Jak funguje lokalizace telefonu: GPS, WiFi, Cell, Bluetooth

Tvůj telefon ví, kde se nachází s přesností na několik metrů, i uvnitř budovy, i bez mobilního signálu, někdy i když je vypnutý. To není jedna technologie, která tvrdě pracuje. Jsou to čtyři samostatné systémy určování polohy běžící paralelně, přičemž každý doplní ostatní když se změní podmínky.

Tento návod vysvětluje přesně jak každý funguje, jaké jsou jejich limity přesnosti a jak Find My iPhone a Google Find My Device kombinují všechny do jediného odhadu polohy. Technické reference vycházejí ze specifikace NAVSTAR (GPS provozovaný americkým letectvem), z evropského programu Galileo (EU a ESA), z požadavků ČTÚ na přenos polohy při tísňových voláních na 112 a 155, ze standardů IEEE 802.11 pro Wi-Fi pozicování a z oficiálních dokumentací sítí Find My (Apple) a Find My Device (Google).

Čtyři způsoby, jak tvůj telefon ví kde je

Moderní smartphony používají čtyři technologie určování polohy. Operační systém vybere tu, která vrátí nejlepší odhad nejrychleji, pak kombinuje výsledky když je dostupná víc než jedna.

TL;DR: GPS dominuje venku, WiFi přebírá zodpovědnost uvnitř, mobilní věže vyplňují mezery když nic jiného nefunguje a Bluetooth řeší přesnost na úrovni místnosti pro blízká zařízení.

GPS: satelitní určování polohy venku

GPS, což je zkratka pro Global Positioning System, je nejstarší a nejznámější vrstva. Tvůj telefon poslouchá signály vysílané satelity na střední oběžné dráze Země, měří jak dlouho trvalo každému signálu, než přišel, a vypočítá svoji vlastní polohu pomocí geometrického procesu nazývaného trilateration. Tři satelity dávají 2D fix, čtyři dávají 3D včetně nadmořské výšky.

Většina lidí říká „GPS“ ale moderní telefony ve skutečnosti současně používají čtyři satelitní konstelace:

• GPS (Spojené státy) – 31+ aktivních satelitů. Zdroj: gps.gov
• GLONASS (Rusko) – 24 satelitů
• Galileo (Evropská unie) – 28 satelitů. Zdroj: European GNSS Agency
• BeiDou (Čína) – 35+ satelitů

Sledování více konstelací současně znamená, že telefon obvykle vidí 15–20 satelitů nad sebou, i když budovy nebo terén blokují polovinu oblohy. Spotřebitelské GPS čipy dodávají přesnost kolem 5 m. Novější dvoufrekvenční čipy, které přijímají signály GPS L1 i L5, to tlačí na zhruba 2 m. iPhone 14 Pro a Pixel 7 byly první běžné telefony s dvoufrekvenčními přijímači; pozdější vlajkové lodě teď následují.

GPS selhává uvnitř, protože satelitní signál je slabý – asi 50 wattů vysílaných z 20 000 km – a betonové nebo ocelové stěny ho blokují. Podzemní parkoviště, metra a střed velkého nákupního centra obvykle nevykazují GPS lock vůbec. I venku, hluboké městské kaňony způsobují chyby 30 m a více, protože se signály odrážejí od skleněných věží před dosažením telefonu – problém nazývaný multipath. Dvoufrekvenční přijímače tady také pomáhají: pásmo L5 lépe proniká a méně je ovlivněno odrazy, proto navigace v Praze nebo v centru Brna funguje mnohem lépe na novém Pixeli 8 než na pětiletém telefonu.

Samotný GPS je také jen přijímací. Tvůj telefon poslouchá, satelity nevědí, že existuješ, a neexistuje způsob, jak tě někdo sledovat přes samotný GPS systém. Sledování vždy nastává na vyšší vrstvě: aplikace čtoucí vypočítanou polohu tvého telefonu, OS ji ukládající nebo síť ji hlásící.

A-GPS: proč tvůj telefon dostane polohu rychle

Studený start GPS fixu, bez předchozích dat, trvá 30–60 sekund, protože přijímač musí stáhnout orbitální data (almanach a efemerides) přímo ze satelitů při pomalých 50 bitech za sekundu.

A-GPS, neboli Assisted GPS, řeší toto. Telefon stáhne stejná orbitální data přes mobilní nebo WiFi připojení za 1–5 sekund. GPS čip už ví, kde by měl být každý satelit, takže první fix přijde téměř okamžitě. Proto se otevření Google Maps ve městě zdá okamžité, zatímco otevření v odlehlé oblasti bez signálu může trvat minutu.

A-GPS při prvním použití vyžaduje nějaký typ datového připojení, ale jakmile je almanach uložen, fixy zůstávají rychlé několik hodin offline.

WiFi positioning: jak telefony určují polohu bez GPS

Když GPS není dostupné, přebírá WiFi positioning. Technika je přímočará: každý WiFi router má unikátní hardwarový identifikátor nazývaný BSSID a Apple a Google udržují obrovské databáze mapující každý BSSID na geografické souřadnice, kde byl pozorován.

Tvůj telefon naskenuje blízké WiFi sítě, odešle seznam viditelných BSSID na Apple nebo Google a dostane zpět odhadnutou polohu. Připojení k těmto sítím není potřeba, jen skenování.

Přesnost je typicky 20 m uvnitř a může být 10 m v hustých městských oblastech kde se překrývá hodně přístupových bodů. Techniku průkopnicky zavedl Skyhook Wireless v roce 2003 a teď ji provozují Apple a Google v planetárním rozsahu: každý iPhone a Android telefon se zapnutými lokalizačními službami pasivně přispívá WiFi pozorováními zpět do databáze. Takhle zůstávají mapy aktuální bez jakýchkoli terénních týmů.

WiFi positioning je důvod, proč tvůj telefon dokáže určit, na kterém poschodí nákupního centra jsi, když GPS nic neukazuje. Kompromis je, že databáze je tak čerstvá, jak bylo posledně, kdy přes ni někdo prošel. Pokud se kavárna přestěhuje na druhou stranu města a vezme s sebou router, BSSID bude nadále ukazovat starou adresu, dokud dost telefonů neoznámí novou. Toto je nejčastější důvod stížností „můj telefon si myslí, že jsem někde jinde“.

Triangulace mobilních věží: záložní metoda

Určování polohy přes mobilní věže je nejhrubší ze čtyř, ale i nejspolehlivější. Pokud má tvůj telefon jakýkoli mobilní signál, operátor ví, které mobilní věže jsou v dosahu, sílu signálu ke každé a (s daty o zpoždění signálu) čas zpáteční cesty pro signály.

Se třemi nebo více viditelnými věžemi může telefon nebo operátor triangulovat polohu:

• Hustá města: ±500 m, někdy ±200 m s malými buňkami a 5G (např. centrum Prahy nebo Brna)
• Předměstí: ±1–2 km
• Venkov: ±2–5 km, příležitostně horší s pouze jednou viditelnou věží

Triangulace mobilních věží je to, co využívá v Evropě protokol E112 (nouzová lokalizace volajícího na linku 112) a co operátoři odevzdávají orgánům činným v trestním řízení na základě příkazu. Je to také to, co tvůj telefon používá pro úplně první hrubý fix dokud GPS stále hledá satelity.

Bluetooth a UWB: krátký dosah s vysokou přesností

Čtvrtá vrstva je krátkovlnné rádio. Bluetooth Low Energy (BLE) a Ultra-Wideband (UWB) ti nedávají globální polohu. Řeknou ti, kde je něco relativně k tvému telefonu, s mnohem vyšší přesností než ostatní systémy.

Bluetooth Low Energy je v telefonech od roku 2012. Dosah je 10–30 m, přesnost jen ze síly signálu je 1–5 m. AirTagy, Tile, Galaxy SmartTagy a majáky Find My Device všechny používají BLE.

Ultra-Wideband je novější a dramaticky přesnější. Apple U1 čip, zavedený v iPhone 11 v roce 2019, měří čas letu pulzů jen nanosekund šířky a dodává přesnost polohy kolem 10 cm v dosahu 10 m. UWB je to, co dělá směrovou šipku v aplikaci Find My ukazující přesně na chybějící AirTag. Je také v iPhone 11 a novějším, nedávných Apple Watch, AirTagách, HomePod mini a několika Android vlajkových lodích včetně Pixel 6 Pro a Galaxy S21+.

Protože tyto signály mají krátký dosah, záleží na nich jen když jsou zařízení blízko. Ale to je přesně situace, když GPS zápasí nejvíc, takže přesnost je důležitá. UWB také umožňuje funkci, kterou GPS nedokáže: úhel příchodu. Telefon dokáže říct nejen jak daleko je AirTag, ale i v jakém směru, což pohání animovanou šipku Precision Finding.

Jak Find My a Google Find My Device používají všechno toto

Apple Find My a Google Find My Device nejsou produkty s jednou technologií. Orchestrují každou vrstvu výše do jediného odhadu polohy.

Když je chybějící iPhone online:

• Nahlásí aktuální GPS souřadnice pokud je venku
• Nahlásí svou WiFi-odvozenou polohu pokud je uvnitř
• Spadne na polohu mobilní věže pokud není nic jiného dostupné
• Poloha se objeví na iCloud.com nebo v aplikaci Find My

Zajímavý případ je když je telefon offline nebo vypnutý. Tady přichází síť Find My. Každé Apple zařízení se podílí na globální síti: víc než miliarda iPhonů, iPadů, Maců a Apple Watch anonymně poslouchá BLE majáky vysílané jinými Apple zařízeními označenými jako ztracené. Když procházející iPhone zachytí maják, nahlásí rotující šifrovaný identifikátor a svou vlastní polohu na Apple. Jen původní majitel může výsledek dešifrovat.

Na iPhone 11 a novějším zůstávají U1 a BLE rádia aktivní až 24 hodin po vypnutí telefonu, čerpaje z malé záložní baterie – proto Find My dokáže lokalizovat i „mrtvý“ iPhone celý den.

Google spustil svou síť Find My Device v dubnu 2024 se stejnou architekturou: zařízení Android 9 a novější tvoří crowdsourcované BLE relé napříč více než 3 miliardami zařízení. Protokol využívá end-to-end šifrování, takže Google také nevidí polohy zařízení.

Pokud chceš podrobnější přehled kteréhokoli systému, podívej se na kompletní návod Find My iPhone a kompletní návod Google Find My Device.

Kdo má přístup k poloze tvého telefonu

Jakmile tvůj telefon vypočítá polohu, několik subjektů ji může vidět.

• Operační systém (Apple, Google) dostane kopii kdykoli použiješ systémovou službu jako Find My, Maps nebo Significant Locations. Apple zpracovává většinu tohoto na zařízení s rotujícími identifikátory; Google uchovává víc ve své historii polohy na úrovni účtu když je povolená.
• Aplikace, kterým udělíš oprávnění vidí jakoukoli úroveň přesnosti, kterou jsi povolil. iOS rozlišuje mezi „přesnou“ (surové GPS) a „přibližnou“ (zaokrouhlené na ~5 km). Android nabízí to samé od Android 12.
• Inzerenti dostávají polohu přes SDK zabudované v aplikacích, často v těch samých aplikacích, kterým jsi důvěřoval. Agregovaná lokalizační data prodávají datoví brokeri; Evropský úřad na ochranu osobních údajů (EDPB) a národní DPA vedly řízení vůči různým brokerům za tyto praktiky.
• Tvůj operátor uchovává záznamy o připojení k mobilním věžím jako součást běžného provozu sítě. V České republice je uchovávání dat regulováno zákonem o elektronických komunikacích a přístup k nim obvykle vyžaduje soudní příkaz.
• Orgány činné v trestním řízení typicky přistupují k lokalizačním datům přes příkaz k prohlídce doručený Apple, Google nebo operátorovi. Geofencing příkazy – které žádají o všechna zařízení v polygonu během časového okna – jsou běžné v mezinárodních vyšetřováních, i když Google ukončil jejich podporu koncem roku 2024.

Pokud máš podezření, že někdo sleduje tvůj telefon bez povolení, příznaky a kroky na detekci jsou popsány v našem návodu na detekci sledování telefonu. Stejné techniky, které se používají na nalezení ztraceného telefonu, se mohou zneužít – proto teď Apple i Google upozorňují na neznámé AirTagy a trackery cestující s tebou.

Můžeš také obrátit otázku: pokud chceš vědět, kde je tvůj vlastní telefon právě teď, použij bezplatný nástroj na lokalizaci telefonu na hlavní stránce namísto instalace softwaru třetích stran.

Čtyři lokalizační vrstvy jsou nezávislé. Deaktivování jedné sledování málokdy zastaví; deaktivování všech čtyř (letový režim, WiFi vypnutá, Bluetooth vypnutý) je jediný spolehlivý způsob, jak být úplně neviditelný – a i potom bude zapnutý iPhone 11 nebo novější nadále vysílat nízkovýkonný BLE maják Find My. Vědět, která vrstva je aktivní v daném momentě, je první krok k pochopení toho, co tvůj telefon sdílí a s kým.