Auf einer digitalen Karte erscheint der blaue Standortpunkt häufig schon wenige Augenblicke nach dem Öffnen der App. Das funktioniert selbst in Gebäuden, zwischen hohen Häusern oder an Orten, an denen das Smartphone kaum freie Sicht zum Himmel hat. Der erste Gedanke gilt meist den GPS-Satelliten, doch sie sind nur ein Bestandteil moderner Standortbestimmung. Smartphones kombinieren Mobilfunkmasten, WLAN-Netze, Bluetooth-Signale und eingebaute Bewegungssensoren, um ihre Position möglichst schnell und zuverlässig zu schätzen. Apple und Google beschreiben ihre Ortungsdienste ausdrücklich als Zusammenspiel mehrerer Funkquellen und Sensoren. Dadurch kann ein Gerät auch dann eine brauchbare Position anzeigen, wenn GPS vorübergehend nicht verfügbar, zu langsam oder zu ungenau ist.
GPS ist nur eine von mehreren Möglichkeiten
GPS gehört zu mehreren globalen Satellitennavigationssystemen, deren Signale von modernen Smartphones ausgewertet werden können. Unter freiem Himmel ermöglicht die Satellitenortung häufig eine sehr genaue Position. In Gebäuden, Tiefgaragen, Tunneln oder engen Straßenschluchten erreichen die schwachen Signale das Gerät jedoch nur eingeschränkt. Massive Wände, Dächer, beschichtete Scheiben und hohe Fassaden können sie abschwächen oder reflektieren. Das Smartphone verlässt sich deshalb nicht ausschließlich auf Satelliten, sondern verwendet parallel weitere Hinweise aus seiner Umgebung. Android kombiniert dafür unter anderem GPS, WLAN-Zugangspunkte, Mobilfunkmasten, Beschleunigungssensor, Barometer und Gyroskop. Auch Apples Ortungsdienste beziehen neben GPS Informationen aus Mobilfunk, WLAN und Bluetooth ein.
Der Mobilfunkmast liefert eine erste grobe Position
Ein eingeschaltetes Smartphone muss wissen, mit welcher Mobilfunkzelle es verbunden ist. Jede Funkzelle versorgt ein bestimmtes Gebiet, dessen Größe stark vom Standort abhängt. In dicht bebauten Städten können die Zellen vergleichsweise klein sein, während ein einzelner Mast in ländlichen Regionen ein deutlich größeres Gebiet abdeckt. Kennt das System die Position der verwendeten Funkzelle, lässt sich der Aufenthaltsort des Smartphones zumindest grob eingrenzen. Diese Schätzung reicht häufig aus, um das richtige Stadtviertel, eine Gemeinde oder einen Straßenabschnitt zu erkennen, ist aber nicht automatisch präzise genug für eine Navigation bis zu einer bestimmten Haustür.
Mehrere Funkzellen verbessern die Schätzung
Ein Smartphone empfängt meistens nicht nur das Signal der Funkzelle, in der es angemeldet ist. Es erkennt häufig auch benachbarte Mobilfunkstationen und kann deren Signalstärken sowie weitere technische Eigenschaften auswerten. Aus der Kombination mehrerer bekannter Sender entsteht eine bessere Positionsschätzung als aus einem einzelnen Mast. Dabei handelt es sich nicht um ein simples Ablesen der Entfernung, denn Gebäude, Gelände, Wetter und Netzauslastung beeinflussen die Funksignale. Das Verfahren liefert daher keine mathematisch perfekte Position, kann die mögliche Fläche aber deutlich verkleinern. Google führt Mobilfunkmasten ausdrücklich als eine der Signalquellen auf, die Android-Geräte zur Verbesserung ihrer Standortbestimmung verwenden.
Eine SIM-Karte ist nicht für jede Mobilfunkortung nötig
Für die Erkennung von Mobilfunknetzen muss ein Smartphone nicht in jedem Fall eine aktive Datenverbindung besitzen. Das Gerät kann verfügbare Funkzellen grundsätzlich wahrnehmen, auch wenn kein nutzbarer Datentarif besteht. Für die Verarbeitung zusätzlicher Standortinformationen und die Abfrage externer Datenbanken ist jedoch häufig eine Internetverbindung über WLAN oder Mobilfunk hilfreich. Ohne SIM-Karte, WLAN und gespeicherte Informationen kann die Ortung deshalb langsamer oder ungenauer werden. Das bedeutet nicht, dass das Smartphone vollständig orientierungslos ist. Verfügt es über einen Satellitenempfänger und passende Kartendaten, kann es unter freiem Himmel weiterhin eine Position bestimmen, auch wenn keine mobile Internetverbindung vorhanden ist.
WLAN-Netze wirken wie geografische Orientierungspunkte
Besonders in Städten und Gebäuden spielen WLAN-Zugangspunkte eine wichtige Rolle. Das Smartphone erkennt, welche Router und Hotspots sich in der Umgebung befinden. Es muss mit diesen Netzen nicht verbunden sein und benötigt auch nicht deren Passwort. Entscheidend ist, dass die Funkstationen technisch wiedererkannt und bekannten Standorten zugeordnet werden können. Erkennt das Gerät mehrere WLAN-Zugangspunkte, deren Positionen bereits in einer Standortdatenbank hinterlegt sind, kann es daraus seinen ungefähren Aufenthaltsort ableiten. Google und Apple unterhalten solche aus vielen Geräten aufgebauten Datenbestände, in denen die geografischen Positionen von WLAN-Hotspots und Mobilfunkmasten erfasst beziehungsweise aktualisiert werden.
Das Smartphone muss nicht im WLAN angemeldet sein
Für die Standortbestimmung genügt häufig das Scannen der Umgebung. Das Gerät sucht dabei nach sichtbaren WLAN-Signalen und vergleicht sie mit bereits bekannten Einträgen. Ein Login, eine gültige IP-Adresse oder eine aktive Internetverbindung zu jedem gefundenen Router ist dafür nicht erforderlich. Aus diesem Grund besitzen Android-Geräte getrennte Einstellungen für WLAN und WLAN-Suche. Je nach Konfiguration kann die Suche nach Zugangspunkten weiterhin zur Standortverbesserung verwendet werden, obwohl die eigentliche WLAN-Verbindung ausgeschaltet ist. Google weist darauf hin, dass WLAN- und Bluetooth-Scans Apps und Systemdiensten genauere Standortinformationen ermöglichen können.
Die Position eines Routers stammt aus Beobachtungen
Ein gewöhnlicher WLAN-Router übermittelt nicht automatisch seine amtliche Anschrift. Seine Position wird vielmehr aus früheren Beobachtungen abgeleitet. Smartphones können beispielsweise gleichzeitig eine Satellitenposition und die in der Umgebung sichtbaren WLAN-Signale erfassen. Wird ein bestimmter Zugangspunkt wiederholt an derselben Stelle erkannt, lässt sich dessen wahrscheinlicher Standort in einer Datenbank hinterlegen. Andere Geräte können diese Information später zur Orientierung verwenden. Apple erklärt, dass Geräte bei aktivierten Ortungsdiensten geografisch zugeordnete Informationen über nahe WLAN-Hotspots und Mobilfunkmasten zur Verbesserung der gemeinschaftlich aufgebauten Datenbank übermitteln können. Google beschreibt ein vergleichbares Verfahren für seine Standortgenauigkeit.
Ein umgezogener Router kann den Standort zunächst verfälschen
Wird ein WLAN-Router in eine andere Wohnung, eine andere Stadt oder sogar in ein anderes Land gebracht, kann seine gespeicherte Position vorübergehend veraltet sein. Erkennt ein Smartphone diesen Zugangspunkt am neuen Ort, könnte eine Standortschätzung zunächst in Richtung der früheren Adresse springen. Meist wird der Fehler nach weiteren Beobachtungen korrigiert, sobald die Datenbank den Router wiederholt an seinem neuen Standort erkennt. Ähnliche Abweichungen können bei mobilen Hotspots, Routern in Wohnmobilen oder wiederverwendeten Firmengeräten auftreten. Moderne Systeme stützen sich deshalb möglichst nicht auf ein einzelnes WLAN-Signal, sondern vergleichen mehrere Hinweise miteinander. Passt ein Zugangspunkt nicht zu Mobilfunkzellen, Sensoren und anderen WLAN-Netzen, erhält er bei der Berechnung weniger Gewicht.
Bluetooth hilft vor allem auf kurzen Entfernungen
Bluetooth-Signale besitzen meist eine geringere Reichweite als Mobilfunk oder viele WLAN-Verbindungen. Gerade deshalb eignen sie sich als lokale Orientierungspunkte. In Einkaufszentren, Bahnhöfen, Museen, Flughäfen oder Bürogebäuden können kleine Bluetooth-Sender installiert sein, deren Standort bekannt ist. Erkennt das Smartphone einen solchen Sender, weiß es, dass es sich in dessen unmittelbarer Umgebung befinden muss. Apple nennt Bluetooth ausdrücklich als Bestandteil seiner Ortungsdienste. Android kann ebenfalls Bluetooth-Signale und sogenannte Beacons zur Standortschätzung heranziehen.
Bluetooth-Beacons senden meist nur eine Kennung
Ein Beacon muss nicht wissen, wer sich in seiner Nähe befindet. Er sendet gewöhnlich regelmäßig eine Kennung aus, die von kompatiblen Geräten empfangen werden kann. Eine App oder ein Betriebssystem ordnet diese Kennung anschließend einem bekannten Ort zu. Mehrere Beacons können dabei helfen, Bereiche innerhalb eines Gebäudes zu unterscheiden. So lässt sich beispielsweise erkennen, ob sich ein Besucher im Eingangsbereich, in einer bestimmten Ausstellung oder in der Nähe eines bestimmten Regals befindet. Die erreichbare Genauigkeit hängt von der Zahl und Position der Sender, den baulichen Bedingungen und der eingesetzten Technik ab. Wände, Menschen und andere Funkquellen können die gemessene Signalstärke verändern.
WLAN kann mehr als nur bekannte Router erkennen
Neuere WLAN-Techniken können bei kompatiblen Geräten und Zugangspunkten die Signallaufzeit messen. Bei Wi-Fi RTT wird vereinfacht betrachtet, wie lange Funksignale für den Weg zwischen Smartphone und Zugangspunkt benötigen. Aus mehreren solchen Entfernungsmessungen lässt sich eine feinere Position innerhalb eines Gebäudes berechnen. Android nennt als mögliche Anwendungen unter anderem Indoor-Navigation und standortabhängige Dienste in Gebäuden. Dafür müssen allerdings sowohl das Smartphone als auch die beteiligten WLAN-Zugangspunkte die Technik unterstützen. Ein gewöhnlicher Heimrouter ermöglicht daher nicht automatisch eine zentimetergenaue Ortung.
Bewegungssensoren schließen kurzfristige Lücken
Kennt das Smartphone eine Ausgangsposition, kann es Bewegungen für eine gewisse Zeit weiterverfolgen. Der Beschleunigungssensor erkennt Änderungen der Bewegung, das Gyroskop erfasst Drehungen und das Magnetometer hilft bei der Bestimmung der Ausrichtung. Beim Gehen kann das Gerät Schritte erkennen und aus deren Richtung abschätzen, wie sich der Nutzer seit der letzten zuverlässigen Position bewegt hat. Im Auto lassen sich Kurven, Beschleunigungen und Bremsvorgänge erfassen. Diese Berechnungen werden häufig als Koppelnavigation oder Dead Reckoning bezeichnet. Sie ersetzen eine regelmäßige Korrektur durch externe Signale nicht, können aber kurze GPS-Ausfälle in Tunneln oder zwischen hohen Gebäuden überbrücken.
Kleine Messfehler summieren sich mit der Zeit
Sensoren messen Bewegungen nicht vollkommen fehlerfrei. Schon eine geringe Abweichung bei jedem Schritt oder jeder Richtungsänderung führt dazu, dass die geschätzte Position allmählich von der tatsächlichen abdriftet. Deshalb kann ein Smartphone nicht beliebig lange nur anhand von Beschleunigung und Drehrichtung navigieren. Sobald wieder GPS-, WLAN-, Mobilfunk- oder Bluetooth-Daten verfügbar sind, wird die intern fortgeschriebene Position korrigiert. Google nennt Beschleunigungssensor, Barometer und Gyroskop als zusätzliche Quellen seiner Standortgenauigkeit, betont aber zugleich, dass je nach Gerät und Umgebung nur die jeweils verfügbaren Signale genutzt werden können.
Das Barometer kann Höhenunterschiede erkennen
Viele Smartphones besitzen einen Luftdrucksensor. Da der Luftdruck mit zunehmender Höhe abnimmt, lassen sich daraus relative Höhenänderungen ableiten. Das Gerät kann beispielsweise erkennen, dass sich der Nutzer mehrere Stockwerke nach oben bewegt hat. Für die Bestimmung einer exakten Etage reicht ein einzelner Messwert nicht immer aus, weil Wetterveränderungen und unterschiedliche Gebäudestrukturen das Ergebnis beeinflussen. In Verbindung mit bekannten Gebäudeinformationen, WLAN-Signalen, Bluetooth-Beacons und anderen Sensoren kann das Barometer die Standortschätzung dennoch verbessern. Google weist darauf hin, dass seine Standortgenauigkeit neben der horizontalen Position auch Informationen zur Höhe oder zum Stockwerk einbeziehen kann.
Auch die IP-Adresse verrät einen ungefähren Aufenthaltsort
Verbindet sich ein Smartphone mit dem Internet, ist für die angesprochenen Server eine öffentliche IP-Adresse sichtbar. Datenbanken ordnen solche Adressbereiche Ländern, Regionen, Städten oder Internetanbietern zu. Daraus kann eine grobe Standortschätzung entstehen, die für regionale Inhalte, Spracheinstellungen oder Werbung genügt. Eine IP-Adresse zeigt jedoch normalerweise nicht zuverlässig die genaue Wohnung oder den aktuellen Straßenabschnitt. Mobilfunkanbieter leiten den Datenverkehr zudem häufig über zentrale Netzknoten, die weit vom tatsächlichen Standort entfernt liegen können. VPN-Dienste verschieben den sichtbaren Internetstandort zusätzlich zum verwendeten Server. Die IP-Ortung ergänzt andere Verfahren, ist für präzise Navigation aber deutlich weniger geeignet als Satelliten-, WLAN- oder lokale Funksignale.
Der blaue Punkt ist das Ergebnis einer Wahrscheinlichkeitsrechnung
Eine Karten-App erhält nicht zwingend eine einzelne zweifelsfreie Koordinate. Das Betriebssystem bewertet vielmehr unterschiedliche Messwerte und berechnet daraus die wahrscheinlichste Position. Ein aktuelles Satellitensignal unter freiem Himmel kann dabei stärker gewichtet werden als ein weit entfernter Mobilfunkmast. In einem Gebäude können dagegen mehrere bekannte WLAN-Netze aussagekräftiger sein als schwache und reflektierte GPS-Signale. Die sichtbare Genauigkeit wird häufig durch einen Kreis um den Standortpunkt dargestellt. Ein kleiner Kreis steht für eine eng eingegrenzte Position, während ein großer Kreis zeigt, dass das Gerät nur ein größeres Gebiet sicher bestimmen kann.
Schnelle Ortung und genaue Ortung sind nicht dasselbe
Beim Öffnen einer Karten-App zeigt das Smartphone häufig zuerst eine grobe Position aus Mobilfunk-, WLAN- oder zuletzt gespeicherten Daten. Diese erste Schätzung steht schnell zur Verfügung und genügt beispielsweise, um den richtigen Kartenausschnitt zu laden. Wenige Sekunden später kann der Standortpunkt näher an die tatsächliche Position springen, sobald zuverlässige Satellitensignale oder zusätzliche Funkquellen verfügbar sind. Ein solcher Sprung ist daher nicht zwangsläufig ein Fehler. Er zeigt vielmehr, dass das System seine anfängliche Schätzung durch bessere Informationen ersetzt hat.
Eine Internetverbindung macht GPS schneller, ist aber nicht GPS
Satellitenortung funktioniert grundsätzlich ohne Mobilfunkvertrag und ohne aktive Internetverbindung. Das Smartphone kann die Signale der Navigationssatelliten direkt empfangen. Eine Internetverbindung hilft jedoch dabei, Zusatzinformationen schneller zu laden und die Suche nach verfügbaren Satelliten zu beschleunigen. Kartenmaterial, Verkehrsdaten und lokale Suchergebnisse benötigen ebenfalls eine Datenquelle, sofern sie nicht vorher offline gespeichert wurden. Deshalb kann eine Navigations-App ohne Internet zwar weiterhin eine GPS-Position erhalten, aber keine Karte anzeigen oder Route berechnen, wenn die benötigten Daten nicht auf dem Gerät vorhanden sind.
Ausgeschaltetes GPS bedeutet nicht zwingend ausgeschaltete Ortung
Je nach Betriebssystem und Einstellung kann ein Smartphone auch ohne Satellitenortung eine Position aus WLAN, Mobilfunk und Bluetooth ableiten. Umgekehrt bedeutet das Abschalten der WLAN-Verbindung nicht automatisch, dass keine WLAN-Suche mehr stattfindet. Android besitzt dafür separate Optionen zur WLAN- und Bluetooth-Suche. Auf Apple-Geräten können die Ortungsdienste ebenfalls mehrere Quellen verwenden, solange die entsprechenden Funktionen und Berechtigungen aktiviert sind. Wer die Standortbestimmung begrenzen möchte, muss deshalb nicht nur auf ein einzelnes GPS-Symbol achten, sondern die zentralen Ortungsdienste und die Berechtigungen der Apps prüfen.
Apps erhalten nicht automatisch freien Zugriff
Android und iOS verlangen für die Nutzung von Standortinformationen Berechtigungen. Nutzer können je nach System entscheiden, ob eine App den Standort nie, nur während der Verwendung oder dauerhaft im Hintergrund abrufen darf. Neuere Android-Versionen unterscheiden außerdem zwischen genauer und ungefährer Position. Eine Wetter-App benötigt für die lokale Vorhersage meist keine exakte Hausnummer, während eine Navigations-App ohne präzisen Standort kaum sinnvoll arbeiten kann. Google betont, dass die Freigabe einer ungefähren Position pro App von der allgemeinen Einstellung zur Standortgenauigkeit des Geräts zu unterscheiden ist.
Ungefährer Standort schützt nicht vor jeder Zuordnung
Erhält eine App nur einen ungefähren Standort, wird ihr nicht die präziseste verfügbare Position übermittelt. Trotzdem können zusätzliche Informationen Rückschlüsse erlauben. Die IP-Adresse, wiederkehrende Nutzungszeiten, eingegebene Adressen, gespeicherte Orte oder andere App-Daten können den Aufenthaltsbereich weiter eingrenzen. Die Berechtigung für einen ungefähren Standort reduziert die Genauigkeit der direkten Standortfreigabe, ersetzt aber keine umfassende Datenschutzentscheidung. Besonders bei Apps ohne nachvollziehbaren Ortsbezug sollte geprüft werden, warum sie überhaupt eine Standortberechtigung verlangen.
Dauerhafte Standortfreigaben verbrauchen zusätzliche Energie
Eine hochpräzise Position erfordert je nach Situation mehrere Funkmodule und Sensoren. Häufige GPS-Abfragen können den Akku stärker belasten als eine gelegentliche grobe Ortung über Mobilfunk oder WLAN. Android unterscheidet deshalb zwischen verschiedenen Anforderungen an Genauigkeit und Energieverbrauch. Für eine aktive Navigation ist eine laufend aktualisierte, genaue Position sinnvoll. Eine Wetter-App oder eine Erinnerung für einen großen geografischen Bereich kann dagegen mit selteneren und gröberen Aktualisierungen auskommen. Android weist darauf hin, dass eine hohe Genauigkeit GPS, WLAN, Mobilfunk und Sensoren kombinieren und dadurch mehr Energie benötigen kann.
In Gebäuden bleibt die Position oft ungenauer
Selbst mit WLAN, Bluetooth und Sensoren lässt sich ein Smartphone nicht in jedem Gebäude exakt orten. Voraussetzung sind ausreichend viele bekannte oder speziell installierte Funkquellen. In einer großen Einkaufspassage mit zahlreichen WLAN-Netzen und Beacons kann die Position genauer sein als in einem abgelegenen Lagerhaus mit einem einzigen Router. Auch das Stockwerk ist nicht immer zuverlässig erkennbar. Eine Karten-App kann deshalb den richtigen Gebäudekomplex anzeigen, während der konkrete Raum oder die Etage offenbleibt. Der sichtbare Genauigkeitskreis ist in solchen Situationen aussagekräftiger als der Standortpunkt allein.
Hohe Gebäude können den Standortpunkt versetzen
In Straßenschluchten erreichen Satellitensignale das Smartphone teilweise erst nach Reflexionen an Fassaden. Das Gerät kann die längere Laufzeit irrtümlich als größere Entfernung zum Satelliten interpretieren. Der Standortpunkt springt dann auf die andere Straßenseite, in ein Nachbargebäude oder parallel zur tatsächlichen Route. WLAN- und Mobilfunkdaten können den Fehler begrenzen, lösen ihn aber nicht in jeder Situation vollständig. Fußgänger sollten deshalb nicht blind einem einzelnen Punkt folgen, sondern Straßennamen, Kreuzungen und sichtbare Orientierungspunkte berücksichtigen.
Ortungsdienste können auch bei Notrufen aktiv werden
Smartphones und Mobilfunknetze verfügen über Funktionen, die bei einem Notruf möglichst genaue Standortinformationen an Rettungsstellen übermitteln können. Dabei können verschiedene Ortungsquellen kombiniert werden. Google weist darauf hin, dass Notfall-Ortungsdienste oder Mobilfunkanbieter abhängig von Land, Netz und Gerät auch dann verbesserte Standortdaten senden können, wenn bestimmte normale Einstellungen zur Standortgenauigkeit deaktiviert sind. Diese Funktionen dienen der schnelleren Hilfe und sind von gewöhnlichen Standortfreigaben an Apps zu unterscheiden.
Verlorene Geräte nutzen ein eigenes Zusammenspiel
Bei der Suche nach einem verlorenen Smartphone ist nicht nur dessen eigene Internetverbindung relevant. Moderne Gerätenetzwerke können Bluetooth-Signale eines vermissten Geräts durch andere Smartphones, Tablets oder Computer in der Umgebung erkennen lassen. Die helfenden Geräte übermitteln anschließend verschlüsselte Standortinformationen an den jeweiligen Suchdienst. Apple beschreibt für sein „Wo ist?“-Netzwerk, dass nahe Apple-Geräte Bluetooth-Signale eines verlorenen Geräts empfangen und dessen Standort weiterleiten können, selbst wenn das vermisste Gerät selbst keine WLAN- oder Mobilfunkverbindung besitzt.
Ein falscher Standort lässt sich oft systematisch erklären
Zeigt das Smartphone eine falsche Position, sollte zunächst die Größe des Genauigkeitskreises betrachtet werden. Danach helfen ein Standortwechsel ins Freie, das Aktivieren von WLAN und Bluetooth-Suche sowie ein Neustart der Karten-App. Android-Nutzer können zusätzlich die Einstellung zur Standortgenauigkeit prüfen. Liegt der Punkt nur innerhalb eines bestimmten Gebäudes falsch, fehlen möglicherweise geeignete lokale Funkquellen. Springt er dagegen regelmäßig an eine weit entfernte frühere Adresse, kann ein umgezogener WLAN-Router oder eine veraltete Standortdatenbank beteiligt sein. Bleibt die Abweichung unter freiem Himmel bestehen, kommen deaktivierte Ortungsdienste, eingeschränkte App-Berechtigungen, Energiesparfunktionen oder ein Problem mit den Gerätesensoren infrage.
Das Smartphone orientiert sich an einem Netz aus Hinweisen
Eine moderne Standortanzeige entsteht selten aus nur einer Messung. Mobilfunkmasten liefern eine schnelle grobe Region, WLAN-Zugangspunkte verfeinern die Position besonders in bebauten Gebieten, Bluetooth hilft auf kurze Distanz und Sensoren verfolgen Bewegungen zwischen zuverlässigen Messpunkten. GPS ergänzt dieses Netz unter freiem Himmel mit präzisen Satellitendaten. Das Betriebssystem entscheidet fortlaufend, welche Informationen in der jeweiligen Umgebung am glaubwürdigsten sind. Deshalb kann ein Smartphone auch ohne momentanen GPS-Empfang erstaunlich gut wissen, wo es sich befindet. Die angezeigte Position ist dennoch keine allwissende Feststellung, sondern eine aus vielen technischen Hinweisen berechnete Schätzung.