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再过十多天,靠着GPS校准时间的设备们就要慌了!!

作者:差评 来源:差评 公众号
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03-23




最近马上要发生一件不大不小的事儿。


事件类似 2000 年时的千年虫事件。


在计算机被发明出来的 20 世纪,大家一开始想问题比较简单,觉得软件不会用很久,于是用两位数字代表年份。


很显然。。。在 19XX 年的时候没啥事儿,但是 2000 年会出现问题:计算机碰到 “ 00 ” 会理解为 1900 年。


很多程序运行可能会出现问题,设备甚至可能停止运转。。。


不过因为政府企业高度重视这个问题,所以最后没有闹出大规模故障。


现在的服务器普遍使用的 Unix 系统用的是 32 位二进制整数表达时间,足够用到 2038 年 ~


不过差评君这回要说的问题是迫在眉睫的, GPS 授时翻转问题。


GPS 大家应该都听过,是美国国防部为了给军队定位而发射的卫星组,共有 24 颗卫星组成,后来渐渐转给全世界民间使用。


这套系统除了定位,还有个作用就是授时。


全球各地能在一起通信,工作,有一个很重要的因素需要维持,便是时刻


也许各地会存在时差,但我们这儿说的是时间流逝的误差。


同样过了一天小时,不能我这儿时钟显示过了 23 小时 59 分 59 秒,你那儿过了 24 小时 00 分 01 秒。


日常生活差个一两秒关系不大,但是时间久了以后,银行系统,航班系统,股市开盘等等都会受很大影响。


说白了,大家的时钟要保持一致。


会造成时钟差异的原因很简单,现在的计时方法本质上还是测震动频率,比如常用的石英钟就是给晶体导电后测振荡次数 -- 每隔 1431 万 8180 次就记一秒。


原子钟会更精确一些,例如铯原子钟的频率是每 9192631770 次振荡记一秒。


但各地用不同的时钟难免会有其他因素,例如电流影响,磁场影响,人为影响。。。当你在做一个精确度要求极高的事情时,屁大的事儿都是干扰。


或者说。。。相对论:你坐了一天飞机,处于高速移动的状态,因此时间会过得慢一些,宅家里一天的我过了 1 秒,但你可能是 0.999912345 秒。


好吧。。。既然误差难以规避,那咱们不管误差,大家用同一个钟。


或者说得实际一点,大家都拿自己的表和同一个来源校准。


这就是 “ 授时 ” ,我国就有个 “ 中国科学院国家授时中心 ” 。


那么问题来了,当地球距离比较远的两地要校准时间时,会发生什么?


假设我们放在中国,那么美国人发送授时请求时就会这样:


信息传递速度的极限是光速,我们凑个整算它 30 万千米/秒。


中国和美国的地理位置中心相隔 11657 千米。


11657 千米 ➗ 300000 千米/秒 = 0.039 秒


一次授时发送请求,再反馈授时,花在路上的时间就有大约 0.08 秒误差,一天多次授时下来,误差还挺可观的。。。


这么看来,地面授时有一些局限性。。。


那在天上呢?


这儿就可以说回刚才提到的 GPS 授时了,GPS 不仅可以拿来定位,也可以授时。


每个 GPS 卫星上都带有高精度的原子钟,他们互相备份和纠正时间,并且定期和地面控制站通信授时。


考虑相对速度和信号传输速度, GPS 授时还会通过一些公式消除误差,既精确,对全球来说又很公平。


GPS的时间计数由周和秒组成,一周等于 604800 秒,也就是说每当秒数记录到 604800 就会归零,周计数会 +1 周。 


但可能是资源有限,GPS 里周的计数只用了 10 位二进制数字来表达,也就是说上限只能计 2 的 10 次方 -- 1024 周。


坑爹的是。。。周计数满了之后没地方进位了,还是会照常归零。。。


如果接收 GPS 授时设备的厂商没有提前做准备,那可能一个不留神设备的时间就滚回 19 年前了。


在例如航天,电力,金融等对时间很敏感的领域里,时间错误就是灾难。。。


这一次的回滚时间点,是北京时间 2019 年 4 月 7 日早上 7 时 59 分 42 秒。


看起来是不是离得超近了呀。。。


其实也没那么可怕,有很多方法去规避,1999 年就发生过一次,啥事儿也没。


一般解决方法就是更新一下软件,注意授时有没有滚动,有的话注意计时开始时间点要更新。


近几年研发的设备一般都会考虑到这个问题,如果没有的话联网滚动更新一下就好。


稍微麻烦一些的嵌入式系统则需要和厂家联系,如果没有提前准备那就得抓紧时间啦。( 虽然差评君相信以他们的专业水平,老早就注意到这个问题了 )


一些设备厂已经提醒客户注意更新


有的新闻说在那一天飞机不能坐了,但现在的飞机其实不完全依靠 GPS 数据,只是做一个位置参考,不会干扰飞行安全。( 此说法来自红星新闻对民航资深机长陈建国的采访 )


你要是觉得 GPS 老因为这个缺陷麻烦人很不爽的话。。。用北斗呀 ~ 我国的北斗系统现在非常成熟了,不少国内厂家都已经开始转北斗授时了 ~


所以在那一天,其实你啥也不用干,不要轻信什么谣言,好好过一个清明节假期就行啦 ~



参考资料:

卫导信息 “ 聚焦丨GPS周计数翻转临近,来看看吧! ”

红星新闻 “ 4月6日乘飞机很危险?资深机长回应了 ”



“ 不要方! ”

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