GUM o GPS rollover: kto może spać spokojnie?

W mediach głośno zrobiło się ostatnio o tzw. GPS rollover, czyli wydarzeniu, które może negatywnie wpłynąć na działanie niektórych odbiorników satelitarnych. Fachowy głos w tej sprawie zabrał Główny Urząd Miar (GUM).

Jak wyjaśnia GUM, w nocy z 6 na 7 kwietnia (z soboty na niedzielę) o godz. 2:00 nastąpi wyzerowanie się 10-bitowego licznika numerów tygodni (przepełnienie licznika) w depeszach nawigacyjnych wysyłanych przez satelity GPS. Oznacza to, że po numerze tygodnia „1023” (2 do potęgi 10 minus 1) liczonego w systemie GPS w sposób ciągły od 22 sierpnia 1999 r. nastąpi numer „0”, który odpowiada pierwszemu tygodniowi liczonemu już od daty 7 kwietnia 2019 r. Takie zdarzenie nazywane jest „GPS week number rollover”.

System GPS oznacza i dystrybuuje czas i datę w sposób unikalny, wynikający z zasady generowania kodów transmisyjnych, natomiast odbiornik GPS, a w głównej mierze jego oprogramowanie, przetwarza odebrany sygnał, interpretując go zgodnie z przyjętym w urządzeniu algorytmem. Nie każdy algorytm wymaga daty pobranej z systemu GPS. Jeśli jednak data pobrana z systemu GPS jest istotna, to przy zapewnieniu aktualności oprogramowania nic niepożądanego 7 kwietnia 2019 r. i po tym dniu nie powinno się wydarzyć.

Zdarza się, że przedmiotowe zdarzenie nie do końca poprawnie porównywane jest w mediach do „problemu roku 2000” (tzw. pluskwy milenijnej). Należy jednak podkreślić, że GPS rollover jest nieprzypadkowym efektem, wynikającym z architektury systemów nawigacji satelitarnej, powtarzającym się w przypadku GPS co ok. 19,6 roku (1024 tygodni razy 7 dni i dzielone przez 365,25).

System GPS wykorzystywany jest nie tylko do wyznaczania współrzędnych urządzenia odbiorczego (pozycjonowanie), ale także do synchronizacji czasu. Poprzez to, że satelity dystrybuują dokładną informację o czasie powiązanym z UTC, odtworzenie uniwersalnego czasu koordynowanego z wykorzystaniem sygnałów GPS jest stosunkowo łatwe i tanie (mając na uwadze zaistniały rozwój technologii odbiorników). Odbiorniki GPS, które umożliwiają wygenerowanie precyzyjnego znacznika czasu, stanowią element składowy złożonych systemów i obiektów, często wpisujących się w definicję infrastruktury krytycznej. Rozwój nowoczesnego przemysłu spowodował znaczny wzrost zależności rozwiązań ICT (Information and Communication Technologies) od sygnałów GPS.

Każdy użytkownik powinien mieć na uwadze ewentualne problemy związane z obsługą tego zdarzenia przez posiadane urządzenia lub/oraz systemy. W ocenie GUM najważniejsze informacje odnośnie GPS rollover przydatne wszystkim użytkownikom GPS przedstawiają się następująco:

• obsługa tego problemu leży po stronie oprogramowania sprzętowego (firmware) odbiornika GPS i tego, czy odbiornik pozyskuje/wykorzystuje niezależną od GPS wiarygodną informację o aktualnej dacie;
• w ostatnim czasie wielu producentów i dystrybutorów sprzętu odbierającego sygnały GPS udostępnia w różnej formie (przeważnie na stronach internetowych) informacje o obsłudze GPS rollover wraz z instrukcjami postępowania w zależności od posiadanego typu urządzenia;
• negatywny wpływ GPS rollover na urządzenia wykorzystujące sygnały GPS do pozycjonowania oraz/lub nawigacji nie powinien być (zasadniczo) odnotowany, natomiast operatorzy/użytkownicy urządzeń synchronizujących czas z czasem GPS powinni zwrócić szczególną uwagę na ten problem;
• znikomym prawdopodobieństwem wystąpienia błędu charakteryzują się odbiorniki wielosystemowe (wykorzystujące sygnały GPS razem z Galileo, GLONASS, BeiDou);
• na większe prawdopodobieństwo wystąpienia błędu narażone są odbiorniki dawno wprowadzone na rynek lub takie, które nie były przez długi czas poddawane aktualizacji oprogramowania (w okresie kilkunastu lat);
• większe ryzyko wystąpienia problemu związanego z obsługą GPS rollover istnieje też wśród odbiorników, które zostały oprogramowane indywidualnie, z użyciem dostępnych na rynku chipsetów GPS OEM (Original Equipment Manufacturer);
• niektóre odbiorniki mogą uzależniać prawidłowe oznaczenie czasu od daty utworzenia oprogramowania sprzętowego lub daty ostatniej aktualizacji – w takich przypadkach efekt GPS rollover może być zauważony niekoniecznie w momencie zerowania się licznika tygodni GPS;
• odbiorniki GPS i oprogramowanie zapewnione przez producentów, którzy stosują się m.in. do specyfikacji IS-GPS-200, nie powinny być narażone na negatywny wpływ GPS rollover.

Departament Bezpieczeństwa Krajowego Stanów Zjednoczonych (US Department of Homeland Security) opublikował w minionym roku dokument stanowiący memorandum dla użytkowników wykorzystujących GPS do pozyskania informacji o czasie UTC. W tym dokumencie oraz w innych komunikatach podawane są rekomendacje dla użytkowników GPS odnoszące się do najbliższego wydarzenia GPS rollover, które wskazują na konieczność:

• rozpoznania i ustalenia możliwych powiązań pomiędzy odbiorem sygnałów GPS i wykorzystaniem ich do celów synchronizacji czasu, szczególnie w przypadku operatorów/zarządzających infrastrukturą krytyczną;
• skontaktowania się z producentami posiadanych odbiorników GPS w celu:

1. określenia stopnia przystosowania posiadanych urządzeń do obsługi GPS rollover,
2. rozpoznania wymaganych działań, które powinien podjąć użytkownik/operator, aby zapobiec ewentualnym błędom związanym z GPS rollover,
3. upewnienia się, że oprogramowanie sprzętowe odbiorników GPS jest aktualne.

W kontekście przedmiotowego wydarzenia najważniejsze zatem jest zaktualizowanie oprogramowania sprzętowego w posiadanych odbiornikach/systemach oraz kontakt z producentem lub sprawdzenie informacji na ten temat na jego stronie internetowej.

Sposobem na pełne rozpoznanie zależności informacji o czasie pozyskiwanej z odbiornika GPS od wydarzenia GPS rollover jest wykorzystanie symulatora sygnałów GNSS. Niemniej jednak może być to uciążliwe, gdyż w Polsce takie symulatory nie są powszechne, a w przypadkach bardziej złożonych systemów, systemów rozproszonych czy systemów działających w trybie ciągłym jest to bardzo trudne lub wręcz niemożliwe. Mając na uwadze powyższe, użycie symulatora GNSS może być traktowane jako ostateczność w przypadku braku pewności co do ewentualności zaistnienia problemu, który mógłby wyrządzić szkody materialne oraz/lub utratę zdrowia bądź życia ludzkiego.

Źródło: GUM