Varför din telefons GPS desperat behöver en stor översyn

Den mest moderna tekniken, inklusive smartphones, körs på GPS. Men systemet kan vara mer sårbart för fel än du tror. USA saknar backup geolokaliseringsteknik, vilket innebär att avbrott eller störningar kan vara katastrofala. Ryssland har hotat att förstöra GPS satelliter och nyligen felaktiga GPS-signaler stängde tillfälligt en flygplats i Dallas.

Tack och lov går företag in för att hjälpa till att skydda GPS. NextNav tecknade nyligen ett avtal om att tillhandahålla ny teknik kallad TerraPoiNT som fungerar som backup för GPS, med hjälp av befintlig LTE och 5G nätverk. "TerraPoiNTs signal är över 100 000 gånger starkare än GPS, och dess signalkryptering gör den mer resistent mot störningar och spoofing, säger Ganesh Pattabiraman, NextNavs VD, till Digital Trends i en intervju. Det är en spännande statistik - och en glimt av hur vi kan (och bör) skydda GPS.

Varför GPS är så viktigt och så ömtåligt

GPS tillhandahåller positionerings-, navigerings-, tidtagningstjänster samt platstjänster för mobiltelefoner. Dess utbredda tillgänglighet har gjort det till ett globalt verktyg som är integrerat i industrier och infrastruktur, allt från elnätet till 911-nödtjänster till finansiella transaktioner. Men, sa Pattabiraman, systemet är "otroligt sårbart" för störningar - inklusive störningar och spoofing.

Sam Brown, en professionell radioingenjör som driver en radiofrekvensblogg på OneSDR, sa i en intervju att GPS-kommunikationsmottagare ofta störs med hjälp av lättillgängliga och billiga störsändare.

"En störsändare kommer att avge en signal som stör signalmottagningen, och som ett resultat kommer GPS-mottagaren inte att kunna tillhandahålla platsinformation", tillade han.

I ett färskt exempel, problem med GPS-signaler ledde till att flyg ställdes på grund på Dallas/Fort Worth International Airport. Problemet spårades till en mystisk störningskälla och stängde flygplatsen i två dagar.

Potentiell utländsk inblandning är en annan fråga. Ryssland har skryt om att det kan ta ut satelliterna som tillhandahåller vår GPS.

"En incident som ett stort solsken eller skada på kommersiella satelliter kan potentiellt slå ut många viktiga tjänster som vi litar på varje dag", sa Pattabiraman. "Det är därför den amerikanska federala regeringen har erkänt vikten av att implementera PNT alternativa tekniker för att säkerställa GPS motståndskraft, inklusive genom en verkställande order för att "engagera den offentliga och privata sektorn för att identifiera och främja en ansvarsfull användning av PNT-tjänster."

Alex Damato, tillförordnad verkställande direktör för GPS Innovation Alliance, en industrigrupp, sa i en intervju att hans organisation håller en teknikneutral hållning när det gäller backup-GPS lösningar.

Men, sa han, GPSIA håller med om att "den bästa strategin för att uppnå motståndskraftig PNT-tjänst är att utöva flera tekniker för att främja mångfald i PNT-funktionerna." Det är också viktigt att säkerhetskopieringslösningar kan erbjuda likvärdiga möjligheter och en prestandanivå i nivå med GPS-tekniker och drivs av PNT-kraven för varje industrisektor snarare än regeringen mandat.

Ett problem under decennier

En del av problemen med GPS härrör från dess design som en kvarleva från det kalla kriget. GPS var designad för militär användning i konfliktområden där civila nätverk inte var tillgängliga - att skjuta raketer tusen miles genom övre atmosfären eller hjälpa bärare fulla av flygplan att korsa havet, sa Tim Sylvester, grundare och VD för Integrated Roadways, i en intervju. Det var aldrig avsett att hjälpa till att navigera fotgängare och fordon i fredliga stadsområden.

"Denna oöverensstämmelse i design kontra användning betyder att GPS har flera betydande brister, såsom låg noggrannhet och hög latens," sa Sylvester. Dessa utmaningar är en produkt av GPS-signaler som kommer från satelliter tusentals kilometer bort, och nackdelarna är en konsekvens av fysik som inte kan fixas.”

GPS har sina nackdelar när det kommer till en ny generation självkörande bilar. Den låga noggrannheten hos GPS gör att du inte effektivt kan använda den för att veta vilken fil någon befinner sig i, vilket är ett stort problem när du kör, och hög latens innebär att din positionsinformation blir sämre när du rör dig snabbt, vilket också är ett stort problem när du kör, Sylvester sa. Eftersom GPS kommer från tusentals kilometers avstånd, i stadsområden med många höga byggnader, är noggrannheten jämn värre eftersom de höga byggnaderna blockerar satelliter som inte är i exakt rätt position för att sända förbi byggnader.

"Dessa begränsningar är helt i strid med att använda GPS för uppkopplade och autonoma fordon, vilket kräver hög noggrannhet, låg fördröjning och tillförlitlig drift i täta stadsområden, med tanke på hur täta stadsområden är där all trafik är,” Sylvester sa. "Precis som tidningar ersattes med onlinenyheter var GPS en bra språngbräda, men det är dags att gå förbi det. Faktum är att de flesta appar redan ignorerar GPS och ersätter det tyst med alternativ som Bluetooth, men detta är vanligtvis dolt för användaren eftersom det användaren bryr sig om är en bra tjänst, inte hur de får Det."

Den kommande vågen av autonoma fordon kan kräva ett bättre lokaliseringssystem. Sylvester sa att det mest lovande alternativet till GPS för uppkopplade och autonoma fordon kallas APNT. PNT står för "position, navigation, telemetri". Beroende på vem du frågar kan "A" stå för assisterade, utökade, försäkrade, alternativa eller andra nästan synonyma termer.

APNT är inbyggt i den lokala infrastrukturen, inklusive cellantenner, Bluetooth-beacons, Wi-Fi eller andra "alternativa" sätt att positionera, navigera och ta emot fordonstelemetri.

“De här metoderna har klappats ihop under de senaste 15 åren med en kombination av smartphone komponenter och lättillgängliga kommunikationsmetoder, och även om de är perfekta för turister som roamar Market Street eller Times Square försöker hitta en smörgås som är mindre än $30, deras ad hoc-karaktär innebär att de inte kan litas på för autonomi, "Sylvester sa.

Integrated Roadways har utvecklat Smart Pavement, som bygger in APNT-funktionerna direkt i vägen, med hjälp av högnoggranna vägsensorer och stöds av en kantnätverk med ultralåg latens, "så att alla vägar som uppgraderats med Smart Pavement har alla APNT-funktioner som behövs för anslutna och autonoma fordon inbyggda i vägbana och designad från grunden som ett pålitligt, säkert, säkert nätverk av industriell kvalitet som tillhandahåller de funktioner som krävs av nästa generations mobilitetskrav, ” sa Sylvester

Vart går vi efter GPS?

NextNavs system är inte det enda alternativet som GPS-backup. Max Perez, vice vd för forskning och säkerhetslösningar på ColdQuanta, sa i en intervju att Quantum Positioning Systems (QPS) har potentialen att fungera som ett alternativ till GPS. Kvantegenskaper driver positioneringssystemet, och till skillnad från GPS kräver QPS ingen pågående kalibrering med externa signaler för att köras.

"En QPS behöver bara veta sin startpunkt för att fungera och kan beräkna hur snabbt den har färdats, hur länge och i vilken riktning för att bestämma sin nuvarande position," sa Perez. "Quantum Positioning Systems (QPS) skulle förstärka GPS över hela världen eftersom det erbjuder avsevärt förbättrad navigeringssäkerhet. Användningsfall för QPS inkluderar navigering för flygplan, ubåtar, autonoma bilar och mer. Fördelarna med QPS över GPS inkluderar noggrannhet, inget beroende av satellit, användning inomhus och mindre sårbarhet för hacking.”

Damato sa att GPS-industrin förnyar sig snabbt och utvecklar lösningar som gör GPS mer exakt och motståndskraftig. Dessa lösningar inkluderar GPS-mottagare, satelliterna som levererar dessa GPS-signaler och markkontrollsegmentet som spårar och övervakar GPS-prestanda.

"En stor modernisering av GPS-konstellationen är på god väg, som, när den är färdig, kommer att leverera dussintals av nya satelliter som ger avsevärt större noggrannhet och ökade anti-jamming-förmåga”, han Lagt till.

Redaktörens rekommendationer

• Detta stora Apple-fel kan låta hackare stjäla dina foton och torka din enhet
• Google vill döda dina lösenord på Android och Chrome med lösenord
• Varför vi måste sluta återuppfinna smartphones med sekundära skärmar
• Pegasus och BlastDoor är anledningen till att du behöver uppdatera dina Apple-enheter omedelbart
• Här är en sak du behöver göra innan du ger ditt barn en smartphone eller surfplatta