Précision, justesse, stabilité : le vocabulaire de la métrologie#

Pourquoi#

Le chapitre précédent affiche des chiffres comme “RMS offset ~0,07 à 1,7 µs” et “dérive 0,007 à 0,05 ppm” sans les définir rigoureusement. Ces deux nombres mesurent en réalité deux qualités complètement différentes d’une horloge, souvent confondues dans le langage courant. Comprendre cette distinction change la façon d’interpréter tout le reste de ce guide, en particulier pourquoi une valeur peut être “bonne” sur un critère et “mauvaise” sur un autre, simultanément.

Trois grandeurs, trois questions différentes#

Analogie : une simple montre mécanique. Une montre précise porte une trotteuse et un cadran finement gradué : on peut y lire la seconde, voire la fraction de seconde. Une montre juste indique la bonne heure, celle d’une référence (pas trois minutes d’avance en permanence). Une montre stable avance ou retarde toujours de la même quantité, jour après jour : son écart reste régulier, même s’il n’est pas nul. Une montre peut être précise (trotteuse et cadran détaillé) sans être juste (toujours cinq minutes en avance), exactement comme une horloge peut afficher des nanosecondes (précise) tout en étant décalée d’une dizaine de minutes par rapport à UTC (peu juste).

Ce que mesurent réellement le RMS offset et le skew#

Les deux métriques mises en avant tout au long de ce guide correspondent directement à deux de ces trois grandeurs :

• RMS offset (chronyc tracking) mesure la justesse : l’écart type de l’erreur entre l’horloge du serveur et la référence GNSS. Une valeur autour de la microseconde signifie que le serveur est, en moyenne, très proche de la vraie heure UTC.
• Skew (chronyc tracking) mesure la stabilité de fréquence de l’oscillateur local, en parties par million (ppm). Un skew faible et stable signifie que l’horloge dérive peu entre deux corrections successives de chrony : c’est ce qui rend la stabilisation thermique (chapitre dédié) pertinente : la stabilité de fréquence dépend directement de la température de l’oscillateur.

Il est possible d’avoir un excellent RMS offset instantané tout en ayant un skew élevé et instable, un serveur bien corrigé en permanence, mais dont l’oscillateur sous-jacent varie beaucoup et demande donc des corrections fréquentes et importantes. Inversement, un oscillateur très stable mais mal calibré donnera un skew excellent avec un RMS offset décevant. Ce sont deux défauts différents, avec des causes et des remèdes différents.

La stabilité de fréquence se quantifie plus rigoureusement encore, au-delà du skew instantané, avec l’écart-type d’Allan σᵧ(τ). Cet outil, sa mesure sur ce serveur (σᵧ ≈ 1,8×10⁻⁸ à τ=4 s, avec le graphe de stabilité du quartz) et sa mise en regard des références atomiques de l’Observatoire de Paris sont traités au chapitre Performances.

Erreurs à éviter#

• Confondre un bon RMS offset instantané avec une garantie de qualité à long terme. Un seul relevé chronyc tracking ne dit rien sur la stabilité, deux mesures espacées de plusieurs heures, en observant le skew, donnent une image bien plus fiable (cf. chapitre Munin pour l’observation sur la durée).
• Optimiser une seule métrique en dégradant l’autre sans s’en rendre compte. L’anecdote poll 2 vs poll 4 du chapitre Chrony en est un bon exemple : une hypothèse théorique sur le filtrage statistique a amélioré un aspect en théorie tout en dégradant le RMS offset mesuré en pratique.

Vérifier#

chronyc tracking | grep -E "RMS offset|Skew"

Ces deux valeurs, observées à plusieurs heures d’intervalle et idéalement à des températures ambiantes différentes (jour/nuit), forment le test le plus parlant pour distinguer justesse instantanée et stabilité réelle.

📚 Pour aller plus loin

• La distinction précision/justesse/stabilité est formalisée dans le IEEE Std 1139-2008 (Standard Definitions of Physical Quantities for Fundamental Frequency and Time Metrology, Random Instabilities).