Ako funguje lokalizácia telefónu: GPS, WiFi, Cell, Bluetooth

Tvoj telefón vie, kde si, s presnosťou na niekoľko metrov. Aj vnútri budovy, aj bez mobilného signálu, niekedy aj keď je vypnutý. Nie je za tým jedna technológia, ale štyri samostatné systémy bežiace paralelne, ktoré sa navzájom dopĺňajú podľa podmienok.

Tu je, ako každý z nich funguje, aké má limity presnosti a ako Find My iPhone a Google Find My Device všetky štyri kombinujú do jedinej polohy. Technické referencie vychádzajú zo špecifikácie NAVSTAR (GPS prevádzkovaný americkým letectvom), z európskeho programu Galileo (EÚ a ESA), z požiadaviek Úradu pre reguláciu elektronických komunikácií (RÚ) na prenos polohy pri tiesňových volaniach na 112 a 155, zo štandardov IEEE 802.11 pre Wi-Fi pozicovanie a z oficiálnej dokumentácie sietí Find My (Apple) a Find My Device (Google).

Štyri spôsoby, ako telefón zisťuje, kde je

Moderné smartfóny používajú štyri lokalizačné technológie. Operačný systém vyberie tú, ktorá vráti najlepší odhad najrýchlejšie, a keď je k dispozícii viac, výsledky kombinuje.

TL;DR: GPS vládne vonku, WiFi preberá zodpovednosť vnútri, mobilné veže zaplátajú diery, keď nič iné nefunguje, a Bluetooth s UWB riešia presnosť na úrovni miestnosti pre blízke zariadenia.

GPS: satelitné určovanie polohy vonku

GPS (Global Positioning System) je najstaršia a najznámejšia vrstva. Telefón počúva signály zo satelitov na strednej obežnej dráhe Zeme, meria, ako dlho každý signál putoval, a cez geometrický proces zvaný trilaterácia z toho vypočíta vlastnú polohu. Tri satelity dajú 2D fix, štyri dajú 3D vrátane nadmorskej výšky.

Väčšina ľudí hovorí „GPS”, ale moderné telefóny v skutočnosti používajú súčasne štyri satelitné konštelácie:

• GPS (Spojené štáty) – 31+ aktívnych satelitov. Zdroj: gps.gov
• GLONASS (Rusko) – 24 satelitov
• Galileo (Európska únia) – 28 satelitov. Zdroj: European GNSS Agency
• BeiDou (Čína) – 35+ satelitov

Sledovanie viacerých konštelácií naraz znamená, že telefón zvyčajne vidí 15 až 20 satelitov nad sebou aj vtedy, keď budovy alebo terén blokujú polovicu oblohy. Bežné GPS čipy dávajú presnosť okolo 5 metrov. Novšie dvojfrekvenčné čipy, ktoré prijímajú signály GPS L1 aj L5, to stláčajú na zhruba 2 metre. iPhone 14 Pro a Pixel 7 boli prvé bežné telefóny s dvojfrekvenčnými prijímačmi, neskoršie vlajkové lode ich nasledujú.

Vnútri GPS zlyháva, pretože satelitný signál je slabý (zhruba 50 wattov vysielaných z 20 000 km) a betónové či oceľové steny ho zablokujú. Podzemné parkoviská, metro a stred veľkého obchodného centra zvyčajne GPS fix nedajú vôbec. Aj vonku spôsobujú hlboké mestské kaňony chyby od 30 metrov vyššie, lebo sa signály odrážajú od sklenených veží – problém zvaný multipath. Dvojfrekvenčné prijímače tu pomáhajú: pásmo L5 lepšie preniká a je menej ovplyvnené odrazmi, preto navigácia v Bratislave alebo v centre Košíc funguje na novom Pixeli 8 podstatne lepšie ako na päťročnom telefóne.

Samotný GPS je len prijímací. Telefón počúva, satelity nevedia, že existuješ, a cez čistý GPS ťa nikto sledovať nemôže. Sledovanie vždy prebieha vo vyššej vrstve: aplikácia, ktorá si polohu prečíta, OS, ktorý si ju uloží, alebo sieť, ktorá ju nahlási.

A-GPS: prečo telefón dostane polohu rýchlo

Studený štart GPS bez predchádzajúcich dát trvá 30 až 60 sekúnd, pretože prijímač musí stiahnuť orbitálne dáta (almanach a efemerides) priamo zo satelitov pri pomalých 50 bitoch za sekundu.

A-GPS (Assisted GPS) tento problém rieši. Telefón si rovnaké orbitálne dáta stiahne cez mobilné alebo WiFi pripojenie za 1 až 5 sekúnd, GPS čip už vie, kde by satelit mal byť, a prvý fix príde takmer okamžite. Preto sa otvorenie Google Maps v meste zdá okamžité, kým v odľahlej oblasti bez signálu môže trvať minútu.

A-GPS potrebuje pri prvom použití dátové pripojenie, no keď je almanach uložený, fixy zostávajú rýchle aj niekoľko hodín offline.

WiFi positioning: ako telefóny zisťujú polohu bez GPS

Keď GPS nie je k dispozícii, preberá to WiFi positioning. Princíp je priamočiary: každý WiFi router má unikátny hardvérový identifikátor zvaný BSSID a Apple s Googlom udržiavajú obrovské databázy, ktoré mapujú každý BSSID na geografické súradnice, kde bol pozorovaný.

Telefón naskenuje blízke WiFi siete, pošle zoznam viditeľných BSSID Applu alebo Googlu a dostane späť odhad polohy. Pripojiť sa k tým sieťam netreba, stačí skenovanie.

Presnosť býva 20 metrov vnútri, v hustých mestách aj 10 metrov, ak sa prekrýva veľa prístupových bodov. Techniku v roku 2003 priekopnícky zaviedol Skyhook Wireless a dnes ju Apple a Google prevádzkujú v planetárnom rozsahu: každý iPhone a Android so zapnutými lokalizačnými službami pasívne posiela WiFi pozorovania späť do databázy. Takto sa mapy udržiavajú aktuálne bez akýchkoľvek terénnych tímov.

WiFi positioning je dôvod, prečo telefón vie, na ktorom poschodí obchodného centra si, keď GPS nič neukazuje. Kompromis: databáza je len taká čerstvá, ako bola posledná aktualizácia. Ak sa kaviareň presťahuje cez celé mesto aj s routrom, BSSID bude ukazovať starú adresu, kým dosť telefónov neohlási novú. To je najčastejší dôvod sťažností typu „môj telefón si myslí, že som niekde inde”.

Triangulácia mobilných veží: záložná metóda

Určovanie polohy cez mobilné veže je najhrubšie zo štyroch, ale zároveň najspoľahlivejšie. Pokiaľ má telefón akýkoľvek mobilný signál, operátor vie, ktoré veže sú v dosahu, akú silu má signál ku každej a (z dát o oneskorení) čas spiatočnej cesty signálu.

Pri troch a viacerých viditeľných vežiach vie telefón alebo operátor polohu trianguláciou určiť:

• Husté mestá: ±500 m, niekedy ±200 m s malými bunkami a 5G (centrum Bratislavy či Košíc)
• Predmestia: ±1 až 2 km
• Vidiek: ±2 až 5 km, niekedy horšie pri jedinej viditeľnej veži

Triangulácia mobilných veží je to, čo využíva núdzová lokalizácia pri volaní na 112 a čo operátori odovzdávajú orgánom činným v trestnom konaní na základe príkazu. Telefón ju používa aj na úplne prvý hrubý fix, kým GPS ešte hľadá satelity.

Bluetooth a UWB: krátky dosah, vysoká presnosť

Štvrtá vrstva je krátkovlnné rádio. Bluetooth Low Energy (BLE) a Ultra-Wideband (UWB) ti globálnu polohu nedajú. Povedia ti, kde je niečo voči tvojmu telefónu, s oveľa vyššou presnosťou než ostatné systémy.

Bluetooth Low Energy je v telefónoch od 2012. Dosah 10 až 30 metrov, presnosť zo samotnej sily signálu 1 až 5 metrov. AirTagy, Tile, Galaxy SmartTagy aj majáky Find My Device všetky bežia na BLE.

Ultra-Wideband je novší a dramaticky presnejší. Apple U1, zavedený v iPhone 11 v roku 2019, meria čas letu pulzov širokých len nanosekundy a dodáva presnosť okolo 10 cm v dosahu 10 metrov. UWB poháňa smerovanú šípku v aplikácii Find My, ktorá ukazuje priamo na chýbajúci AirTag. Je v iPhone 11 a novšom, novších Apple Watch, AirTagoch, HomePod mini a viacerých Android vlajkových lodiach vrátane Pixel 6 Pro a Galaxy S21+.

Tieto signály majú krátky dosah, takže záležia len keď sú zariadenia blízko. Práve vtedy ale GPS najviac zápasí, takže presnosť je dôležitá. UWB navyše dokáže to, čo GPS nie: uhol príchodu. Telefón vie nielen, ako ďaleko AirTag je, ale aj v akom smere, čo poháňa animovanú šípku Precision Finding.

Ako Find My a Google Find My Device toto všetko využívajú

Apple Find My a Google Find My Device nie sú produkty s jednou technológiou. Riadia všetky vrstvy vyššie a skladajú z nich jediný odhad polohy.

Keď je chýbajúci iPhone online:

• Vonku nahlási aktuálne GPS súradnice
• Vnútri nahlási polohu odvodenú z WiFi
• Spadne na polohu mobilnej veže, keď nie je nič iné dostupné
• Poloha sa zobrazí na iCloud.com alebo v aplikácii Find My

Zaujímavé je, čo sa deje, keď je telefón offline alebo vypnutý. Tu nastupuje sieť Find My. Každé Apple zariadenie je súčasťou globálnej siete: viac ako miliarda iPhonov, iPadov, Macov a Apple Watch anonymne počúva BLE majáky z iných Apple zariadení označených ako stratené. Keď prechádzajúci iPhone maják zachytí, pošle Applu rotujúci šifrovaný identifikátor a vlastnú polohu. Dešifrovať to vie len pôvodný majiteľ.

Na iPhone 11 a novšom zostávajú U1 a BLE rádiá aktívne až 24 hodín po vypnutí, napájané z malej záložnej batérie. Preto Find My dokáže lokalizovať aj „mŕtvy” iPhone celý deň.

Google spustil sieť Find My Device v apríli 2024 s rovnakou architektúrou: zariadenia s Androidom 9 a novším tvoria crowdsourcované BLE relé naprieč viac ako 3 miliardami kusov. Protokol používa end-to-end šifrovanie, takže ani Google polohy nevidí.

Podrobnejší rozbor jednotlivých systémov nájdeš v kompletnom návode Find My iPhone a v kompletnom návode Google Find My Device.

Kto má prístup k polohe tvojho telefónu

Keď telefón polohu vypočíta, vidí ju niekoľko subjektov.

• Operačný systém (Apple, Google) dostane kópiu vždy, keď použiješ systémovú službu ako Find My, Maps alebo Významné lokality. Apple väčšinu spracúva na zariadení cez rotujúce identifikátory, Google uchováva viac na úrovni účtu v histórii polohy, ak ju máš zapnutú.
• Aplikácie, ktorým si dal povolenie, vidia presnosť, akú si im povolil. iOS rozlišuje „presnú” (surové GPS) a „približnú” (zaokrúhlenú na ~5 km), Android ponúka to isté od verzie 12.
• Inzerenti dostávajú polohu cez SDK zabudované v aplikáciách, často v tých, ktorým si dôveroval. Dátoví brokeri agregované lokalizačné dáta predávajú. Európsky úrad na ochranu osobných údajov (EDPB) aj národné DPA viedli proti rôznym brokerom konania.
• Tvoj operátor uchováva záznamy o pripojení k vežiam ako súčasť prevádzky siete. Na Slovensku to upravuje zákon o elektronických komunikáciách a prístup k nim zvyčajne vyžaduje súdny príkaz.
• Orgány činné v trestnom konaní k lokalizačným dátam pristupujú cez príkaz doručený Applu, Googlu alebo operátorovi. Geofencing príkazy (ktoré žiadajú všetky zariadenia v polygóne počas časového okna) sú bežné v medzinárodných vyšetrovaniach, aj keď Google ich podporu koncom 2024 ukončil.

Ak máš podozrenie, že niekto sleduje tvoj telefón bez povolenia, príznaky a postup detekcie sú v návode na detekciu sledovania telefónu. Tie isté techniky, ktoré nájdu stratený telefón, sa dajú zneužiť – preto Apple aj Google teraz upozorňujú na neznáme AirTagy a lokátory, ktoré s tebou cestujú.

Otázku sa dá obrátiť: ak chceš vedieť, kde je tvoj vlastný telefón, použi bezplatný nástroj na lokalizáciu telefónu na hlavnej stránke namiesto inštalácie softvéru tretej strany.

Štyri lokalizačné vrstvy sú nezávislé. Vypnutie jednej sledovanie málokedy zastaví. Vypnutie všetkých štyroch (letový režim, WiFi vypnuté, Bluetooth vypnuté) je jediný spoľahlivý spôsob, ako byť neviditeľný. Aj potom zapnutý iPhone 11 a novší ešte vysiela nízkoenergetický BLE maják Find My. Vedieť, ktorá vrstva je v danej chvíli aktívna, je prvý krok k pochopeniu, čo tvoj telefón zdieľa a s kým.