VALIDAÇÃO METROLÓGICA DA REDE DE CARIMBO DE TEMPO E DA REDE DE SINCRONISMO CERTIFICADO À HORA LEGAL BRASILEIRA

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1 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

2 O Observatório Nacional foi criado em 15 de Outubro 1827 pelo Imperator D. Pedro I

3 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.

4 O Observatório Nacional possui duas ramificações, a científica e a tecnológica. A ramificação científica consiste de três áreas: Astronomia, Geofísica e a Metrologia de Tempo e Frequência. A ramificação tecnológica são os serviços e atividades: - calibrações em tempo e frequência; - disseminação do tempo e da frequência; - desenvolvimento de equipamentos e instrumentos para tempo e frequência; - calibrações magnéticas e gravimétricas.

5 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.

6 METROLOGIA DE TEMPO E FREQUÊNCIA DISSEMINAÇÃO TEMPO & FREQUÊNCIA GERAÇÃO CONSERVAÇÃO

7 O que é Metrologia? O Vocabulário Internacional de Metrologia(VIM) define: Metrologia é a Ciência da Medição Rastreabilidade: Propriedade do resultado de 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.

8 REINSTALAÇÃO DA DIVISÃO SERVIÇO DA HORA No final de 2005, a construção do prédio de 1600m 2 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.

9 Novo prédio da DSHO

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11 Sala de Geração e Disseminação

12 Sala de Geração e Disseminação

13 Sala da Rede

14 Sala de Desenvolvimento e Manutenção

15 Sala 1 Sala 2 Sala de Padrões

16 Sala 3 Sala 3 Sala de Padrões

17 Symmetricom MHM 2010 Active Hydrogen Maser O femtossegundo está para um segundo como um segundo está para 32 milhões de anos.

18 Sala de Calibração

19 Padrão em Calibração

20 Sala da Escala de Tempo Atômico e Rastreabilidade

21 Equipamentos para a Geração do UTC(ONRJ)

22 Receptor GPS para Rastreabilidade ao BIPM

23 Rastreabilidade a Rede de Tempo e Frequência do Sistema Interamericano de Metrologia

24 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.

25 DESEMPENHO DOS RELÓGIOS EM OPERAÇÃO NA DIVISÃO SERVIÇO DA HORA Quando três ou mais relógios são intercomparados é possível estimar o desvio de Allan individual dos relógios através de: i m = s ij 2 1 σ m 2 j = 1 s 2 B B = m 1 1 m i < j s 2 ij

26 Fig. 1. Estimativa da Instabilidade individual dos Relógios

27 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.

28 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.

29 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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33 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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35 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.

36 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.

37 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 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.

38 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

39 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.

40 ARQUITETURA ReTemp/HLB

41 ESTRUTURA DA EAT FCT IRIG-B SAS INTERNET

42 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 e outro servidor instalado em uma das EATs. 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).

43 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)

44 Sistema RASTREAB: RASTREABILIDADE DAS REDES - 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.

45 RASTREABILIDADE DAS REDES Sistema RASTREAB: 1 PPS GPS 1 PPS FCT CANAL A CANAL B 10 MHz FCT CONTADOR DE INTERVALO DETEMPO CONTRÔLE DADOS LPT COM MICROCOMPUTADOR INDUSTRIAL INTERNET

46 RASTREAB Vista Frontal: RASTREABILIDADE DAS REDES

47 RASTREABILIDADE DAS REDES RASTREAB Modulo Contador de Intervalo de Tempo:

48 RASTREAB Vista Traseira: RASTREABILIDADE DAS REDES

49 RASTREABILIDADE DAS REDES ESTRUTURA DA EAT FCT 10 MHz B1-1 PPS RASTREAB GPS IRIG-B B2-1 PPS A -1 PPS SAS B3-1 PPS INTERNET

50 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 p = 2,0 U k p = S(q) = 9,99 x 10-9 u (q) = (548 ± 100) x 10-9 segundos. A Este valor é vezes menor que erro acumulado máximo permitido para auditoria e sincronismo.

51 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 t (1) FCT GPS Necessitamos de: FCT UTC(ONRJ)= t (2) t FCT UTC( ONRJ)

52 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) = Ao se subtrair (4) de (3) obtém-se: t t t (3) UTC GPS (4) t UTC UTC( ONRJ ) UTC(ONRJ) GPS = t t UTC ( ONRJ ) (5) GPS E efetuando a diferença entre (1) e (5), obtém-se como resultado: t FCT GPS(Time) = (1) FCT GPS - UTC(ONRJ) GPS = t t UTC ( ONRJ ) (5) GPS FCT UTC(ONRJ) = t t t 100 FCT UTC( ONRJ ) ms

53 EAT(NIC.BR) [Diferença de Fase] FCT - GPS(Time) 5,7E-06 5,2E-06 4,7E-06 4,2E-06 SEGUNDOS 3,7E-06 3,2E-06 2,7E-06 2,2E-06 1,7E-06 1,2E DIA JULIANO MODIFICADO - DE 01/01/2009 até 29/12/2009 A FCT padrão de césio, marca Symmetricom, modelo CS4000

54 Circular T [Diferença de Fase] UTC - GPS(Time) 1,5E-08 1,0E-08 5,0E-09 SEGUNDOS 0,0E+00-5,0E-09-1,0E-08-1,5E-08-2,0E DIA JULIANO MODIFICADO - DE 01/01/2009 até 29/012/2009

55 Circular T [Diferença de Fase] UTC - UTC(ONRJ) 1,0E-08 5,0E-09-7,0E-23 SEGUNDOS -5,0E-09-1,0E-08-1,5E-08-2,0E-08-2,5E DIA JULIANO MODIFICADO - DE 01/01/2009 até 29/12/2009

56 [Diferença de Fase] UTC(ONRJ) - GPS(Time) 2,5E-08 2,0E-08 1,5E-08 SEGUNDOS 1,0E-08 5,0E-09 0,0E+00-5,0E-09-1,0E-08-1,5E DIA JULIANO MODIFICADO - DE 01/01/2009 até 29/12/2009

57 EAT(NIC) [Diferença de Fase] FCT - UTC(ONRJ) 5,7E-06 5,2E-06 4,7E-06 4,2E-06 SEGUNDOS 3,7E-06 3,2E-06 2,7E-06 2,2E-06 1,7E-06 1,2E DIA JULIANO MODIFICADO - DE 01/01/2009 até 29/12/2009

58 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.

59 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

60 OBRIGADO! Mário Noto Fittipaldi

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