Technologien zur Lokalisierung von Geräten

Technologie 1: Ortung über Mobilfunknetz

Als GSM-Ortung wird die Standortbestimmung eines Smartphones über das Handy-Netz genannt, welche nur im Zusammenspiel mit dem Netzbetreiber funktioniert. Die Grundlage für diese Positionierung der Smartphones bieten Mobilfunkzellen, damit sind Bereiche die ein Sendemast abdeckt gemeint. Nachdem jedes Smartphone immer automatisch mit dem nächstgelegenen Sendemast kommuniziert, kann so genau festgestellt werden, welches Smartphone gerade mit welchem Sendemast verbund ist. (Q7)

Allgemein kann gesagt werden, dass GSM eine einfache Alternative für GPS darstellt mit dem großen Vorteil dass keine weiteren Technologien zur Positionierung benötigt werden. 

Technologie 2: IP-Adresse

 Die Geolokalisierung mit HIlfe der IP-Adresse ist eine sehr einfache, aber auch nicht sehr genaue Möglichkeit zur Positionsbestimmung von Smartpones. Jedes Gerät, das sich mit dem Internet verbindet erhält eine eindeutige Zahlenkombinations als Adresse. Durch diese Adresse lässt sich in der Regel aber nur die Stadt oder der Ballungsraum korrekt erkennen. Eine genauere Standortbestimmung ist dagegen nicht möglich. (Q13)

Zusätzlich besteht hier die Problematik, dass Geräte die über das Netzwerk eines Unternehmens mit mehreren Standorten mit dem Internet verbunden sind möglicherweise der falschen Stadt zugeordnet werden. (Q13)

Überprüfung und Positionierung der IP-Adresse

Die IP-Adresse und die zugehörige Position kann sehr einfach über gratis Internet-Seiten dargestellt werden. Ein mögliches Tool dazu ist: http://whatismyipaddress.com/?u=TRUE

Als Beispiel über den Moment in dem dieser Beitrag verfasst wurde lieferte das Tool folgendes Ergebnis: 

Technologie 3: WLAN-basierte Ortung

Die WLAN-basierte Ortung berechnet die Position anhand von WLAN-Ausbreitungsmustern. In der heutigen Zeit gibt es viele Orte wo man zahlreiche WLAN-Signale empfangen kann. Diese Signale stammen von Hotspots, Firmennetzwerken oder privaten Heimnetzwerken. Die Kenntnis über den Standort dieser Netzwerke (Router) erlaubt so die Berechnung des Standortes. Je mehr verschiedene Netzwerksignale empfangen werden desto genauer ist die Postionierung möglich. Der große Vorteil der WLAN-basierten Ortung im Vergleich zur genauer GPS Alternative ist, dass WLAN auch innerhalb von Gebäuden möglich ist. (Q12) Die Genauigkeit liegt etwa bei 7 bis 20 Meter. (Q14)

Hier noch die Vor- und Nachteile der WLAN-basierten Handypositionierung:

1. Vorteil: Funktioniert auch bei schlechter Sicht und in Gebäuden.
2. Nachteil: WLAN-Access-Points müssen kartographiert und immer wieder aktualisiert werden.
3. Nachteil: Keine WLAN in vielen Regionen (Stadtgrenze, Park, ...) (Q14)

Technologie 4: GPS-Ortung

GPS = Global Positioning Sytem (Globales Positionsbestimmungsgesetz) 

Das GPS ist ein globales Navigationssatellitensystem zur Positionsbestimmung. Entwickelt wurde GPS vom amerikanischen Verteidigungsministerium seit den 1070er Jahren und löste etwa im Jahr 1985 das alte Satellitennavigationssystem der US-Marina ab. (Q1)

Wie ein GPS-System funktioniert zeigt folgendes Video:

(Q2)

 Genauigkeit und Fehlerquellen:

Bei entsprechend guten Empfangsbediungen beträgt die erzielbare Genauigkeit ohne Korrektur etwa 5- 20 Meter. Nachdem Smartpohens in der heutigen Zeit aber auch WAAS/EGNOS-Korrektursignale empfangen können, kann sich die Genauigkeit auf bis zu einem Meter verbessern. (Q3)

Was sind WAAS/EGNOS-Korrektursignale?

Stationäre Bodenstationen werden die Satellitensignale auf Fehler aus (Satellitenumlaufbahnen, Signalverzögerungen durch Ionosphäre und Troposphäre, und senden Korrekturinformationen über geostationäre Sateliten zum GPS-Empfänger. Die meisten Smartphones können diese Signale auswerten. (Q4)

WAAS = Nordamerika
EGNOS = Europa

Trotz der Verbesserungssysteme gibt es verschiedene Fehlerquellen die zur ungenauen GPS-Positionierung führen können: (Q5)

• Mehrwegausbreitung
  Damit ist die Reflektion der ausgesendeten Radiowellen der Satelitten an Felswänden, Hauswänden etc. gemeint wodurch die Radiowellen später beim GPS-Empfangsgerät eintreffen und dadurch ein ungenaues Ergebnis entsteht. Durch die immer besser werdenden Empfangsleistungen der GPS-Geräte kann diese Problmatik heutzutage nahezu ausgeschlossen werden.
• Abschaltung von Satellitensignalen
  Damit ein GPS - Empfänger funktioniert muss freier Empfang gegeben sein, Satelittensignale können aber durch verschiedene Einschränkungen fast abgeschalten werden. Solche Faktoren sind:
  dichte Blätterdächer in Wäldern
  Beton und Eisen in geschlossenen Räumen
  Felswände, ...
• Atmosphärische Effekte
  In der Ionosphähre und der Troposhähre werden die elektromagnetischen Wellen reflektiert oder gebrochen.

GPS am Smartphone

Smartphones werden in der heutigen Zeit von vielen Nutzern auch immer häufiger für Outdoor-Naviagation genutzt. In einem Vergleichstest von Pocketnavigation wurden die TOP-Geräte der bekanntesten Smartphone hersteller gegeneinander getestet, als Vergleichsgerät diente ein Garmin eTrex 10, ein Einsteiger Outdoor-Navigationsgerät: 

(Q6)

Galileo als europäische GPS-Alternative

Um die Abhängigket der USA zu minimieren gibt es aktuell Planungen für ein europäisches satelittengestütztes Navigationssystem mit dem Namen Galileo. Die Investitionskosten für dieses Navigationssystem bewegen sich bei rund 4 Milliarden Euro. Aus Sicherheitsgründen kann die zivilie Nutzung von GPS jederzeit gesperrt werden, was bei Galileo nicht möglich sein soll. Künftige Navigationsgeräte werden sowohl GPS als auch Galileo integriert haben. (Q8) Der Vollbetrieb mit einer Flotte von 30 Satelliten soll im Jahr 2020 gestartet werden. (Q9)

Galileo hat grundsätzlich 5 verschiedene Dienst, die für unterschiedliche Anwender gedacht sind:

• Offener Dienst: Signale zur Positions- und Zeitbestimmung sind wie bei GPS kostenlos.
• Kommmerzieller Dienst: Gegen Gebühr können verschlüsselte Zusatzsignale für eine genauere Bestimmung empfangen werden.
• Öffentlich regulierter Dienst: Spezielle verschlüsselte und störsichere Signale sind für staatliche Stellen, wie Polizeit und Zoll gedacht.
• Sicherheitskritischer Dienst:Luft- und Schienenverkehr (mit Zuverlässigkeitsgarantie)
• Such- und Rettungsdienst: Die Satelliten können Notrufe empfangen und mit genauer Standortangabe an die Bodenstationen weiterleiten. (Q8)

Im Vergleich zu GPS wird Galileo laut TechRadar in einigen Punkten klar überlegen sein: (Q10)

• Genauere Zeitmessung: mit Galileo soll eine Genauigkeit auf einen Meter gewährleistet werden.
• Höhere Umlaufbahn: dadurch verbessert sich der Empfang in Häuserschluchten oder Waldlichtungen

Bildquelle: Q11

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Q1: http://de.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System

Q2: https://www.youtube.com/watch?v=BlTS77FFwMw

Q3: http://gpso.de/technik/gpsgenau.html

Q4: http://wiki.openstreetmap.org/wiki/DE:Genauigkeit_von_GPS-Daten ;

Q5: http://www.jedermann-gps.info/grundlagen/fachbegriffe-von-a-z/fehlerquellen.php

Q6: http://www.pocketnavigation.de/2013/12/top-smartphones-gps-vergleichstest/

Q7: http://www.t-online.de/handy/smartphone/id_48574632/handy-orten-fakten-und-tipps-zur-handy-ortung.html

Q8: http://www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/1201081.htm ;

Q9: http://derstandard.at/1381371713808/Galileo-Wie-Europas-GPS-Alternative-die-Navigation-verbessern-soll

Q10: http://derstandard.at/1381371713808/Galileo-Wie-Europas-GPS-Alternative-die-Navigation-verbessern-soll

Q11: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b4/Comparison_satellite_navigation_orbits.svg/2000px-Comparison_satellite_navigation_orbits.svg.png

Q12: http://de.wikipedia.org/wiki/WLAN-basierte_Ortung

Q13: http://www.browsercheck.pcwelt.de/de/dokumentation/geolokalisierung-so-bestimmen-sie-ihren-standort

 Q14: http://gpso.de/technik/gsmnavi.html