principalmente se a mesma realiza compras,
vendas, aplicações financeiras e outras transações
comerciais nas quais custos, lucros e multas estejam
vinculados ao parâmetro tempo.
Solução:
Prover um serviço de sincronismo confiável e certificado a
Hora Legal Brasileira, para atender a órgãos públicos, empresas
privadas e outros clientes que necessitem do tempo certificado.
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A REDE DE CARIMBO DE TEMPO CERTIFICADO – ReTemp/HLB
Qual é a importância da data/hora em documentos e
assinaturas digitais?
- Os papéis vêm sendo substituídos por arquivos digitais e
nesse novo formato as informações de data e hora ficam
vulneráveis.
- O sistema de criptografia e de infra-estrutura de chaves
públicas não garante o instante em que um documento foi
assinado, gerado ou copiado, pois utiliza data/hora de fontes
de tempo que podem ser modificadas, como computadores
locais, em rede, servidores NTP.
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LEGISLAÇÃO – ReSinc/HLB e ReTemp/HLB
A Hora Legal Brasileira é gerada, conservada e
disseminada pelo ON/DSHO, de acordo com o DECRETO
Nº 4264 DE 10/06/2002, que restabelece o regulamento
aprovado pelo decreto Nº 10546 de 05/11/1913 que
regulamenta a LEI Nº 2784 de 18/06/1913.
PORTARIA MCT Nº 293 DE 11/05/2007, contempla as
orientações quanto à estrutura, termos e especificações
técnicas e os custos envolvidos.
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A REDE DE CARIMBO DE TEMPO CERTIFICADO – ReTemp/HLB
É um sistema composto por sistemas de criptografia e de infra-estruturas
de chaves públicas (ICP – Brasil).
Essa rede possibilita aos usuários dos Servidores de Carimbo do Tempo
(SCT) emissão de documentos digitais acrescidos da Hora Legal Brasileira.
Para garantir a funcionalidade nacional o ON mantém em operação
contínua e em ambiente seguro, fora das suas instalações, três Fontes
Confiáveis do Tempo (FCT), que usam como base de tempo relógio
atômico de césio. Nas seguintes localidades:
Supremo Tribunal Federal (STF), em Brasília;
Núcleo de Informação e Coordenação do Ponto
BR(NIC), em São Paulo;
Global Crossing(GC), no Rio de Janeiro
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A REDE DE CARIMBO DE TEMPO CERTIFICADO – ReTemp/HLB
Cada localidade denominamos de Entidade de Auditoria do
Tempo (EAT):
-EAT(STF)
-EAT(NIC)
-EAT(GC)
Cada EAT possui um Sistemas de Autenticação
e Sincronismo (SAS), realiza as atividades de
autenticação e sincronismo nos Servidores de
Carimbo de Tempo (SCT).
O SAS registrada cada autenticação e sincronismo e esses são
enviados à DSHO para cálculos e emissão do certificado.
Uma Autoridade de Carimbo do Tempo (ACT) possui um ou
mais SCT.
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ARQUITETURA – ReTemp/HLB
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ESTRUTURA DA EAT
FCT
IRIG-B
SAS
INTERNET
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A REDE DE SINCRONISMO DE TEMPO CERTIFICADO – ReSinc/HLB
Existem dois modos que podem ser utilizados para realizar este
serviço:
1) O cliente adquire um equipamento de sincronismo e se conecta a
um dos equipamentos servidores localizados na DSHO.
2) O cliente adquire dois equipamentos sendo um cliente
servidor instalado em uma das EATs.
e outro
As sincronizações são registradas em “logs” internos nos
equipamentos, e são enviados pelo cliente e armazenados pela DSHO.
A partir destes “logs” são preenchidas planilhas eletrônicas e os
cálculos efetuados permitem a elaboração do certificado, comprovando
que o equipamento do cliente se manteve dentro dos parâmetros
estabelecidos de sincronismo a Hora Legal Brasileira, UTC(ONRJ).
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RASTREABILIDADE DAS REDES
A rastreabilidade consiste no relacionamento do resultado da
medição da FCT em referência é a Hora Legal Brasileira, o
UTC(ONRJ).
A portaria MCT Nº 293 DE 11/05/2007 regulamenta que o erro
acumulado máximo entre os SAS e os SCT não ultrapasse o
valor de ±100 ms.
Garantir que a FCT não possua uma diferença em relação ao
UTC(ONRJ) maior que ±100 ms.
Sistema Monitor para Rastreabilidade (RASTREAB)
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RASTREABILIDADE DAS REDES
Sistema RASTREAB:
- Consiste num modulo eletrônico de seleção e contagem do
tempo, acondicionado internamente num microcomputador
industrial, com as seguintes características:
8 canais de intercomparação.
A resolução de 100 ns.
Baixo custo.
Software de aplicativo acessível.
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RASTREABILIDADE DAS REDES
Sistema RASTREAB:
1 PPS
GPS
1 PPS
FCT
CANAL A
CANAL B
CONTADOR DE INTERVALO DETEMPO
10 MHz
FCT
CONTRÔLE
DADOS
LPT
COM
MICROCOMPUTADOR INDUSTRIAL
INTERNET
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RASTREABILIDADE DAS REDES
RASTREAB – Vista Frontal:
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RASTREABILIDADE DAS REDES
RASTREAB – Modulo Contador de Intervalo de Tempo:
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RASTREABILIDADE DAS REDES
RASTREAB – Vista Traseira:
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LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
RASTREABILIDADE DAS REDES
ESTRUTURA DA EAT
FCT
10 MHz
B1 -1 PPS
RASTREAB
IRIG-B
B2 -1 PPS
A -1 PPS
SAS
B3 -1 PPS
INTERNET
GPS
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LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
RASTREABILIDADE DAS REDES
Avaliação da incerteza de medição do RASTREAB:
- Medições por comparação direta do sinal 1 PPS do relógio atômico de
césio, T130, sendo este sinal conectado simultaneamente entre a entradas
canal A e B.
Os resultados obtidos foram: n = 2773
q
(n)= 5,48 x 10-7
S( q ) = 4,99 x 10-8, k = 2,0
p
U = k p S (q)
u
A
(q)
= 9,99 x 10-9
= (548 ± 100) x 10-9 segundos.
Este valor é 182.000 vezes menor que erro acumulado máximo permitido para
auditoria e sincronismo.
DIVISÃO SERVIÇO DA HORA
LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
RASTREABILIDADE DAS REDES
Partimos do pré-disposto que é necessário garantir que o desvio no
sincronismo da FCT fique na faixa de ±100ms em relação ao UTC(ONRJ).
Para verificarmos este critério de qualidade realizamos a seguinte análise:
- As medições realizadas pelo RASTREAB são:
FCT – GPS(Time) =
t
FCT
− t GPS
(1)
Necessitamos de:
FCT – UTC(ONRJ)=
t
FCT
− t UTC (ONRJ )
(2)
DIVISÃO SERVIÇO DA HORA
LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
RASTREABILIDADE DAS REDES
No início de cada mês o BIPM publica na Circular T a diferença UTC – GPS(Time)
e UTC – UTC(ONRJ) para o mês anterior.
UTC – GPS(Time) =
UTC – UTC(ONRJ) =
t
t
UTC
− tGPS
(3)
− t UTC ( ONRJ )
(4)
UTC
Ao se subtrair (4) de (3) obtém-se:
UTC(ONRJ) – GPS =
t
UTC ( ONRJ )
− t GPS
(5)
E efetuando a diferença entre (1) e (5), obtém-se como resultado:
FCT – GPS(Time) =
t
FCT
− t GPS
UTC(ONRJ) – GPS = t UTC ( ONRJ ) − t GPS
-________________________________________
FCT – UTC(ONRJ) =
t
FCT
(1)
(5)
− t UTC ( ONRJ ) ≤ 100ms
DIVISÃO SERVIÇO DA HORA
LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
EAT(NIC.BR) [Diferença de Fase] FCT - GPS(Time)
5,7E-06
5,2E-06
4,7E-06
SEGUNDOS
4,2E-06
3,7E-06
3,2E-06
2,7E-06
2,2E-06
1,7E-06
1,2E-06
54832
54857
54882
54907
54932
54957
54982
55007
55032
55057
55082
55107
55132
55157
DIA JULIANO MODIFICADO - DE 01/01/2009 até 29/12/2009
A FCT padrão de césio, marca Symmetricom, modelo CS4000
55182
DIVISÃO SERVIÇO DA HORA
LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
Circular T [Diferença de Fase] UTC - GPS(Time)
1,5E-08
1,0E-08
SEGUNDOS
5,0E-09
0,0E+00
-5,0E-09
-1,0E-08
-1,5E-08
-2,0E-08
54832
54857
54882
54907
54932
54957
54982
55007
55032
55057
55082
55107
55132
55157
DIA JULIANO MODIFICADO - DE 01/01/2009 até 29/012/2009
55182
DIVISÃO SERVIÇO DA HORA
LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
Circular T [Diferença de Fase] UTC - UTC(ONRJ)
1,0E-08
5,0E-09
SEGUNDOS
-7,0E-23
-5,0E-09
-1,0E-08
-1,5E-08
-2,0E-08
-2,5E-08
54832
54857
54882
54907
54932
54957
54982
55007
55032
55057
55082
55107
55132
55157
DIA JULIANO MODIFICADO - DE 01/01/2009 até 29/12/2009
55182
DIVISÃO SERVIÇO DA HORA
LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
[Diferença de Fase] UTC(ONRJ) - GPS(Time)
2,5E-08
2,0E-08
SEGUNDOS
1,5E-08
1,0E-08
5,0E-09
0,0E+00
-5,0E-09
-1,0E-08
-1,5E-08
54832 54857 54882 54907 54932 54957 54982 55007 55032 55057 55082 55107 55132 55157 55182
DIA JULIANO MODIFICADO - DE 01/01/2009 até 29/12/2009
DIVISÃO SERVIÇO DA HORA
LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
EAT(NIC) [Diferença de Fase] FCT - UTC(ONRJ)
5,7E-06
5,2E-06
4,7E-06
SEGUNDOS
4,2E-06
3,7E-06
3,2E-06
2,7E-06
2,2E-06
1,7E-06
1,2E-06
54832 54857 54882 54907 54932 54957 54982 55007 55032 55057 55082 55107 55132 55157 55182
DIA JULIANO MODIFICADO - DE 01/01/2009 até 29/12/2009
DIVISÃO SERVIÇO DA HORA
LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
CONCLUSÃO
1) Validou-se metrologicamente que as diferenças entre FCT e o
UTC(ONRJ) seja < ± 100 ms.
2) As EAT possuem rastreabilidade à HLB.
3) ReTemp/HLB - No momento é a única solução nacional
existente que garante a inviolabilidade do registro cronológico da
emissão de um documento.
4) ReSinc/HLB - No momento é a única solução nacional
existente que garante as redes de computadores o sincronismo
com HLB.
DIVISÃO SERVIÇO DA HORA
LABORATÓRIO PRIMÁRIO DE TEMPO E FREQUÊNCIA
CONCLUSÃO
5) A ReTemp/HLB e a ReSinc/HLB possibilita agregar tanto a
documentos digitais como a rede computadores a Hora Legal
Brasileira de forma:
Segura
Autêntica
Auditável
DIVISÃO SERVIÇO DA HORA
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OBRIGADO!
Mário Noto Fittipaldi
[email protected]
www.horalegalbrasil.mct.on.br