除無源物聯(lián)網外，感知功能如何重構Wi-Fi的未來？

自1997年以來，Wi-Fi 一直在不斷發(fā)展當中，速度、覆蓋范圍和整體性能都在持續(xù)提升。在絕大多數人的認知中，Wi-Fi的功能僅僅是用來連接無線網絡，但Wi-Fi作為一種電磁波信號，其實是可以用來反映物體活動情況的。

現(xiàn)如今，很多消費電子設備早已具備 基于藍牙信號檢測的近距離感應，能夠通過智能手表給配對好的手機、電腦進行解鎖。此前，在智庫的文章中，也曾分析過無源RFID正在從識別向感知發(fā)展，這些變化都在表明新的需求和趨勢已經產生，更多的無線通信技術也都將加入到這個行列當中來，不斷提升用戶的使用體驗。

近期，英特爾公司向外界展示了可以讓電腦能夠智能待機的Wi-Fi Proximity Sensing（Wi-Fi近距離感知）技術，當用戶走到電腦前時，電腦會自動亮屏，出現(xiàn)桌面或者鎖屏界面，而當用戶離開30秒后，電腦則會再次息屏后進入睡眠狀態(tài)。

目前，這項技術僅在英特爾 13 代酷睿平臺上可用，包含標準英特爾 Wi-Fi 網絡接口芯片，之后英特爾將很快推出啟用該技術的驅動程序，屆時使用該處理器的大多數設備都能支持這項功能。此外，在處理器上深度集成的 Wi-Fi 網絡接口，還需要來自操作系統(tǒng)的額外通信才能激活，但過于老舊的處理器應該很難實現(xiàn)這個功能。

英特爾沒有透露該功能是否只會檢測人類，是否會檢測到寵物。或者，如果你經常在玩游戲時長時間離開電腦，可能不適合開啟這個功能。不管怎樣，這個功能畢竟是免費的，可減少系統(tǒng)消耗的電力。

重構Wi-Fi現(xiàn)有功能

雖然在無線通信領域中，很多技術都可以用來完成感知的功能，比如藍牙、RFID，但相比之下，Wi-Fi依然很有吸引力。

當前，幾乎在各類室內場景當中都部署了Wi-Fi， 而將Wi-Fi應用于感知，僅需在技術層面進行更新，與人工智能等新技術進行融合，便可以重用Wi-Fi的現(xiàn)有功能，以實現(xiàn)安全、遠程服務、自動化等各種領域的下一代感知應用，額外的成本投入很低，也不需要任何專用的設備、傳感器等。

而使用Wi-Fi進行感知的原理，就在于電磁波經過不同物體時，其反射和折射的特性不同，如相位、信號衰減情況等，即 CSI（信道狀態(tài)信息）不同。如果對不同的CSI進行分析和區(qū)分，就可以描述不同的空間特性和進行運動狀況的偵測， 利用光學中的菲涅爾區(qū)的概念，并考慮到電磁波的反射特性和WiFi信號的頻率多樣性，幾種理論結合之后的模型便可以捕獲到人體亞波長級別的微小移動，從而可以做到利用WiFi信號感知人體毫米級的行為變動，如：人的移動、老人跌倒、寵物移動等。相比于傳統(tǒng)的攝像頭視頻監(jiān)控，Wi-Fi 感知可以實現(xiàn)更好地隱私保護，更全面的空間覆蓋，而且不會增加Wi-Fi本身的硬件開銷。

以Aerial Technologies為例，通過和安森美半導體緊密合作，Aerial將AI檢測和Wi-Fi集成在一起，利用現(xiàn)有網絡來提供各種應用和服務的解決方案。 當物體在空間中移動時，會干擾到WiFi信號的傳輸，Aerial通過使用模型分析這些干擾，就可以感知、識別、分類各種運動并賦予其含義。

眾所周知，人工智能是面向未來平臺的關鍵，可用于改善人們的生活。在使用人工智能技術以后，可以更有效地保證Wi-Fi感知應用的魯棒性和適應性，這些AI模型也將學習各種環(huán)境下的用戶習慣和行為模式，從而為用戶提供定制化的服務。

此外， 與其他的技術演進路線類似，正在進行的標準化工作也可以進一步改善技術的發(fā)展，從而促成下一代Wi-Fi感知應用。例如Aerial Technologies就作為IEEE WiFi感知小組802.11 bf和無線寬帶聯(lián)盟的成員，致力于行業(yè)標準化，以推動Wi-Fi感知的CSI標準化，有利于縮短許多感知應用的開發(fā)速度。

全新標準助力Wi-Fi感知

早在2019年時，Linksys公司推出的網狀路由就已經支持運動偵測功能，而此后Plume和Origun Wireless等公司也陸續(xù)了推出具有基本感知功能的類似產品。不過，這些產品的感知功能都是靠各自的軟硬件而非標準來實現(xiàn)，不同公司的產品之間沒有互操作性，也難以在長期形成規(guī)模效應。

在此背景下， IEEE 802.11小組正在計劃的全新WiFi標準802.11 bf，該標準由WiFi聯(lián)盟與IEEE 802.11小組攜手制定，旨在將無線設備轉變?yōu)閭鞲衅鳎ㄟ^計算人和物體在物理空間中信號受到的干擾和反射等影響來收集有關人和物體的數據，已有的 Wi-Fi 設備將成為用于確定特定區(qū)域內人和物體位置和網絡交互的一部分。目前，802.11 bf還在提案階段，形成正式標準可能要到2024年，新產品上市則可能要到2025年。

具體來說， 802.11 bf標準協(xié)議由兩部分組成：首先，物體在空間內運動時信號會被阻隔，設備利用信號強度的空間變化就可以判斷是否有物體正在運動，利用1GHz~7.125GHz的低頻電磁波就可以感知到空間內的運動；其次，使用45GHz以上的高頻電子波來感知運動的距離。一旦完成802.11 bf標準的制定，未來的運動感知將會成為標準功能，路由器等產品將可以利用Wi-Fi信號的波動來感知運動，不需要消費者額外購買傳感器，不同品牌的網絡設備也可以互相組網形成更大的偵測范圍，無線網絡也會發(fā)揮出更大的作用。例如，未來的Wi-Fi將可以用來進行摔倒檢測，如果檢測到摔倒就自動發(fā)出報警提示， 甚至還可以用來監(jiān)測呼吸頻率，因為人正常的呼吸也會改變射頻特性。

當然，該協(xié)議也面臨著很多挑戰(zhàn)，其中最典型的就是802.11 bf協(xié)議需要更高的帶寬來支持，這就需要Wi-Fi 6這樣的協(xié)議廣泛使用才有可能做到，不過到目前為止，發(fā)布于2019年的Wi-Fi 6可以算基本普及，公司和家庭里使用的路由器大多已經支持Wi-Fi 6，再配合著千兆光寬帶，Wi-Fi感知的前提已經基本具備。另外，802.11 bf協(xié)議還必須在確保路由器等設備在支持感知功能的同時不會影響正常的網絡使用，畢竟用戶對Wi-Fi最重要的要求還是網絡速度和質量。

對于WiFi覆蓋較差的區(qū)域，可以部署更多的節(jié)點以形成網狀傳感網絡，而且網格節(jié)點現(xiàn)在也支持更高階的MIMO，同樣有益于提升感知的魯棒性。此外，在路由器或網關中使用的基于4x4、5x5、8x8 MIMO的方案還可以幫助克服影響Wi-Fi的噪聲和障礙物，以提供最大的覆蓋范圍。

Wi-Fi感知也可以腦洞大開

基于反向散射機制和傳輸環(huán)境中的多徑效應、干擾對象的能量吸收等因素，RFID系統(tǒng)便可以基于標簽反射信號中攜帶的環(huán)境因素的動態(tài)特征對指定對象進行感知，例如肢體行為識別、呼吸及心跳監(jiān)測等。同樣，當在家中部署WiFi信號發(fā)射器和接收器之后，就可以對人的連續(xù)行為進行感知，相比于使用攝像頭，還避免了隱私相關的困擾。

不僅如此，智能家居也不再需要手動或者語音操控，如空調就可以通過Wi-Fi感知到的房間人數和位置，實時調控風速、強度、方向等，實現(xiàn)更加無感的使用體驗。 類似的感知功能和無感監(jiān)測還能夠應用到更多的場景當中，如：運動檢測、步態(tài)識別、飲食管理、生命體征監(jiān)測、位置追蹤等，而且家用WiFi還可以做到24小時的全天候監(jiān)測，不用額外部署傳感器。

就像很多技術的發(fā)展一樣，未來的現(xiàn)實大都來自于曾經的想象，相信這些Wi-Fi感知的應用也都將變成被廣泛使用的基本功能，讓用戶在“無感”的情況下獲得更好的使用體驗。

參考資料：

1.《英特爾 13 代酷睿支持 Wi-Fi Sensing 技術，電腦可在用戶走近時啟動》，IT之家

2.《WiFi感知將會對日常生活造成什么影響》，安森美半導體

3.《802.11bf標準將為路由帶來運動偵測 利用信號波動探查動態(tài)事物》，藍點網