2010년 1월 미국 군사 GPS 수신기의 호환성 문제

Global Positioning System (GPS)

• 우주를 기지로 한 전세계 위성 항해 시스템(a space-based global navigation system)
• 매우 정확한 시계를 실은 여러 위성이 지구 근접 궤도를 돌면서 자신의 현 시각을 지구로 송신
• 지상의 GPS 수신기는 가시거리 내에 있는 위성의 신호를 받아 수신된 시간과 수신기 내부 시계 시간의 차이를 측정하여 위성과 수신기의 거리를 계산. 수신기는 다수의 위성으로부터 이런 신호를 받아 삼각측량을 통해 자신의 경도, 위도, 고도를 결정함

GPS 명령과 통제(Command and Control)

• GPS 시스템은 미 공군에 의해 개발되고, 유지 보수되고, 운영됨
• 위성들은 콜로라도의 Schriever 공군 기지에 있는 Air Space Command 유닛에 의해 모니터되고 통제됨(백업 통제 센터는 캘리포니아의 Vandenberg 공군 기지에 위치)

현 시스템 - GPS IIA

• GPS 개발은 1970년대에 군사 프로젝트로 시작됨. 첫 GPS 시스템은 1973년에 배치되었고 이후 신규 위성 기술로 지속적으로 대체됨
• 현 GPS 시스템인 GPS IIA의 위성들은 1990년과 1997년 사이에 발사되어 두 가지 서비스를 제공(민간인을 위한 표준 위치 서비스와 군을 위한 정밀 위치 서비스)
• GPS IIA 위성들의 설계 수명은 7.5년이지만 그 중 11개 위성이 20년이 지난 현재에도 여전히 동작하며 GPS 서비스를 제공

신규 시스템 - GPS IIF

• Boeing이 제작한 신규 GPS IIF 위성 시스템은 구 GPS IIA에 비해 여러 가지가 개선됨(12년의 설계 수명, 더 정확한 시계, 두 배의 자릿수 정확성, 더 많은 메모리를 가진 더 빠른 프로세서, 교란/방해에 저항력 강화)
• GPS IIF의 첫 12개 위성이 2010년 5월 28일 Delta 4 로켓에 의해 궤도에 올려짐

신규 시스템으로 업그레이드 과정에서 일부 군사 GPS 수신기가 작동을 멈춤

• 현재 서비스 중인 오래된 GPS 시스템을 대체하기 위한 신규 GPS 위성 시스템의 배치 작업이 진행 중. 이를 위해 공군은 현재의 GPS 위성으로부터 오는 신호 뿐만 아니라 Block IIF라 불리는 새 GPS 위성들로부터 오는 신호도 처리할 수 있도록 GPS 지상 통제 시스템의 소프트웨어를 2010년 초에 업그레이드함
• 마찬가지로 현재 서비스 중인 전세계 800,000 대의 군사 GPS 수신기에 있는 소프트웨어도 현 위성시스템과 신규 위성시스템 양쪽 신호 모두와 호환가능(compatible) 하도록 업그레이드됨
• 하지만 2010년 1월 11일 업그레이드 된 지상 통제 시스템이 운영에 들어가자 GPS 수신기가 위성 신호를 더 이상 받지 못한다는 보고가 쏟아지기 시작. 10,000 대의 군사 GPS 수신기가 작동 불능이 되어 이를 기반으로 하는 군사 시스템들이 사실상 다운됨
• 1월에 발생한 이 사건은 4월 30일 Federal Business Opportunities 웹사이트에 관련 정보가 포함된 문건이 올라오면서 일반 대중에게도 알려짐(이후 삭제됨)

사고 조사 및 조치

• 공군 Space Command의 GPS Wing은 즉시 위기 전담반을 구성하고 이라크와 아프카니스탄의 전투 지역을 포함한 전세계의 군사 GPS 사용자에게 연락을 취해 누가 작동 불가 수신기를 가지고 있고 해당 수신기가 어떤 타입인지를 조사
• Trimble사가 제조한 SAASM(Selective Availability Anti-Spoofing Module) 수신기의 두 개 모델에서만 문제가 생겼음을 확인(SAASM 수신기는 최소 86개의 미국 무기 시스템에 사용됨). 이 수신기들이 GPS IIF 업그레이드 일환으로 구현된 신규 메시지 포맷을 인증하지 못하여 문제가 발생(다른 신호를 사용하는 민간인 GPS 수신기는 영향을 받지 않음)
• Trimble 측이 임시 수정 패치를 제공하는데 2주가 소요되었고(즉, 2주 동안 해당 수신기들에 의존하는 군사/무기 시스템의 눈이 먼 상태였다는 의미), 영구 패치를 설계하고, 테스트하고, 배포 하는데 여러 달이 걸림

근본 원인

• 공군은 일차적으로 문제 원인을 Trimble 수신기의 신규 업그레이드 소프트웨어 결함 탓으로 돌렸지만 Trimble은 공군 GPS Wing이 제공한 명세서에 따라 수신기 소프트웨어를 철저하게 테스트했고 지상 통제 시스템 소프트웨어가 업데이트 되기 전까지는 아무런 문제가 없었다는 의견
• 계속된 사고 조사에서 공군이 1월에 새 소프트웨어로 지상 통제 시스템을 업그레이드 하기 전에 일부 수신기 타입 상에서는 테스트를 했지만 문제를 일으킨 SAASM 수신기 에서는 한번도 테스트 하지 않았음을 발견(이유는 단순히 해당 수신기가 가용하지 않았기 때문에 테스트에 포함되지 않았음)
• 전문가들은 GPS 수신기 시장이 폭발적으로 커져서 사용 중인 수 만개의 수신기를 모두 추적하기가 쉽지 않으며 일부 수신기가 테스트에 포함되지 않은 것이 놀랍지 않다는 반응
• 문제 재발을 막기 위해 공군은 군과 민간인 GPS 수신기 모델을 더 광범위하게 수집하여 테스트 수신기를 취득하고 있으며, 군사 GPS 수신기에 대한 더 장시간의 더 철저한 테스트를 개발 중임