iPhone ユーザーの GPS 体験は非常に速く、瞬時に起動するため、iOS での位置追跡に関する Apple の水曜日の回答は、ほとんど不可解に思えるかもしれない。
GPS衛星データのみを使用して携帯電話の位置を計算すると、最大で数分かかる場合があります。iPhoneは、Wi-Fiホットスポットと携帯電話基地局のデータを使用してGPS衛星を素早く検出することで、この時間をわずか数秒に短縮できます。
数分？iPhoneが私の居場所を特定するのに数秒もかからないのに？
ええ、確かに…ですが、GPS受信機が登場した当時は必須だった長いプロセスを回避するために、Appleが一連のトリックを駆使している場合に限られます。簡単に言うと、Appleはこうした仕組みや取り組みについて、完全に正確な説明をしていません。そこで、Wi-Fiと携帯電話の基地局がこの問題にどのように関係するのかを説明しましょう。
発見まで12.5分
初期のGPS受信機は、コールドスタートからロックを取得するまでに12.5分かかりました。後期のGPS受信機でも、同じ地域でロックを取得するには数分かかることがありました。GPS受信機を数週間オフにしたり、数百マイル以上移動したりすると、再びコールドスタートが必要になる場合があります。
GPSは、時間と空間という2つの要素に基づいて、現在地の正確な座標を生成します。GPS衛星は、内蔵の原子時計を使って正確な時刻信号と現在位置を送信します。また、アルマナックと呼ばれる、空にある他のすべての衛星の位置情報も送信します。
GPS衛星は30秒ごとに、タイムスタンプ、現在位置、そして他のGPS衛星の比較的精度の低い位置情報を送信します。衛星の位置リスト全体を取得するには、この送信を25回（つまり12.5分）かかります。受信機が範囲内にある衛星からの信号を正しく解釈するには、この情報をデコードする必要があります。
4つの衛星の位置と、それぞれの位置情報を送信した時刻がわかれば、あなた、あるいはGPS受信機は、現在地の緯度、経度、高度、そして正確な現在時刻を10メートル以内の精度で計算できます。衛星が3つになると高度は失われますが、それでもデバイスはかなり正確に動きを追跡できます。スタンドアロンのGPS受信機は、複数の衛星を同時に捕捉し、4つ以上を追跡できます。精度を向上させる技術もいくつかあります。
でも、12.5分も時間がないんです。忙しいんです！もっと早く場所を教えてください！
GPSのアシスト
そこでGPSチップや機器メーカーは、待ち時間を短縮するための様々な方法を考案しました。それが「アシストGPS（AGPS）」です。衛星からの位置データをリアルタイムでダウンロードする代わりに、将来の位置を正確に推定することで、衛星のおおよその位置を把握し、位置を特定することができます。その時点で、より最新の情報を取得できます。これらの推定値は、ネットワーク接続を介して数秒でダウンロードできるだけでなく、デバイス上で直接計算することも可能です。
現在時刻も手がかりとして利用できます。正確な現在時刻があれば、断片的な衛星データを解読し、より速く位置を特定したり、適切な情報を見つけ出したりすることができます。Verizonが使用しているようなCDMAネットワークでは、ネットワークの基本動作にGPS同期の原子時が必須であるため、このような情報を入手するのは容易です。（実際、CDMAの携帯電話基地局には、原子時の同期をより正確に維持するためにGPSユニットが内蔵されています。）
これらの追加機能こそが、GPSをAGPSへと昇華させるものです。多くの人がAGPSを誤解し、偽のGPSシステムだと考えているようですが、そうではありません。AGPSはGPS受信機なしでは動作しません。AppleのiPhoneとiPadの3GモデルにはAGPSが搭載されており、GPSチップを搭載したほぼすべての競合デバイス、特にAndroidスマートフォンにもAGPSが搭載されています。（AGPSにより、スマートフォンに搭載するGPS回路ははるかに安価でシンプルなものになり、コストとバッテリー消費を削減できます。）
Appleの水曜日の声明が完全な正確性から逸脱しているのはこの点です。AppleはネイティブGPSロックの精度向上にAGPSを使用しており、Wi-Fiネットワークと携帯電話基地局の位置は、GPS精度の向上に加え、初期接続の高速化にも寄与しています。
携帯電話事業者は、自社のすべての基地局の位置を非常に正確にGPSで測定しています。こうした基地局のデータベースがあれば、範囲内にある基地局（数十基に及ぶ場合もあります）の信号強度を測定し、三辺測量によってそれらの基地局が重なり合う領域を見つけることができます。（三辺測量では、重なり合う領域から交差領域を見つけます。一方、三角測量では、角度の測定によって中心点を見つけます。）
しかし、携帯電話基地局はGPSのような精度を提供するには互いに離れすぎており、都市環境よりもカバー範囲が狭くなる郊外など人口の少ない地域ではうまく機能しない。
Wi-Fiを探しています
Apple、Google、その他の企業は、このためにWi-Fi測位を活用しています。Skyhook Wireless社が開発したWi-Fi測位は、当初はWi-Fiアンテナと高感度GPS受信機を搭載した専用トラックを都市部を走行させ、ネットワーク識別子（Wi-Fi基地局からブロードキャストされる固有のハードウェアアドレス）と数十億地点における相対的な信号強度を取得する必要がありました。携帯電話基地局と同様に、十分なネットワークと十分な信号強度情報があれば、おおよその位置を特定できます。
スマートフォンのようなネットワーク接続デバイスが、近くのWi-Fiや携帯電話の電波源のスナップショットを撮り、それをサーバーに渡すと、サーバーからおおよその座標が返ってくるのは簡単です。AppleのQ&Aによると、同社はさらに一歩進んで、近くのネットワークや基地局に関するデータのサブセットをキャッシュすることで、ネットワークのアクティビティを減らし、こうした検索を高速化しています。これにより、位置情報サービスではなく、スマートフォンやタブレットで一部の計算処理が実行されるようになります。つまり、携帯電話やWi-Fi接続が利用できない場合でも、こうした位置情報は依然として役立つということです。（これは、Wi-Fiのみに対応したiPadやiPod touchが、ネットワークに接続していない状態でも位置情報を計算できるように見えるという、私が以前見かけた謎を説明しています。）
Apple は、2008 年初頭の iPhone OS アップデートで、初代 iPhone に Wi-Fi と携帯電話基地局による測位機能を初めて搭載しました。これは、初代 iPhone に GPS 受信機が搭載されていなかったことに対する Apple の言い訳でした。GPS 受信機は iPhone 3G まで登場しませんでした。
マップアプリを起動するたびに、これらのいずれか、あるいは両方の動作を確認できます。通常、ローカルデータベースへの参照の結果と思われる大きな青い円がほぼ瞬時に表示されます。この円は、携帯電話やWi-Fiのソースから得られる情報が増えるにつれて小さくなり、より正確な三辺測量が可能になります。このデータは、最適なGPS衛星情報を解読するための手がかりとして活用され、非常に小さなデータ断片や生の信号でさえも、より正確な位置情報の取得を可能にします。最後に、iOSがGPSの位置情報を確実に捕捉できたと確信すると、円は1つの点に変わります。
トラックからクラウドへ
Appleは、iPhoneとiPod touch向けのiOS 4.0、そしてiPad専用の3.2リリース以降、データプロバイダーとしてSkyhook Wirelessの利用を中止しました。これには理由があります。iOSデバイスがWi-Fi位置情報を利用する際、現在の電波状況のスナップショットがAppleに送信されます。AppleのQ&Aには、この情報は匿名で使用され、より質の高いデータをクラウドソーシングするために使用されると記載されています。しかし、これはユーザーが位置情報の更新にどの程度依存しているか、そしてユーザーがどこに集中しているかを知るための、非常に有用な市場情報でもあります。位置情報データを検索するアプリ以外にも、広告ターゲティングなど様々な用途に活用できます。
もちろん、AppleのQ&Aでは、すべてのWi-FiスナップショットがAppleに送信されるわけではないことが明確にされています。データベースの改善のために、アルゴリズムに基づいてデータが送信されていることは明らかです。クラウドソーシングによって、Appleはトラックを派遣する必要を回避しています。Googleも同様のアプローチを採用し、ストリートビューのトラックを使ってAndroidベースのクラウドソーシングを補完しているようです。（この件で、Googleは2つの問題を抱えています。1つ目は、暗号化されていないWi-Fiネットワークデータを誤って記録したとみられること、そして罰金、和解金、そして多くの国でそのようなスキャンの停止に至ったことです。2つ目は、大手携帯電話メーカー2社に対し、Googleのデータを利用するよう契約を変更するよう強要したとされることです。）
GPSは実のところ、様々なレベルでロケット科学の域に達しています。しかし、Appleが複数の情報源からの情報を統合・補完し、高速かつ正確な位置情報を提供する仕組みを見れば、ユーザーである私たちにとって、それが「GPS」であり、ただ機能しているだけである理由が分かります。
[Glenn FleishmanはMacworldのシニア寄稿者であり、無線データに関する記事を定期的に執筆しています。彼の最新著書は『Take Control of iPhone and iPod touch Networking & Security for iOS 4』（Take Control books）です。]
