Synchronisons nos montres Gérard Berry Collège de France Chaire Algorithmes, machines et langages ...
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- Synchronisons nos montres Grard Berry Collge de France Chaire
Algorithmes, machines et langages
http://www.college-de-france.fr/site/gerard-berry
gerard.berry@college-de-france.fr Cours 5, 12 mars 2014
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- 12/03/20142G. Berry, Collge de France Le facteur temps, cest
lpre fumet, et cest le parfum Anagrammes, Etienne Klein It is
possible to own too much : a man with one watch knows what time it
is, a man with two watches is never quite sure Lee Segall
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- Le jour et la nuit Le cycle lunaire, le cycle annuel Rythme des
saisons rythme de la lumire rythme dcal de la temprature 12/03/2014
3 G. Berry, Collge de France Les rythmes naturels bien compliqus !
La nature a bien suivi le cours 2013 sur le temps multiforme !
Rythmes agricoles : labourage, semailles, rcolte,... Migration des
oiseaux et des poissons Floraison simultane des bambous du monde
entier
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- Passage dune toile au mridien : 23h56mn la terre a avanc de ~1
o sur son orbite ! 12/03/2014 4 G. Berry, Collge de France La dure
du jour Passage du soleil au mridien : 24h en moyenne => quation
du temps (le soleil au sud ne donne pas le midi)
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- 12/03/2014 5 G. Berry, Collge de France Mesurer les dures
sablier (jusqu 1 an !) corde nuds clepsydre
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- 12/03/2014 6 G. Berry, Collge de France Horloges eau
(clepsydres) Kstbios, 3e sicle avant Jsus-Christ
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- 12/03/20147G. Berry, Collge de France
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- 12/03/2014 8 G. Berry, Collge de France Yantra Mandir, Jaipur,
~1730 Photo G. Berry
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- 12/03/20149G. Berry, Collge de France Photo G. Berry
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- 12/03/2014 10 G. Berry, Collge de France Les heures canoniales
et les cloches Matinesentre minuit et le lever du soleil 4
tintements Primelever du soleil3 tintements Tiercemilieu de matine2
tintements Sextemidi1 tintement Nonemilieu daprs-midi2 tintements
Vprescoucher du soleil3 tintements Compliestombe de la nuit4
tintements Mais quest-ce donc quun tintamarre? Irrgulires, annonces
par les cloches
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- 12/03/2014 11 G. Berry, Collge de France Les clepsydres glent,
inventons lchappement ! Prieur de Dunstable, 1283 Huygens ajoute le
pendule et la cyclode pour rgulariser le pendule (1694) source B.
Meigun
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- 12/03/201412G. Berry, Collge de France
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- 12/03/201413 G. Berry, Collge de France La pendule de rfrence
(Pavillon de Breteuil) 24 12 0618 potron-minet entre chien et loup
pm ecl pdh point dheure ps 7h et des poussires midi ptante maqh
midi quatorze heures alpavec les poules 07 pt
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- 12/03/201414G. Berry, Collge de France
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- 12/03/201415G. Berry, Collge de France Le calendrier Seuls deux
calendriers actuels comptent vraiment le calendrier vulgaire (ou
Grgorien), encore utilis le calendrier pataphysique : tous les 13
sont des vendredis Mon prfr : le calendrier rvolutionnaire
(Laplace) 1 mois = 3 semaines de 10 jours 1 jour = 10 heures 1
heure = 100 minutes 1 minute = 100 secondes 5 jours supplmentaires
tous les ans : Vertus, Gnie, Travail, Opinion, Rcompenses plus un
pour les annes bissextiles : Sans-culottides
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- 12/03/2014 16 G. Berry, Collge de France Des Scilly John
Harrisson Le grand prix de lamiraut (20 000 livres) 2 novembre 1707
(Grgorien), mauvaise estimation de longitude (1s derreur = 400m)
1772 : Chronomtre H5 1/3 s par jour !
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- 12/03/2014 17 G. Berry, Collge de France Le tourbillon Brguet 7
messidor an IX (26 juin 1801). Source : leblogdesmontres.fr
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- 12/03/2014 18 G. Berry, Collge de France On August 12, 1853,
two trains on the Providence & Worcester Railroad were headed
toward each other on a single track. The conductor of one train
thought there was time to reach the switch to a track to Boston
before the approaching train was scheduled to pass through. But the
conductor's watch was slow. As his speeding train rounded a blind
curve, it collided head-on with the other trainfourteen people were
killed. The public was outraged. All over New England, railroads
ordered more reliable watches for their conductors and issued
stricter rules for running on time.
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- 12/03/201419 G. Berry, Collge de France Horloges atomiques
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- 12/03/2014 20 G. Berry, Collge de France Horloge parlante 1991:
Marie-Sylvie Behr donne sa voix lhorloge atomique 1933 : lhorloge
parlante dErnest Esclangon mais qui est donc cet homme ?
http://www.dailymotion.com/video/xxeyyr_le-visage-de-l-horloge-parlante_news
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- 12/03/2014 21 G. Berry, Collge de France Horloge atomique de
poche ! < 120mW power consumption < 17cm 3 volume 35g weight
5 10 11 accuracy at shipment y < 5 10 12 at = 1 hour short-term
stability (Allan Deviation) < 3 10 12 / month aging rate source
Symmetricom.com
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- 12/03/2014 22 G. Berry, Collge de France La seconde, unit
globale La seconde est la dure de 9 192 631 770 priodes de la
radiation correspondant la transition entre les niveaux hyperfins
F=3 et F=4 de ltat fondamental 6 S de latome de csium 133, la
temprature de rfrence du zro absolu. Oeuf coque, niveau de la mer,
0 absolu = 3mn 45s compter jusqu 2 068 342 148 250 ~ 2 tra-laps
Oeuf coque, Paris, 35m, 100 Celsius = 4mn 03s compter jusqu 2 233
809 520 110 laps Laps de temps : 1 s = 9 192 631 770 laps 1 s ~ 9.2
giga-laps
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- 12/03/2014 23 G. Berry, Collge de France La fin de notre
Kilogramme talon? 90% platine, 10% Iridium h = d = 39,17mm
Australie : sphre de silicium parfaite diamtre prcis 70 nm dfauts
de rugosit < 0,3 nm Pavillon de Breteuil Svres source : CSIRO
Industrial Physics
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- 12/03/2014 24 G. Berry, Collge de France Le NIST amricain :
masse = temps Kg dfini par la seconde, la la vitesse de la lumire c
et la constante de Planck h ! Balance du Watt Photo par Richard
Steiner
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- 12/03/2014 25 G. Berry, Collge de France Physiciens ou
Pataphysiciens ? La seconde est la dure de 9 192 631 770 priodes de
la radiation correspondant la transition entre les niveaux
hyperfins F=3 et F=4 de ltat fondamental 6 S de latome de csium
133, la temprature de rfrence du zro absolu. 1 mtre = la distance
parcourue par la lumire dans le vide en 1 / 299 792 458 seconde Le
kilogramme est la masse qui subirait une acclration de prcisment
210 -7 m/s 2 lorsquelle est soumise la force par mtre entre deux
conducteurs parallles, rectilignes, de longueur infinie, de section
circulaire ngligeable, placs une distance dun mtre lun de lautre
dans le vide, et travers desquels passe un courant lectrique
constant dexactement 6,2415096291526510 18 charges lmentaires par
seconde. acclrationforcevidecourant lectriquecharges
lmentaires
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- GMT : heure dtermine par le passage du soleil moyen au mridien
de Greenwich (quation du temps) 0h00 midi ! aprs bagarre avec les
franais, bien sr ! 1847-48 : adopt par les compagnies ferroviaires
mais une loi de 1858 impose le temps local ! 1880: loi imposant
lheure GMT en Angleterre 12/03/2014 26 G. Berry, Collge de France
Quelle heure : GMT, TU, UTC, ou TAI ? UTC mix(TUC, CUT) ! temps
civil mondial, TAI + secondes (ralentissement de la terre, etc.)
TAI (Temps Atomique International) : moyenne de plus de 200
horloges au Csium correction de gravit base dencore autre temps TCB
(plantes), TCG (temps gocentrique), TT (temps terrestre), etc. vive
la relativit gnrale !
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- 31/12/2008 : tous les lecteurs MP3 Zune (Microsoft) vident leur
piles minuit en bouclant sur deux tests 12/03/2014 27 G. Berry,
Collge de France Bugs de temps voir Parler du temps, mais de manire
formelle, cours 1 du 04/02/2013,
http://www.college-de-france.fr/site/gerard-berry/course-2013-04-02-10h00.htm
28/02/2010 : les PS3 FAT de Sony repassent au 01/01/2000 (ou
autres), perdant le rseau et les jeux 10/2010 : les iPhones US
passent lheure dhiver, 10/2010 : mais pas leurs rveils !
25/02/1991: 28 morts et 98 blesss suite la chute dun SCUD sur une
caserne amricaine, due au systme dhorloge logicielle dune station
Patriot
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- Deux versions, 2002 puis 2008 Base : GPS, horloges atomiques
travaille en TAI, communique lcart avec UTC Rseaux multicast
(Ethernet ou autres) Objectifs Synchronisation < 1 s charge
faible sur les machines et rseaux simple administrer Contraintes
temps de propagation dans le rseau symtriques 12/03/2014 28 G.
Berry, Collge de France PTP = Precise Time Protocol, IEEE 1588
White paper : Precision Clock Synchronization, The Standard IEEE
1588, Hirschmann
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- 12/03/2014 29 G. Berry, Collge de France Rseau hirarchique PTP
Source Hirschmann
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- 12/03/2014 30 G. Berry, Collge de France Types de noeuds PTP
Boundary Clock switch temporellement prcis esclave en rception,
matre en mission compensation des dlais internes Source
Hirschmann
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- 12/03/2014 31 G. Berry, Collge de France Protocoles de
synchronisation PTP matreesclave sync 998 (~t 1 ) 1007 fup 1000 t 1
1000 1005 1015 t 1 dlai de transmission non connu ! sync 1010 (~t 1
) 1013 fup 1013 t 2 1013 1015 1002 1015 1013 1013 t 2 1008 1015
1007 1000 sync 1027 (~t 4 ) fup 1030 t 4 1030 1002 1030 t 4 dresp
1025 dreq 1021 t 3 1025 dlai (t 2 t 2 t 3 t 3 ) / 2 2 1021 t 3 1033
1035 1035 t 5 dlai 1033 t 5 calcul du dlai 1008 1015 1011
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- 12/03/201432 G. Berry, Collge de France Architecture dun nud
PTP Les timestamps doivent tre construits au plus prs du HW La
communication HW / SW doit tre soigne (drivers rseau / horloges)
Source Hirschmann
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- 12/03/2014 33 G. Berry, Collge de France La couche logicielle
recherche du meilleur Master par observation des horloges Source
Hirschmann
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- 12/03/201434 G. Berry, Collge de France Un exemple extrme, le
LHC Le projet WhiteRabbit du CERN synchronise les horloges 10 km de
distance ~80 picosecondes prs par GPS, IEEE 1588 PTP et Ethernet
synchrone Source CERN
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- Dimension : gigantesque, lensemble dInternet, au moins ! Rle :
essentiel, pour le routage comme pour les utilisateurs! 12/03/2014
35 G. Berry, Collge de France NTP : Network Time Protocol
Contraintes : travail en conditions difficiles (mauvais rseau,
pannes, etc.) hirarchie plusieurs niveaux les sous-rseaux doivent
pouvoir survivre, mme dconnects longtemps le protocole doit agir en
continu et synchroniser les horloges standards des ordinateurs, sur
Internet standard, et en utilisant peu de ressources il doit tre
scuris face aux attaques malicieuses les vnements importants
doivent tre stocks pour analyse ventuelle le logiciel soit tre
simple, standard, et facile installer
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- 12/03/2014 36 G. Berry, Collge de France Format du temps dans
NTP de la naissance de lunivers la mort du soleil 232 ps 500 as (1
as = 10 18 s) era = 136 ans, base 01/01/1900 00:00
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- Chaque serveur a un compteur de temps qui avance lhorloge
systme tous les 10ms La lecture du temps doit toujours tre
croissante Correction du temps toutes les secondes agent majeur de
fluctuation, la temprature (1PPM / C) doit respecter la monotonie
correction douce! correction faite dans le noyau prcision ~1 s
12/03/2014 37 G. Berry, Collge de France Gestion du temps sur un
hte NTP
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- Associations permanentes ou phmres, symtriques ou asymtriques
(client serveur) 12/03/2014 38 G. Berry, Collge de France
Fonctionnement global de NTP Dtection automatique des serveurs,
reconfiguration automatique en cas de panne (algorithmes byzantins)
Authentification cryptographique des accs, dtection dintrusions
Algorithmes statistiques dvaluation du temps et de la qualit des
serveurs
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- 12/03/201439G. Berry, Collge de France NTP : protocole riche et
complexe, devenu universel Un norme travail collectif n de David
Mills, qui touche beaucoup de domaines : algorithmes distribus,
statistiques, rseau, noyau OS, cryptographie, etc. Synchronisations
ms s normales Synchronisations ~50ns devenues possibles
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- 12/03/2014 40 G. Berry, Collge de France Localiser les dfauts
dune ligne lectrique Source Ptolemy II E. A. Lee et al. UC Berkeley
Cf. prochain cours !
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- 12/03/201441 G. Berry, Collge de France Attention la symtrie
des dlais rseau !
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- 12/03/201442G. Berry, Collge de France
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- TTP : systme de rseau et protocoles destin au temps-rel
critique Hermann Kopetz, Vienna University ot Technology Compagnies
TTTech, HW Austria Microsystems, Altera, ON semiconductors. dvelopp
pour le temps-rel critique et la tolrance aux fautes, en
particulier en remplacement du bus CAN 12/03/2014 43 G. Berry,
Collge de France TTP : Time-Triggered Protocol 1 ou 2 canaux
redondants 25 Mbits / s, TDMA (Time Division Multiplexing Access),
allocation statique de slots et rounds, dterminisme,
synchronisation prcise des horloges dtection de fautes fondes sur
le temps : non-rception ou sur-rception de messages, dtection de
pannes, etc.
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- Ferroviaire interlocking, contrle local et distant, conduite
automatique, diagnostic, tout au niveau SIL4 (Thales) 12/03/2014 44
G. Berry, Collge de France TTP : utilisations Avionique FADEC
(contrle moteur) : Aermacchi, General Electric Pressurisation
(Airbus A380), contrle lectrique et clim (Boeing 787), par
Hamilton-Sunstrand Automobile voitures automatiques (Red Team,
DARPA Challenge)
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- Consortium automobile (jusquen 2009), standard ISO Protocole
TDMA dterministe similaire, synchronisation dhorloges + messages
asynchrones (pour rcuprer CAN) Utilis dans des voitures allemandes
(Audi, BMW, Mercedes, Rolls-Royce) 12/03/2014 45 G. Berry, Collge
de France FlexRay Autres choix possibles Divers Ethernet
dterministes LTTA (sminaire A. Benveniste, 05/03/2014) Et pour
comprendre les horreurs quon peut hlas trouver en automobile, voir
http://www.safetyresearch.net/2013/11/07/toyota-unintended-acceleration-and-the-big-bowl-of-spaghetti-code/
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- Base de donnes rplique mondialement, avec plusieurs rpliques
chaque endroit (performance et redondance). Millions de machines,
milliards denregistrements ! 12/03/2014 46 G. Berry, Collge de
France Spanner, BD distribue de Google Systme TrueTime de
timestamps en forme dintervalles [earliest, latest], avec garantie
(selon la synchro) que le timestamp dun vnement e de date absolue t
vrifie earliest t latest Synchronisation mondiale fine des horloges
(~6ms) Transactions distribues atomiques, protocole two-phase
commit
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- 12/03/2014 47 G. Berry, Collge de France Garanties temporelles
de Spanner Pour deux transactions dcriture T1 et T2 enregistres t1
et t2 et committes c1 et c2, garantie de monotonicit des timestamps
: c1 t2 latest(c1) earliest(c2) Possibilit de lecture dun snapshot
pour un timestamp donn, rsultat indpendant de la rplique Possibilit
de lecture best effort si besoin de timestamp rduit Maintien
permanent du dernier timestamp dcriture locale sur chaque
rplique
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- La synchronisation temporelle prcise devient essentielle pour
un nombre toujours plus grand dapplications, et est ralisable
complexit et cot raisonnable 12/03/2014 48 G. Berry, Collge de
France Conclusion Pourtant, le sujet est encore peu connu et peu
dvelopp dans le systme acadmique, do ce cours !
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- 12/03/2014 49 G. Berry, Collge de France Rfrences sur le temps
en gnral Le temps (qui passe ?) Etienne Klein, Bayard (2013) Le
facteur temps ne sonne jamais deux fois Etienne Klein, Flammarion
(2009) The Book of Nothing John D. Barrow, Vintage Books (2001) La
mesure du temps Bernard Meiguen, Editions Apoge (2009) La mesure du
temps au XXIe sicle Christophe Salomon, sminaire du cours de Serge
Haroche
http://www.college-de-france.fr/site/serge-haroche/seminar-2013-03-12-11h00.htm
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- 12/03/2014 50 G. Berry, Collge de France Rfrences plus
techniques Precision Clock Synchronization: the Standard IEEE 1588
White paper, Hirschmann Computer Network Time Synchronization : the
Network Time Protocol on Earth and in Space David L. Mills, CRC
Press (2011) Spanner: Google's Globally-Distributed Database Proc.
OSDI12, Hollywood, 2012 James C. Corbett, Jeffrey Dean, Michael
Epstein, Andrew Fikes, Christopher Frost, JJ Furman, Sanjay
Ghemawat, Andrey Gubarev, Christopher Heiser, Peter Hochschild,
Wilson Hsieh, Sebastian Kanthak, Eugene Kogan, Hongyi Li, Alexander
Lloyd, Sergey Melnik, David Mwaura, David Nagle, Sean Quinlan,
Rajesh Rao, Lindsay Rolig, Yasushi Saito, Michal Szymaniak,
Christopher Taylor, Ruth Wang, and Dale Woodford System Design,
Modeling, and Simulation using Ptolemy II Claudius Ptolemaeus,
Editor (2014) tlchargable avec toutes les dmos animes:
http://ptolemy.eecs.berkeley.edu/books/Systems/