Hlavní navigace

GPS přijímače mohou přestat fungovat, po 20 letech se mění epocha

Petr Krčmář

V noci ze 6. na 7. dubna 2019 se v systému GPS změní jedno z počítadel, které určuje takzvanou epochu – počet týdnů ve zhruba 20letém cyklu. Co to bude znamenat pro přijímače a kolik jich přestane fungovat?

Doba čtení: 7 minut

Sdílet

Nejprve krátce a srozumitelně, co se stane v noci ze 6. na 7.dubna 2019. Původní tvůrci GPS zavedli pro určování času mimo jiné číslo týdne. Čítač týdnů je ale jen 10bitový, takže může počítat jen do 1023 a pak dojde k jeho přetečení a nastane opět týden číslo 0. To se stane už za pár dnů, konkrétně 7. dubna 2019, tedy již tento víkend.

Některé GPS přijímače může tato změna zaskočit a pokud s ní nepočítají, může být zásadně ovlivněna jejich funkce Co přesně se stane, záleží na prozíravosti výrobce konkrétního kusu. V ideálním případě vše poběží jak má, protože výrobce ve firmware s touto situací počítá a zařízení se s ní vyrovná správně. Horší situace nastane, pokud přijímač správně určí svou polohu, ale špatně určí čas. V nejhorším případě pak nebude poloha určena vůbec a přijímač nebude funkční.

Návrat do minulosti

V GPS systémech je pro určení polohy kritická přesná synchronizace času. Pro zajímavost chyba v čase o velikosti jedné nanosekundy (10-9 s = jedna miliardtina sekundy) způsobí chybu v poloze přibližně o 0,3 metru. Součástí údaje času v GPS je parametr WN (Week Number), tedy číslo týdne. Tento čítač počítá pořadí týdnů od „počátku GPS“. Můžeme jen spekulovat, proč vývojáři GPS systému pro tento parametr vyhradili pouze 10 bitů. Snadno se dopočítáte, že čítač tedy může nabýt maximální hodnoty 1023 a pak přeteče a opět ukazuje týden nula. Zda opravdu v protokolu potřebovali ušetřit pár bitů, nebo se jen domnívali, že za těch přibližně 20 let už bude stejně všechno jinak, nevíme, řekl nám Petr Dudáček ze společnosti Rex services, která vytváří vlastní lokalizační systém postavený na GPS.

Jako úplný počátek GPS, tedy týden nula první epochy bylo zvoleno datum 6. ledna 1980. K jednomu přetečení již tedy došlo, 21. srpna 1999. Tehdy ovšem GPS nebylo běžně komerčně rozšířené, nejen vzhledem k ceně, ale zejména protože do systému byla záměrně vkládána chyba, aby se předešlo jeho zneužití, vysvětluje Dudáček. Druhé přetečení čítače nastává opět přibližně po 20 letech, konkrétně v noci ze 6. na 7. dubna 2019. Potenciální problém tedy může nastat už tento víkend.

Tři scénáře

Uživatele GPS přijímačů může čekat několik scénářů, v závislosti na použitém čipu, typu zařízení a schopnostech vývojářů, kteří celé zařízení navrhli. Při praktickém testu nejpoužívanějších zařízení jsme se setkali se všemi možnostmi. Pojďme se tedy podrobněji podívat na to, co se může stát a jak se to dá na straně uživatele řešit.

1. vše poběží, jak má

Pokud má zařízení možnost zjistit čas ještě z dalšího zdroje a navrhovali ho znalí technici, bude pravděpodobně fungovat nadále bez problémů. Moderní GNSS (lokalizační) čipy obvykle kombinují několik systémů, kromě GPS obsahují i podporu systému Glonass a nejnovější pak i Galileo. Mají tak možnost zjistit a porovnat několik údajů a při vhodném algoritmu budou fungovat správně. Pokud tedy máte zánovní zařízení, mělo by vše být v pořádku.

2. správná poloha, ale špatný čas

U starších zařízení, která mají přístup pouze k datům z GPS, je situace horší. GPS z principu zná pouze číslo týdne, ale nezná současnou epochu. Pak už záleží na tom, jak se tvůrci zařízení na problém připravili. Zda o něm vůbec věděli, jestli ho řešili. Samozřejmě záleží také na tom, o jaké zařízení se jedná, vyjmenovává Petr Dudáček.

Když půjde například o mobilní telefon s GPS, mohou vývojáři pracovat s časem, který mohou získat z mobilní sítě a chybu korigovat. Ovšem nemusí to tak být a firmware přístroje se může plně spolehnout na přesný čas z GPS.

Pokud se bude jednat o přenosnou navigaci, pravděpodobně další možnost zjištění času mít nebude, ale bude také záležet na tom, jak se s časem pracuje. Dosti pravděpodobně bude zobrazená GPS poloha správná, ale čas zobrazený špatně, což vám v mnoha případech nemusí vadit. Je ale také možné, že vývojáři budou zobrazení polohy blokovat, protože ji označí jako chybnou.

Obdobné je to u různých sledovacích zařízení, například u dálkového GPS sledování vozidel. U toho bude navíc záležet, jak se k polohám s chybným datem postaví zpracování na straně poskytovatele služby. Například náš systém Rex je na chybná data připraven a u jednotek, které budou posílat posunuté datum, jej bude korigovat. Uživatel tak ani nebude vědět, že má lokátor postižený zmíněnou chybou, protože nadstavbový systém ji za něj opraví.

U problému s posunutým časem je třeba ještě upozornit na to, že chyba nemusí nastat hned 7. dubna, ale v podstatě kdykoli později. Vývojáři totiž mohli postupovat různě. Základní myšlenka je, že je naprogramováno, že datum nemůže poklesnout pod počátek druhé epochy, tedy pod 21. srpna 1999. Týden nula tedy bude v roce 1999, ale někteří výrobci mohli jako hraniční datum stanovit například datum výroby nebo datum vydání firmware. K chybě tedy dojde 1024 týdnů po tomto datu, který ovšem nikdo ze zákazníků nezná. Jde tedy tak trochu o časovanou bombu, říká Dudáček.

3. žádná poloha

Tato nejhorší varianta nastane, pokud výrobce nepočítal s přetočením epochy a zároveň do firmware umístil nějaký mechanismus eliminace chybných poloh. Poloha tak bude označena jako chybná a nebude zobrazena, případně odeslána. Problém se může dotknout jakékoliv zařízení využívajícího GPS. Jedná se o navigace, hodiny řízené pomocí GPS, sportovní hodinky, mobilní telefony, zařízení pro GPS sledování vozidel a fleet management nebo letecké navigační přístroje.

Situaci může paradoxně ještě zhoršit systém A-GPS. Tato asistovaná GPS se běžně používá u zařízení, která mají přístup k internetu, tedy typicky mobilní telefony nebo sledovací jednotky pro auta. Funguje to tak, že si jednotka část navigačních dat stáhne nikoli z GPS, ale rychleji pomocí mobilní sítě. Po změně může nastat paradoxní situace, kdy  si tato data budou odporovat a můžeme se jen domýšlet, jak si s tím tvůrce zařízení poradí.

Významný výrobce GPS navigací TomTom na svých stránkách u některých produktů zmiňuje: Pokud Vaše satelitní navigace nebude aktualizována před 6. dubnem 2019, dojde k narušení jejího výkonu. Z toho vyplývá, že minimálně některá zařízení TomTom jsou tímto problémem ovlivněna, ale vše je vyřešeno aktualizací firmwaru. Navíc TomTom spustil i webovou stránku, kde se dá ověřit, zda je zařízení problémem ovlivněné.

Výrobce GPS zařízení Garmin vydal prohlášení, ve kterém stojí: Naše testy ukázaly, že většina zařízení Garmin s GPS bude po události pracovat bez problémů. Dále však dodává, že některá zařízení mohou ukazovat špatný čas a datum. I když jeden bezpečnostní expert na konferenci RSA 2019 řekl, že v žádném případě 6. dubna nepoletí letadlem, dopad na letecké navigační přístroje se nepředpokládá, říká Petr Dudáček a shoduje se tak s prohlášením společnosti Garmin.

Většina testovaných nefunguje správně

Společnost Rex services si nechala na katedře radioelektroniky ČVUT FEL provést test na nejpoužívanějších jednotkách používaných v lokátorech. Kontrola prokázala, že problém je opravdu vážný. Na GNSS simulátoru bylo prověřeno 15 typů nejpoužívanějších automobilových a osobních lokátorů, jen 6 z nich bude schopné po přetočení epochy pracovat bezchybně. Větší část lokátorů poskytovala správnou polohu, ale chybný čas. Několik zařízení pak neposkytovalo data vůbec.

Podle Dudáčka se o současném problému GPS příliš nemluví, přestože jde o velmi rozšířený zdroj dat. Myslím, že na rozdíl od problému Y2K před rokem 2000, který byl technicky obdobný, je nastávající problém s GPS dosti podceňován. Zdaleka totiž nejde jen o navigaci v automobilech, mobilních telefonech či určování polohy při sledování. GPS signál je na mnoha strategických místech používán k synchronizaci času, vysvětluje Petr Dudáček.

Co moje zařízení?

Předpovídat konkrétní chování jednotlivých zařízení je podle Petra Dudáčka velmi těžké, protože existují přístroje mnoha kategorií, počínaje mobilními telefony. Vzhledem k tomu, že například zařízení s Androidem je opravdu široká škála a výrobců mnoho, lze těžko říct, jak s GPS pracují. Mohou GPS pro čas využívat a nemusí, mohou ho srovnávat s GSM nebo NTP a nemusí. Určitá pravděpodobnost problému tam tedy je, zejména u nerenomovaných výrobců, dodává Dudáček.

Většina seriózních firem však poskytuje pro svá zařízení upgrade firmwaru a ve většině případů bude problém pomocí upgradu řešitelný. Jediné co tedy lze doporučit, je udržovat zařízení aktuální. Pokud zařízení bude vykazovat chybu a aktualizace nebude k dispozici, nic než likvidace elektroodpadu asi nezbude.

O problému s epochou se ví samozřejmě dlouho a spolu s vypouštěním nových družic se i GPS systém modernizuje a aktualizuje. Mimo jiné bude čítač pro WN rozšířen z 10 na 13 bitů. To představuje epochu o délce 8192 týdnů, což je je 157 let. Je to dost nebo není? Jediné, co mohu zodpovědně prohlásit je, že nikoho z nás už to trápit nebude, dodává Petr Dudáček.