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Funktechnik Schwierige Abstandsmessung per Bluetooth: Warum die Corona-Warn-App ein Experiment ist

Eine Warn-App soll helfen, das Coronavirus einzudämmen. Ob die störungsanfällige Bluetooth-Technologie dazu geeignet ist, muss sich aber noch zeigen.
01.06.2020 - 09:11 Uhr Kommentieren
Mit dem Mundschutz in die U-Bahn: Die App der Bundesregierung soll künftig warnen, wenn Nutzer sich in der Nähe von Infizierten aufgehalten haben. Quelle: dpa
Smartphone-Nutzerin mit Maske

Mit dem Mundschutz in die U-Bahn: Die App der Bundesregierung soll künftig warnen, wenn Nutzer sich in der Nähe von Infizierten aufgehalten haben.

(Foto: dpa)

Düsseldorf Das Projekt hat allerhöchste Priorität: Die Bundesregierung plant eine große Kampagne für die Corona-Warn-App – und bittet Verbände und Gewerkschaften um Hilfe, bei Mitgliedern und Unterstützern und darüber hinaus zu werben. Das Programm soll Menschen warnen, die mit einem Corona-Kranken in Kontakt waren, und so die Ausbreitung des Virus eindämmen – gerade jetzt, da die Politik viele Beschränkungen wieder lockert.

Ob das so funktioniert, ist allerdings unklar. Denn für die Kontaktverfolgung nutzt die App eine Technologie, die originär nicht dafür gedacht ist: Bluetooth Low Energy, kurz BLE, sei für die kostengünstige und energieeffiziente Vernetzung ausgelegt, sagt Jörg Schmalenströer von der Universität Paderborn – was „eine präzise Distanzschätzung zu anderen Personen“ erschwere.

Im Nahbereich sei die Schätzung relativ präzise, sagt dagegen Steffen Meyer vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS, der die Entwickler von SAP und T-Systems berät. In den nächsten Wochen wird sich zeigen, wie akkurat die Technologie das Infektionsrisiko bestimmen kann. Es ist ein Experiment in Echtzeit.

Die Nutzung der Funktechnik hat einen triftigen Grund: Sie ermöglicht die Kontaktverfolgung, ohne dass die Sammlung von Standortdaten nötig ist. Das wäre ein massiver Eingriff in die Privatsphäre, den IT-Sicherheitsforscher und Datenschützer genauso ablehnen wie Apple und Google – und die haben mit ihren Betriebssystemen einen erheblichen Einfluss darauf, was geht und was nicht.

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Standort erkennen

    Bluetooth Low Energy ist ein Standard, um Daten über eine kurze Distanz zu übertragen: vom Smartphone zum Fitness-Tracker, von der Freisprechanlage zum Headset, vom Controller zur Spielkonsole, vom Heizthermostat zur Steuerungszentrale. Zwischen zehn und 40 Meter Reichweite hat die Technologie, zumindest theoretisch.

    Für die Messung des Abstands zwischen zwei Menschen könne man die Signalstärke auswerten, erläutert Kay Uwe Römer, Professor für Informatik an der Technischen Universität (TU) Graz: Je größer die Entfernung ist, desto kleiner sind die Schwingungen der Wellen. Dabei gilt das gleiche Prinzip wie beim Schall. Wer direkt neben einem Gesprächspartner steht, hört ihn laut, in zehn Meter Entfernung nur noch leise.

    Grafik

    Die Umsetzung ist allerdings schwierig. „Die Ausbreitung von Funkwellen wird stark von der Umgebung beeinflusst“, sagt Römer. So reflektieren Wände das Signal, wodurch sich das Echo beim Empfänger überlagern kann – mit dem Resultat, dass die Messung verfälscht wird, auf Kosten der Genauigkeit. Zudem halten Hindernisse die Verbreitung auf.

    Falsche Alarme möglich

    „Der Mensch dämpft besonders stark“, sagt Römer. 90 Prozent des Körpers bestehen aus Wasser, das Bluetooth-Signale nur schlecht durchdringen. „Wenn sich zwei Leute gegenüberstehen, aber ihre Handys in den Gesäßtaschen haben, wird die Messung ungenau.“ Die Reflektionen des Signals mögen beim Gegenüber ankommen, aber sie verschleiern, wie kurz die Entfernung eigentlich ist.

    Hinzu kommt, dass andere Signale die Kontaktmessung stören können. „Bluetooth überträgt in einem Frequenzbereich, den auch andere Funktechnologien wie WLAN und Zigbee nutzen – und diese konkurrieren aggressiv um Sendezeiten“, erklärt Jörg Schmalenströer, Akademischer Oberrat im Fachgebiet Nachrichtentechnik an der Universität Paderborn. Dadurch komme es unvermeidlich zu Störungen.

    Überall, wo es voll ist, können sich die Signale in die Quere kommen. Etwa an der Bushaltestelle, wenn ein Nutzer über den WLAN-Hotspot der Bäckerei nebenan einen hochauflösenden Film aufs Smartphone streamt und damit viel Bandbreite beansprucht. „Es kann dann passieren, dass Personen mit ihren Geräten andere nicht mehr detektieren können“, sagt Schmalenströer. „Es entsteht ein blinder Fleck.“

    Die Ungenauigkeiten und Ausfälle bringen zweierlei Probleme mit sich. Einerseits kann es dazu kommen, dass die App die Annäherung des Nutzers an einen Corona-Infizierten nicht registriert. Bei einer solchen, von Experten als falsch negativ bezeichneten Erkennung bleibt die Ausbreitung des Virus unerkannt. Anders gesagt: Die Technologie ist dann unwirksam.

    Andererseits dürfte es kaum zu vermeiden sein, dass die Software Fehlalarme ausgibt. Das kann etwa der Fall sein, wenn ein Patient weiter vom Nutzer entfernt ist als von der Software ermittelt. Oder auch, wenn eine Glasscheibe die Ausbreitung des Virus verhindert hat, etwa in einem Café. Das Problem: Kommt es zu häufig zu solchen falsch positiven Erkennungen, droht das Vertrauen in die App verloren zu gehen.

    Den Entwicklern sind diese Probleme bewusst. Bluetooth Low Energy sei kein „Messinstrument“, mit dem man den Abstand zwischen Personen wie mit dem Zollstock messen könne, sagt Steffen Meyer, Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS. Das Bluetooth-Signal werde beispielsweise durch Menschen oder Wände beeinflusst. „Im Innenbereich ist die Messung mit mehr Einflussfaktoren behaftet als im Außenbereich“, erklärt der Informatiker.

    Trotz dieser Einschränkungen könne die Technologie ihren Zweck erfüllen: „Es geht ja in der Warn-App um den Nahbereich von 1,5 bis zwei Metern, dort sind die Schätzungen genauer möglich“, sagt Meyer, der das Konsortium aus SAP und T-Systems berät. Zudem erfolge die Risikoeinschätzung aufgrund einer Serie von Messungen, was zu einer höheren Zuverlässigkeit führe. Sprich: Einzelne Fehler fallen nicht so sehr ins Gewicht.

    Es geht nicht ohne Tests

    Der Informatiker sieht darin eine wichtige Hilfe für die Gesundheitsbehörden: „Das System kann Leute warnen, die man nicht kennt – das ist der große Vorteil gegenüber der klassischen Nachverfolgung.“ Der Erfolg der App hänge aber nicht nur von technischen, sondern auch von sozialen Faktoren ab, zum Beispiel der Akzeptanz der Software in der Bevölkerung. „Einige Dynamiken kann man nicht vorhersehen – die Praxis wird zeigen, wo weitere Anpassungen notwendig werden“, sagt Meyer daher.

    Bei aller Hoffnung wird die App allein nicht ausreichen, um das Coronavirus einzudämmen. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) betont stets, dass diese nur Teil einer Strategie sein kann – neben der manuellen Kontaktverfolgung durch Gesundheitsbehörden und Tests.

    Bei der Standardisierungsorganisation Bluetooth SIG arbeitet man derweil daran, die Genauigkeit der Funktechnologie zu verbessern: Version 5.1 soll die Funktion „Direction Finding“ enthalten, die eine Positionsbestimmung und somit auch exakte Entfernungsmessung ermöglicht.

    Langfristig könnten andere Technologien helfen. Einige neue Smartphone-Modelle wie das iPhone 11 sind mit Ultra-Wide Band (UWB) ausgestattet, das Apple als „GPS fürs Wohnzimmer“ bezeichnet. Das Pixel 4 von Google wiederum hat einen Radar.

    „Es dauert mindestens fünf Jahre, bis sich solche Technologien substanziell verbreiten“, sagt Informatikprofessor Römer. Bei dieser Pandemie helfen sie nicht. Aber vielleicht bei späteren.

    Mehr: So weit sind Deutschland und die EU-Staaten mit den Corona-Apps.

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