Aquí le mostramos cómo ofrecer tiempo a prueba de futuro

Puede que no sea evidente, pero casi todo lo que la gente hace en este mundo conectado digitalmente, desde enviar un mensaje de texto o correo electrónico, hacer una búsqueda en Internet o pagar algo en línea, depende del momento preciso y resistente. La mayoría de las comunicaciones electrónicas dependen de la infraestructura digital que se sincroniza con una referencia de tiempo común, lo que permite que la información fluya a un ritmo conocido. El tiempo preciso también es crucial para sincronizar y estabilizar la infraestructura, como las redes eléctricas, para ayudar a garantizar la integridad de las transacciones financieras, para la maquinaria de dirección para la agricultura de precisión y para administrar el transporte, la logística y los sistemas de entrega postal, entre una serie de otras funciones esenciales.

Hoy, las señales de tiempo necesarias provienen abrumadoramente de Global Navigation Satellite Systems (GNSS). Estos entregan señales desde el espacio, con solo un receptor de radio necesario para recibirlas e interpretarlas. El principal de ellos es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) desarrollado por Estados Unidos. El GPS es de uso gratuito, y la tecnología es madura: los receptores GPS en miniatura ahora están integrados en cada teléfono inteligente, a un costo de unos pocos dólares por unidad. Esta es una forma fácil de sincronizar de manera confiable, ciertamente en comparación con el antiguo método de calibrar físicamente su reloj a un reloj de referencia en una agencia nacional de estándares.

Mejores relojes: Paves de avance para los cronometradores 'nucleares' ultra precisos

Pero este éxito ha criado la complacencia y ha llevado al riesgo subestimado. Los GNS están lejos de ser seguros. En muchas partes del mundo, los sindicatos de crímenes organizados y las autoridades militares se encuentran entre las señales GNSS cada vez más atascadas (que las bloquean por completo) o las falsifican (transmitiendo señales falsas para proporcionar coordenadas de tiempo y posición engañosas). Las interrupciones a la señal debido a eventos climáticos extremos también están en aumento. En algunos sectores, como la aviación, una multitud de sistemas se vería potencialmente afectado en caso de interrupciones más amplias. Pero existe una baja conciencia de los riesgos, y las protecciones son enormemente variables entre los sectores.

La creciente vulnerabilidad de las señales de tiempo desde el espacio requiere el desarrollo de formas alternativas de acceder a un tiempo preciso, resistente y seguro. Nosotros (los autores) hemos estado involucrados en diferentes capacidades en tecnología y medidas económicas para ofrecer una solución de tiempo terrestre resistente a nivel nacional que es independiente de GNSS en el Reino Unido. Aquí establecemos tres pasos clave que creemos que ayudarían a facilitar el desarrollo de fuentes de tiempo alternativas en todo el mundo: aumentar la aceptación de los negocios; vinculando sistemas de tiempo locales existentes y heterogéneos; y crear usos completamente nuevos para el tiempo.

Obtener la aceptación de los negocios

Las constelaciones de los satélites GNSS difunden el tiempo de los laboratorios de los estandos nacionales que contribuyen a la formulación de la escala de tiempo global, el tiempo universal coordinado (UTC). El sistema GPS fue desarrollado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos durante la Guerra Fría, inicialmente para el uso exclusivo del ejército de los Estados Unidos. Cada satélite GPS transporta múltiples relojes atómicos, que finalmente se sincronizan con una representación del UTC, conocido como UTC (USNO), generado por un conjunto de relojes atómicos en el Observatorio Naval de EE. UU. En Washington DC. Las señales de estos satélites que vayan a la Tierra permiten a los usuarios determinar el tiempo dentro de una precisión de 10^–7 segundos, o 100 mil millones de segundo.

El reconocimiento en la década de 1980 de los beneficios sociales potenciales más amplios de GNSS llevó a los Estados Unidos a hacer una versión intencionalmente degradada, «disponible selectivamente» de la señal GPS accesible para todos a nivel mundial, de forma gratuita. La versión completa se hizo pública en 2000, ya que cuando su uso se ha disparado en una gran cantidad de aplicaciones civiles. Existen otros sistemas GNSS, como Glonass (operado por Rusia), Galileo (la Unión Europea) y Beidou (China). Pero el GPS sigue siendo dominante debido a la confianza pública generalizada en una infraestructura proporcionada por los Estados Unidos y a la disponibilidad anterior del sistema para uso general, lo que significa que una gran cantidad de receptores más antiguos solo cumplen con el GPS. Unos 5.600 millones de unidades receptores GNSS de usuario final se usaron en 2023, un número predijo aumentar a casi 9 mil millones de unidades en 2033 (ver '' demanda altísima '). Se ha estimado que los beneficios económicos del uso de GNSS son de alrededor de US $ 300 mil millones anuales para los Estados Unidos, $ 81 mil millones en Europa y de $ 9 mil millones a aproximadamente $ 18 mil millones para el Reino Unido (ver 'Productivity Plus').

Los costos potenciales de interrupción de GNSS son igualmente considerables: en todos los sectores, un informe para el gobierno del Reino Unido en 2023 estimó que estos costos, por día, son de casi $ 1.9 mil millones solo para el Reino Unido. Pero mientras que los beneficios económicos del uso de GNS a menudo se acumulan para las empresas individuales, el costo económico de las perturbaciones a la señal GPS, por ejemplo, la falla de la red eléctrica debido a una interrupción del GPS que podría afectar los sistemas de transporte, financiero y de comunicación, tiende a ser asumido por toda la sociedad.

Es necesario poner más responsabilidad en empresas y servicios públicos que brinden servicios a través de GNSS para invertir en la resistencia a la resistencia. La regulación para aumentar la responsabilidad de las empresas individuales y la responsabilidad personal de los gerentes superiores para garantizar la resiliencia del tiempo, es una forma de hacer que esto suceda. También es necesario apoyar el desarrollo de capacidades alternativas de «tiempo de retención»: relojes precisos y locales que pueden continuar proporcionando tiempo durante un tiempo si se pierden las principales señales GNSS.

Es probable que los costos de inversión acumulativos en todas las organizaciones en cada sector para proporcionar dicho sistema de retraso sean significativos. El desarrollo de infraestructuras públicas nacionales para entregar cronometraje resiliente directamente de las representaciones nacionales de UTC, en efecto, recrear el cronometraje como una empresa pública nacional, es una forma de reducir los costos directos para las empresas. Dicha utilidad pública podría infundir confianza y confianza en los usuarios, y cubrir sus costos al ofrecer niveles de tiempo de tiempo escalonados y pagados. En el Reino Unido, un sistema de reloj terrestre de apoyo se está diseñando y desarrollado como una infraestructura de tiempo a nivel nacional a través del Programa Nacional de Investigación y Desarrollo del Centro de Tiempos (de los cuales uno de nosotros, LL, es jefe) en el Laboratorio Nacional Físico (NPL) en Teddington. Este sistema está vinculado a UTC (NPL), la realización en tiempo real del Reino Unido de UTC.

Pero la comprensión limitada de la necesidad de capacidades alternativas de tiempo asegurado es una barrera para lograr la aceptación comercial y política. Un programa de conciencia pública sobre el uso y la importancia de GNSS debe implementarse a nivel mundial, enfatizando tanto los riesgos inherentes a los sistemas actuales como los beneficios de los sistemas de tiempo alternativos para una mayor resiliencia y un rendimiento mejorado.

Vinculación de sistemas de tiempo

Las infraestructuras cruciales, desde los servicios financieros hasta los sistemas de transporte y energía, a menudo son interdependientes. Sin embargo, tienden a operar como ecosistemas independientes, sujetos a su propia legislación y con sus propios estándares regulatorios, políticas, cadenas de suministro y ecosistemas digitales.

Poco pensamiento tiende a ser dado a la seguridad de la cronometraje en el diseño y mantenimiento de los sistemas digitales que sustentan esta infraestructura. La naturaleza intangible del tiempo significa que a menudo cae en la brecha entre las medidas de seguridad cibernética y seguridad física diseñadas para proteger los activos digitales y físicos, respectivamente. Al mitigar la pérdida o interrupción de GNSS se considera en absoluto, tiende a ser por empresas individuales de forma ad hoc. Por ejemplo, los proveedores de redes de telecomunicaciones a menudo tienen relojes atómicos distribuidos en sus intercambios de fibra para permitir que la sincronización se mantenga para la red troncal de Internet, incluso si se interrumpen las señales GNSS. Dichas medidas de mitigación rara vez se prueban de manera robusta por la posibilidad de interrupciones de GNSS en todos los sectores interconectados.

El reloj atómico mantiene el tiempo ultra preciso a bordo de un barco naval mecedor

La naturaleza cada vez más interconectada de la infraestructura de tiempo implica que los relojes terrestres deben ser integrados y capaces de coordinar el tiempo en caso de interrupción del GNSS. Esto subraya la conveniencia de la intervención del gobierno para proporcionar una capacidad base que sea accesible para todos los usuarios donde sea y cuando la necesiten. Esto podría tomar la forma de nueva legislación o regulación y estándares para permitir la interoperabilidad entre las infraestructuras esenciales. Es parte de la justificación detrás del programa de investigación del Centro Nacional de Timing Center del Reino Unido.

Otra consideración es que la cadena de suministro global para los sistemas de tiempo, desde relojes atómicos, sistemas de distribución de tiempo y monitoreo hasta equipos de usuario, es actualmente escasa y carece de diversidad. La ubicuidad y la utilidad de GNSS para el tiempo han resultado en la inversión de la industria y el desarrollo de receptores de bajo tamaño, peso, potencia y costo, proliferando la dependencia de esta solución única. (Uno de nosotros, DP, es el jefe del centro del Reino Unido para la posición, navegación y tiempo habilitados para la Universidad de Glasgow, Reino Unido, que ejecuta un programa que desarrolla tecnologías de tiempo más baratas). Se necesita construir una cadena de suministro más diversa para proporcionar las tecnologías que permiten una infraestructura de tiempo nacional que pueda mejorar la resiliencia del tiempo. Esto debe complementarse con una actualización de la tubería de habilidades.

Las inversiones en el sector privado en la construcción de una cadena de suministro tan resistente para proporcionar un momento confiable dependerán del compromiso efectivo a largo plazo de los gobiernos¹. Las iniciativas políticas como la inversión pública directa o los incentivos tales como créditos fiscales, aplazamientos de intereses y préstamos, deben ser inmunes a los vientos políticos de cambio para eliminar el riesgo de tales inversiones. Esto podría lograrse regulando el tiempo mínimo de retención, el tiempo que cualquier sistema de respaldo puede proporcionar cronometraje preciso, en todas las industrias para garantizar el compromiso de construir y desarrollar dicha resistencia basada en el tiempo. Dicha regulación debe definir los requisitos para relojes específicos con la precisión necesaria para permitir que cada infraestructura nacional funcione de manera efectiva.

Creando nuevos usos para el tiempo

La oportunidad adicional de generación de ingresos de los nuevos sistemas de tiempo es, a primera vista, limitada en comparación con los costos adicionales. Un enfoque únicamente en la gestión del riesgo y mejorar la resiliencia de los sistemas de tiempo podría no ser suficiente para convencer a las empresas de la necesidad de invertir en el apoyo al desarrollo de los sistemas de tiempo de retención terrestre.