WiFi зондирование - WiFi Sensing
WiFi Sensing (также называемый WLAN Sensing) использует существующие сигналы Wi-Fi для обнаружения событий или изменений, таких как движение, распознавание жестов и биометрические измерения (например, дыхание). WiFi Sensing - это сочетание технологий обнаружения Wi-Fi и RADAR, работающих в тандеме, что позволяет использовать одно и то же оборудование приемопередатчика Wi-Fi и радиочастотный спектр как для связи, так и для обнаружения.
Применение WiFi Sensing очень разнообразно. Wi-Fi может работать в нескольких частотных диапазонах, каждый из которых обеспечивает уникальный диапазон возможных вариантов использования в зависимости от физических свойств распространения электромагнитных полей, утвержденных уровней мощности и выделенной полосы пропускания. Существует три основных приложения: обнаружение (двоичная классификация), распознавание (мультиклассовая классификация) и оценка (количественные значения размера, длины, угла, расстояния и т. Д.).
Объединение связи и зондирования в технологии мобильных сетей - это большая область исследований, которую иногда называют совместными коммуникациями и радиолокационным / радиозондированием (JCAS). Сочетание двух технологий позволяет использовать существующее оборудование и инфраструктуру, предоставлять новые услуги и обеспечивать более высокий уровень взаимодействия с сетевыми устройствами (например, IoT и автоматизация).
Технический
По сравнению с технологией RADAR, такой как радар непрерывного излучения с частотной модуляцией , WiFi Sensing может использовать свой физический уровень (PHY) как для измерения окружающей среды, так и для цифровой связи. Wi-Fi выигрывает от наличия четко определенного объекта уровня управления доступом к среде (MAC), который указан в стандарте 802.11. Наличие уровня MAC в системе RADAR делает возможной координацию и совместное использование ресурсов эфирного времени между несколькими устройствами. Кроме того, он позволяет обмениваться информацией между несколькими устройствами.
Системы WiFi Sensing требуют более сложных алгоритмов по сравнению с традиционными радиолокационными системами. В традиционных радиолокационных системах компоненты уровня PHY формируют сигналы, спроектированные таким образом, что для извлечения требуемых физических измерений из датчика требуется минимальная обработка. Например, в системе FMCW, разработанной для определения дальности до цели, компоненты уровня PHY выводят сигнал с частотой, пропорциональной отраженному эхо-сигналу от цели. Используя алгоритм быстрого преобразования Фурье на выходе, все цели, видимые датчиком, могут быть извлечены, и может быть выполнено простое линейное отображение частоты в целевой диапазон.
Благодаря WiFi Sensing компоненты и сигналы уровня PHY были разработаны для связи. Зондирование должно использовать сигналы, передаваемые системами цифровой связи, которые обычно основаны на мультиплексировании с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) .
История
Первоначальные строительные блоки, необходимые для определения Wi-Fi, были включены в первый стандарт OFDM Wi-Fi под названием 802.11a , опубликованный в 1999 году. Хотя изначально он не предназначался для восприятия, уровень 802.11a PHY определил компоненты формы волны, которые должны быть добавлены в преамбулу передачи. Затем приемник может оценить канал, чтобы выполнить коррекцию и другие методы DSP , чтобы улучшить качество приема оставшихся данных. Эти компоненты сигнала называются длинными обучающими символами .
29 сентября 2020 года Ассоциация стандартов IEEE одобрила проект IEEE 802.11bf для WLAN Sensing. Его цель состояла в том, чтобы установить стандарты взаимодействия беспроводных устройств и обеспечить широкий спектр приложений WiFi Sensing.
Академический
Большая часть ранних академических исследований WiFi Sensing была основана на большом оборудовании с программно-определяемым радио (SDR) , таком как Ettus Research USRP . SDR обеспечивал гибкость для выполнения настраиваемых операций, которые ранее были невозможны из-за тесной реализации стандартного оборудования Wi-Fi. Требование SDR высокого класса затрудняло его коммерческое использование в качестве продукта. Более поздние усилия исследовательского сообщества привели к созданию инструментов для извлечения измерений информации о состоянии канала (CSI) из стандартных сетевых адаптеров 802.11n .
В октябре 2019 года Wireless Broadband Alliance (WBA) опубликовал первый отраслевой технический документ по WiFi Sensing. Документ, подготовленный Cognitive Systems Corp., Intel и Центром развития телематики (C-DOT) , стал результатом годичного сотрудничества между разработчиками технологий Wi-Fi и поставщиками услуг. Анализ существующих стандартов Wi-Fi выявил пробелы, открывающие области для новых потенциальных улучшений. В статье исследуются ранние приложения WiFi Sensing, включая обнаружение движения, распознавание жестов и биометрические измерения. Также были определены потенциальные возможности для бизнеса на рынках домашней безопасности, здравоохранения, предприятий и автоматизации / управления зданиями.
Коммерциализация
В 2015 году Cognitive Systems Corps представила первый полностью интегрированный SDR на одном кристалле, известный как R10 (Radio10). Его первоначальной целью был мониторинг спектра для сотовой связи, Wi-Fi и других услуг наземной мобильной радиосвязи (LMR) с использованием системы радиочастотных (RF) камер для наблюдения за радиочастотными сигналами и их параметрами из заранее определенного поля зрения. Чип имел пять настраиваемых ядер ЦП, четыре беспроводных приемника и двойные многовекторные процессоры с широкими возможностями настройки, что давало чипу R10 значительные возможности по обнаружению и обработке беспроводных сигналов в режиме реального времени. Когда-то в производстве, Cognitive Systems Corps. сосредоточился на использовании R10 для отслеживания наиболее распространенного спектра сигналов Wi-Fi для обнаружения движения. Для дальнейшего развития алгоритмов обработки сигналов на R10 была реализована основная часть стека Wi-Fi MAC / PHY.
Первым потребительским продуктом, использующим технологию WiFi Sensing, была Aura WiFi Motion, в которой использовался чип R10. Этот коммерческий продукт был распространен Cognitive Systems Corps. через Amazon с декабря 2017 года по январь 2019 года. В октябре 2019 года Cognitive Systems Corps. начала лицензировать свой программный стек как WiFi Motion для поставщиков услуг. На выставке Consumer Electronics Show (CES) 2020 года компания Plume Design, Inc. анонсировала Motion Aware на базе WiFi Motion, новое дополнение к своей платформе интеллектуальных услуг для современных умных домов. Motion Aware была впервые коммерчески доступна 29 февраля 2020 года с выпуском сервисов для подписчиков SuperPods и HomePass второго поколения от Plume Design, Inc.