La detección de WiFi (también conocida como detección de WLAN [1] ) utiliza señales de Wi-Fi existentes para detectar eventos o cambios como movimiento, reconocimiento de gestos y medición biométrica (por ejemplo, respiración). [2] [3] La detección de WiFi es la combinación de tecnología de detección de Wi-Fi y RADAR que trabaja en conjunto para permitir el uso del mismo hardware del transceptor de Wi-Fi y el espectro de RF tanto para la comunicación como para la detección.
Las aplicaciones de WiFi Sensing son amplias. Wi-Fi puede funcionar en múltiples bandas de frecuencia, cada una de las cuales proporciona una gama única de posibles casos de uso que dependen de las propiedades físicas de propagación electromagnética, los niveles de potencia aprobados y el ancho de banda asignado. Hay tres aplicaciones principales: detección (clasificación binaria), reconocimiento (clasificación de clases múltiples) y estimación (valores de cantidad de tamaño, longitud, ángulo, distancia, etc.). [4]
La combinación de la comunicación y la detección dentro de la tecnología de redes móviles es un gran área de exploración y, a veces, se denomina Comunicaciones conjuntas y detección de radar / radio (JCAS). [5] La combinación de las dos tecnologías puede aprovechar el hardware y la infraestructura existentes, habilitar nuevos servicios y proporcionar un mayor nivel de interacción con dispositivos en red (por ejemplo, IoT y automatización).
Técnico
En comparación con la tecnología RADAR, como el radar de onda continua con modulación de frecuencia , WiFi Sensing puede usar su capa física (PHY) tanto para mediciones ambientales como para comunicación digital. Wi-Fi se beneficia de tener una entidad de capa de control de acceso al medio (MAC) bien definida que se especifica en el estándar 802.11. Tener una capa MAC presente en un sistema RADAR hace posible la coordinación y el intercambio del uso de recursos de tiempo de transmisión entre múltiples dispositivos. Además, permite el intercambio de información entre múltiples dispositivos. [6]
Los sistemas de detección WiFi requieren algoritmos más complejos en comparación con los sistemas RADAR tradicionales. Con los sistemas RADAR tradicionales, los componentes de la capa PHY producen formas de onda diseñadas para que se requiera un procesamiento mínimo para extraer las medidas físicas deseadas del sensor. Por ejemplo, en un sistema FMCW diseñado para detectar el rango del objetivo, los componentes de la capa PHY emiten una señal con una frecuencia proporcional al eco de reflexión de un objetivo. Al emplear un algoritmo de Transformada Rápida de Fourier en la salida, se pueden extraer todos los objetivos visibles por el sensor, y se puede realizar un mapeo lineal simple de la frecuencia al rango del objetivo. [7] [8]
Con WiFi Sensing, los componentes y las señales de la capa PHY se han diseñado para las comunicaciones. La detección debe hacer uso de las señales transmitidas por los sistemas de comunicación digital, que normalmente se basan en la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) .
Historia
Los bloques de construcción iniciales requeridos para la detección de WiFi se incorporaron en el primer estándar Wi-Fi OFDM titulado 802.11a , publicado en 1999. Aunque originalmente no estaba destinado a la detección, la capa 802.11a PHY definió componentes de forma de onda que se agregarían al preámbulo de transmisión. El receptor podría entonces estimar el canal para realizar la ecualización y otras técnicas de DSP para mejorar el rendimiento de la recepción de datos restantes. Estos componentes de forma de onda se conocen como símbolos de entrenamiento largo . [9]
El 29 de septiembre de 2020, la Asociación de Estándares IEEE aprobó el proyecto IEEE 802.11bf para WLAN Sensing. Su propósito era establecer estándares para la interoperabilidad de dispositivos inalámbricos y habilitar una amplia gama de aplicaciones de detección de WiFi. [10]
Académico
Gran parte de la investigación académica inicial sobre la detección de WiFi se basó en un gran hardware de radio definido por software (SDR) , [11] como el Ettus Research USRP . SDR brindó flexibilidad para realizar operaciones personalizadas que antes eran imposibles debido a las implementaciones de naturaleza cercana del hardware Wi-Fi estándar. El requisito de un DEG de gama alta dificultaba su comercialización como producto.
En octubre de 2019, Wireless Broadband Alliance (WBA) publicó el primer documento técnico de la industria sobre detección de WiFi. Liderado por Cognitive Systems Corp., Intel y Center for Development of Telematics (C-DOT) , el documento fue el resultado de una colaboración de un año entre los desarrolladores de tecnología Wi-Fi y los proveedores de servicios. Un análisis de los estándares de Wi-Fi existentes identificó brechas, abriendo áreas para nuevas mejoras potenciales. El documento explora las primeras aplicaciones de detección de WiFi, incluida la detección de movimiento, el reconocimiento de gestos y la medición biométrica. También se identificaron oportunidades comerciales potenciales dentro de los mercados de seguridad del hogar, atención médica, empresas y automatización / administración de edificios. [2]
Comercialización
Uno de los primeros anuncios relacionados con la comercialización de WiFi Sensing, una herramienta para extraer medidas CSI, se publicó en 2011. [12] Esta herramienta estaba ampliamente disponible en la industria Wi-Fi y era compatible con un controlador de interfaz de red 802.11n ( NIC) de Intel. La motivación y los usos principales fueron para la resolución de problemas de red, el desarrollo de sistemas MIMO multiusuario y la comprensión del desvanecimiento de canales en las redes Wi-Fi de vehículos.
En 2015, Cognitive Systems Corps presentó el primer SDR completamente integrado en un solo chip, conocido como R10 (Radio10). Su propósito inicial era el monitoreo del espectro para servicios celulares, Wi-Fi y otros servicios de radio móvil terrestre (LMR) utilizando un sistema de cámara de radiofrecuencia (RF) para observar señales de RF y sus parámetros desde un campo de visión predefinido. El chip tenía cinco núcleos de CPU personalizados, cuatro receptores inalámbricos y procesadores duales multivectoriales altamente configurables, lo que le daba al chip R10 capacidades significativas para detectar y procesar señales inalámbricas en tiempo real. Una vez en producción, Cognitive Systems Corps. enfocado en usar el R10 para monitorear el espectro más prevalente, las señales de Wi-Fi, para la detección de movimiento. Para desarrollar aún más los algoritmos de procesamiento de señales, se implementó un subconjunto principal de la pila Wi-Fi MAC / PHY en el R10. [13]
El primer producto de consumo que utilizó la tecnología WiFi Sensing fue Aura WiFi Motion, que utilizó el chip R10. Este producto comercial fue distribuido por Cognitive Systems Corps. a través de Amazon desde diciembre de 2017 hasta enero de 2019. [14] En octubre de 2019, Cognitive Systems Corps. comenzó a otorgar licencias de su paquete de software como WiFi Motion a proveedores de servicios. En el 2020 Consumer Electronics Show (CES), Plume Design, Inc. anunció Motion Aware impulsado por WiFi Motion, una nueva incorporación a su plataforma de servicios inteligentes para hogares inteligentes modernos. [15] Motion Aware estuvo disponible comercialmente por primera vez el 29 de febrero de 2020, con el lanzamiento de los servicios para suscriptores de SuperPods y HomePass de segunda generación de Plume Design, Inc.
Referencias
- ^ "Estándar IEEE para telecomunicaciones e intercambio de información entre sistemas - Requisitos específicos de LAN / MAN - Parte 11: Control de acceso al medio inalámbrico (MAC) y especificaciones de la capa física (PHY): Capa física de alta velocidad en la banda de 5 GHz", en IEEE Std 802.11a-1999 , vol., No., Págs. 1-102, 30 de diciembre de 1999, doi : 10.1109 / IEEESTD.1999.90606 .
- ^ a b "Detección de Wi-Fi" . Alianza de banda ancha inalámbrica . Consultado el 3 de marzo de 2021 .
- ^ Detección Wi-Fi: revolucionando la detección de movimiento con tecnología Wi-Fi . Semiconductor Components Industries LLC. Julio de 2020.
- ^ Daniel Halperin, Wenjun Hu, Anmol Sheth y David Wetherall. 2011. Lanzamiento de la herramienta: recopilación de trazas 802.11n con información del estado del canal. Computación SIGCOMM. Comun. Rev.41, 1 (enero de 2011), Tabla 6. https://doi.org/10.1145/1925861.1925870
- ^ Zhang, JA, "Habilitación de la comunicación conjunta y la detección de radar en redes móviles: una encuesta", arXiv e-prints, 2020. https://arxiv.org/pdf/2006.07559.pdf
- ^ Daniel Halperin, Wenjun Hu, Anmol Sheth y David Wetherall. 2011. Lanzamiento de la herramienta: recopilación de trazas 802.11n con información del estado del canal. Computación SIGCOMM. Comun. Rev. 41, 1 (enero de 2011), 26-26. https://doi.org/10.1145/1925861.1925870
- ^ Beg, C .; Vajedi, M .; Nezhad-Ahmadi, MR; Azad, NL; Safavi-Naeini, S. (septiembre de 2012). "Un sistema de radar rentable para aplicaciones de control del tren motriz automotriz" . 2012 15ª Conferencia Internacional IEEE sobre sistemas de transporte inteligentes : 84–89. doi : 10.1109 / ITSC.2012.6338893 . ISBN 978-1-4673-3063-3.
- ^ Chang, W .; Huan, L .; Yubai, L. (junio de 2006). "Un método práctico de procesamiento de señales de radar FMCW y su implementación del sistema" . 2006 Sexta Conferencia Internacional sobre Telecomunicaciones ITS : 1195–1199. doi : 10.1109 / ITST.2006.288840 . ISBN 0-7803-9586-7.
- ^ "Estándar IEEE para telecomunicaciones e intercambio de información entre sistemas - Requisitos específicos de LAN / MAN - Parte 11: Control de acceso al medio inalámbrico (MAC) y especificaciones de la capa física (PHY): Capa física de alta velocidad en la banda de 5 GHz" . IEEE STD 802.11a-1999 : 1–102. Diciembre de 1999. doi : 10.1109 / IEEESTD.1999.90606 . ISBN 978-0-7381-1810-9.
- ^ dice, Rakesh Kumar (05/12/2020). "IEEE 802.11bf tiene como objetivo permitir una nueva aplicación de tecnología WLAN: detección de WLAN" . IEEE SA más allá de los estándares . Consultado el 3 de marzo de 2021 .
- ^ Adib, Fadel; Katabi, Dina (27 de agosto de 2013). "¡Mira a través de las paredes con WiFi!" . Actas de la Conferencia ACM SIGCOMM 2013 sobre SIGCOMM . SIGCOMM '13. Hong Kong, China: Asociación de Maquinaria de Computación: 75–86. doi : 10.1145 / 2486001.2486039 . ISBN 978-1-4503-2056-6.
- ^ Daniel Halperin, Wenjun Hu, Anmol Sheth y David Wetherall. 2011. Lanzamiento de la herramienta: recopilación de trazas 802.11n con información del estado del canal. Computación SIGCOMM. Comun. Rev.41, 1 (enero de 2011). https://doi.org/10.1145/1925861.1925870
- ^ Manku, T .; Kravets, O .; Selvakumar, A .; Beg, C .; Chattha, K .; Dattani, D .; Devison, S .; Ituah, S .; Magnusen, T .; Mathai, N .; McGinn, J. (junio de 2017). "Un SoC 4RX-1TX de 680MHz a 4GHz para aplicaciones de radio cognitiva" . Simposio internacional de microondas (IMS) IEEE MTT-S 2017 : 586–589. doi : 10.1109 / MWSYM.2017.8058634 . ISBN 978-1-5090-6360-4.
- ^ "La próxima generación de Aura utiliza tecnología WiFi Motion y Mesh para monitorear su hogar sin cámaras" . www.businesswire.com . 2017-11-14 . Consultado el 3 de marzo de 2021 .
- ^ "Resumen de CES: detección de movimiento de Plume para el hogar, computadoras portátiles con Wi-Fi 6 y más Wi-Fi 6 mesh" . Wi-Fi NOW Global . 2020-01-13 . Consultado el 3 de marzo de 2021 .