Введение

Координация событий для одновременной работы системы

Синхронизация – это координация событий для одновременной работы системы. Например, дирижер оркестра обеспечивает синхронность игры оркестра, то есть соблюдение темпа. Системы, в которых все части работают согласованно, называются синхронными или находящимися в синхронности, а системы, работающие несогласованно – асинхронными. В настоящее время синхронизация времени между системами по всему миру возможна благодаря сигналам спутниковой навигации и другим технологиям передачи времени и частоты.

Навигация и железнодорожные пути

Хранение времени и синхронизация часов — критически важная задача в океанской навигации на большие расстояния. До появления радио- и спутниковой навигации морякам требовалось точное время в сочетании с астрономическими наблюдениями для определения пройденного расстояния в восточном или западном направлении. Изобретение точного морского хронометра совершило революцию в морской навигации. К концу XIX века важные порты предоставляли сигналы времени в виде выстрелов из пушки, флагов или сбрасываемых шаров, чтобы моряки могли проверять и корректировать свои хронометры на предмет погрешностей. Синхронизация также была важна для работы железных дорог XIX века, которые стали первым крупномасштабным видом транспорта, достаточно быстрым, чтобы различия в местном среднем времени между соседними городами стали заметными. Каждая железнодорожная линия решала эту проблему, синхронизируя все свои станции с центральной диспетчерской, устанавливая единое железнодорожное время. В некоторых регионах компании использовали один и тот же железнодорожный путь и должны были избегать столкновений. Необходимость точного соблюдения времени привела к тому, что компании пришли к единому стандарту, а гражданские власти в конечном итоге отказались от местного среднего времени в пользу железнодорожного.

Динамические системы

Синхронизация множества взаимодействующих динамических систем может возникать, когда системы являются автономными осцилляторами. Фазовые осцилляторы Пуанкаре – это модельные системы, способные взаимодействовать и частично синхронизироваться в случайных или регулярных сетях. В случае глобальной синхронизации фазовых осцилляторов происходит резкий переход от состояния рассинхронизации к полной синхронизации при превышении критического порога силы связи. Этот переход известен как фазовый переход модели Курамото. Синхронизация – это эмерджентное свойство, наблюдаемое в широком спектре динамических систем, включая нейронную передачу сигналов, работу сердца и синхронизацию световых волн светлячков.

Нейробиологии

В когнитивной нейробиологии (зависящие от стимула) (фазовые) синхронные колебания популяций нейронов служат для решения общей проблемы связывания. Согласно так называемой гипотезе Binding By Synchrony (BBS), возникает точная временная корреляция между импульсами нейронов ("анализ перекрестной корреляции") и, таким образом, зависимая от стимула временная синхронизация когерентной активности субпопуляций нейронов. Более того, этот механизм синхронизации позволяет обойти проблему суперпозиции, более эффективно идентифицируя сигнатуру синхронных нейронных сигналов как единое целое для последующей обработки информации в (субкортикальных) областях мозга.

Когнитивная наука

В когнитивной науке интегративные (фазовые) механизмы синхронизации в когнитивных нейроархитектурах современного коннекционизма, включающие в себя связанные осцилляторы (например, "осцилляторные сети"), используются для решения проблемы объединения в когнитивной нейронауке в перцептивном познании ("объединение признаков") и в языковом познании ("объединение переменных").

Биологические сети

Существует концепция, что синхронизация биохимических реакций определяет биологический гомеостаз. Согласно этой теории, все реакции, происходящие в живой клетке, синхронизированы по количеству и временным масштабам для поддержания функциональности биологической сети.

Движение человека

Синхронизация движений определяется как схожие движения двух или более людей, происходящие одновременно. Это отличается от имитации, которая возникает с небольшой задержкой. Примерами могут служить хороводные танцы и строевая походка. Концепция мышечного резонанса предполагает, что согласованные движения вызывают определенные эмоции. Это послужило толчком к первым исследованиям синхронизации движений и ее влияния на человеческие эмоции. В группах синхронизация движений способствует повышению конформности, сотрудничества и доверия. В парах, состоящих из двух человек, синхронизация демонстрирует увеличение чувства общности, самооценки, сострадания и альтруистического поведения, а также улучшение взаимопонимания. Во время конфликтов наблюдается снижение синхронности между спорящими, однако неясно, связано ли это с изменением эмоционального состояния или другими факторами. Существуют данные, свидетельствующие о том, что для достижения положительного эффекта синхронизация движений требует взаимодействия с другими людьми, поскольку эффект повышения чувства общности не проявляется, когда один из участников пары синхронизирует свои движения с чем-либо внешним. Требуются дальнейшие исследования для разделения влияния намеренности и положительного эффекта синхронизации.

Применение

Синхронизация важна в цифровой телефонии, видео и цифровом аудио, где обрабатываются потоки дискретизированных данных. Синхронизация изображения и звука была важной технической проблемой в звуковом кино. Более сложные приложения для кино, видео и аудио используют временной код для синхронизации аудио и видео. В системах электроснабжения синхронизация генераторов необходима при подключении нескольких генераторов к электрической сети. В цифровых электронных системах, таких как микропроцессоры, требуются арбитры для обработки асинхронных сигналов. Существуют также электронные цифровые схемы, называемые синхронизаторами, которые пытаются выполнить арбитраж за один тактовый цикл. В отличие от арбитров, синхронизаторы подвержены отказам. (См. метастабильность в электронике). Системы шифрования обычно требуют некоторого механизма синхронизации, чтобы гарантировать, что принимающий шифр декодирует правильные биты в нужное время. Автомобильные трансмиссии содержат синхронизаторы, которые выравнивают скорости вращения зубчатых частей (шестерен и шлицевого вала) перед зацеплением. Синхронизация со вспышкой обеспечивает одновременную работу вспышки и затвора камеры. Некоторые системы могут быть синхронизированы лишь приблизительно, или быть плезиохронными. В некоторых приложениях необходимо определять относительные сдвиги между событиями, а в других важен только порядок их следования.