除無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)外，感知功能如何重構(gòu)Wi-Fi的未來(lái)？

自1997年以來(lái)，Wi-Fi 一直在不斷發(fā)展當(dāng)中，速度、覆蓋范圍和整體性能都在持續(xù)提升。在絕大多數(shù)人的認(rèn)知中，Wi-Fi的功能僅僅是用來(lái)連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，但Wi-Fi作為一種電磁波信號(hào)，其實(shí)是可以用來(lái)反映物體活動(dòng)情況的。

現(xiàn)如今，很多消費(fèi)電子設(shè)備早已具備 基于藍(lán)牙信號(hào)檢測(cè)的近距離感應(yīng)，能夠通過(guò)智能手表給配對(duì)好的手機(jī)、電腦進(jìn)行解鎖。此前，在智庫(kù)的文章中，也曾分析過(guò)無(wú)源RFID正在從識(shí)別向感知發(fā)展，這些變化都在表明新的需求和趨勢(shì)已經(jīng)產(chǎn)生，更多的無(wú)線通信技術(shù)也都將加入到這個(gè)行列當(dāng)中來(lái)，不斷提升用戶的使用體驗(yàn)。

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

目前，這項(xiàng)技術(shù)僅在英特爾 13 代酷睿平臺(tái)上可用，包含標(biāo)準(zhǔn)英特爾 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)接口芯片，之后英特爾將很快推出啟用該技術(shù)的驅(qū)動(dòng)程序，屆時(shí)使用該處理器的大多數(shù)設(shè)備都能支持這項(xiàng)功能。此外，在處理器上深度集成的 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)接口，還需要來(lái)自操作系統(tǒng)的額外通信才能激活，但過(guò)于老舊的處理器應(yīng)該很難實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

英特爾沒(méi)有透露該功能是否只會(huì)檢測(cè)人類，是否會(huì)檢測(cè)到寵物。或者，如果你經(jīng)常在玩游戲時(shí)長(zhǎng)時(shí)間離開電腦，可能不適合開啟這個(gè)功能。不管怎樣，這個(gè)功能畢竟是免費(fèi)的，可減少系統(tǒng)消耗的電力。

重構(gòu)Wi-Fi現(xiàn)有功能

雖然在無(wú)線通信領(lǐng)域中，很多技術(shù)都可以用來(lái)完成感知的功能，比如藍(lán)牙、RFID，但相比之下，Wi-Fi依然很有吸引力。

當(dāng)前，幾乎在各類室內(nèi)場(chǎng)景當(dāng)中都部署了Wi-Fi， 而將Wi-Fi應(yīng)用于感知，僅需在技術(shù)層面進(jìn)行更新，與人工智能等新技術(shù)進(jìn)行融合，便可以重用Wi-Fi的現(xiàn)有功能，以實(shí)現(xiàn)安全、遠(yuǎn)程服務(wù)、自動(dòng)化等各種領(lǐng)域的下一代感知應(yīng)用，額外的成本投入很低，也不需要任何專用的設(shè)備、傳感器等。

而使用Wi-Fi進(jìn)行感知的原理，就在于電磁波經(jīng)過(guò)不同物體時(shí)，其反射和折射的特性不同，如相位、信號(hào)衰減情況等，即 CSI（信道狀態(tài)信息）不同。如果對(duì)不同的CSI進(jìn)行分析和區(qū)分，就可以描述不同的空間特性和進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀況的偵測(cè)， 利用光學(xué)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(hào)的頻率多樣性，幾種理論結(jié)合之后的模型便可以捕獲到人體亞波長(zhǎng)級(jí)別的微小移動(dòng)，從而可以做到利用WiFi信號(hào)感知人體毫米級(jí)的行為變動(dòng)，如：人的移動(dòng)、老人跌倒、寵物移動(dòng)等。相比于傳統(tǒng)的攝像頭視頻監(jiān)控，Wi-Fi 感知可以實(shí)現(xiàn)更好地隱私保護(hù)，更全面的空間覆蓋，而且不會(huì)增加Wi-Fi本身的硬件開銷。

以Aerial Technologies為例，通過(guò)和安森美半導(dǎo)體緊密合作，Aerial將AI檢測(cè)和Wi-Fi集成在一起，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供各種應(yīng)用和服務(wù)的解決方案。 當(dāng)物體在空間中移動(dòng)時(shí)，會(huì)干擾到WiFi信號(hào)的傳輸，Aerial通過(guò)使用模型分析這些干擾，就可以感知、識(shí)別、分類各種運(yùn)動(dòng)并賦予其含義。

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

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

全新標(biāo)準(zhǔn)助力Wi-Fi感知

早在2019年時(shí)，Linksys公司推出的網(wǎng)狀路由就已經(jīng)支持運(yùn)動(dòng)偵測(cè)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(chǎn)品。不過(guò)，這些產(chǎn)品的感知功能都是靠各自的軟硬件而非標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，不同公司的產(chǎn)品之間沒(méi)有互操作性，也難以在長(zhǎng)期形成規(guī)模效應(yīng)。

在此背景下， IEEE 802.11小組正在計(jì)劃的全新WiFi標(biāo)準(zhǔn)802.11 bf，該標(biāo)準(zhǔn)由WiFi聯(lián)盟與IEEE 802.11小組攜手制定，旨在將無(wú)線設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)閭鞲衅?，通過(guò)計(jì)算人和物體在物理空間中信號(hào)受到的干擾和反射等影響來(lái)收集有關(guān)人和物體的數(shù)據(jù)，已有的 Wi-Fi 設(shè)備將成為用于確定特定區(qū)域內(nèi)人和物體位置和網(wǎng)絡(luò)交互的一部分。目前，802.11 bf還在提案階段，形成正式標(biāo)準(zhǔn)可能要到2024年，新產(chǎn)品上市則可能要到2025年。

具體來(lái)說(shuō)， 802.11 bf標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議由兩部分組成：首先，物體在空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)信號(hào)會(huì)被阻隔，設(shè)備利用信號(hào)強(qiáng)度的空間變化就可以判斷是否有物體正在運(yùn)動(dòng)，利用1GHz~7.125GHz的低頻電磁波就可以感知到空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)；其次，使用45GHz以上的高頻電子波來(lái)感知運(yùn)動(dòng)的距離。一旦完成802.11 bf標(biāo)準(zhǔn)的制定，未來(lái)的運(yùn)動(dòng)感知將會(huì)成為標(biāo)準(zhǔn)功能，路由器等產(chǎn)品將可以利用Wi-Fi信號(hào)的波動(dòng)來(lái)感知運(yùn)動(dòng)，不需要消費(fèi)者額外購(gòu)買傳感器，不同品牌的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也可以互相組網(wǎng)形成更大的偵測(cè)范圍，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)也會(huì)發(fā)揮出更大的作用。例如，未來(lái)的Wi-Fi將可以用來(lái)進(jìn)行摔倒檢測(cè)，如果檢測(cè)到摔倒就自動(dòng)發(fā)出報(bào)警提示， 甚至還可以用來(lái)監(jiān)測(cè)呼吸頻率，因?yàn)槿苏５暮粑矔?huì)改變射頻特性。

當(dāng)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(lái)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(guò)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(jīng)支持Wi-Fi 6，再配合著千兆光寬帶，Wi-Fi感知的前提已經(jīng)基本具備。另外，802.11 bf協(xié)議還必須在確保路由器等設(shè)備在支持感知功能的同時(shí)不會(huì)影響正常的網(wǎng)絡(luò)使用，畢竟用戶對(duì)Wi-Fi最重要的要求還是網(wǎng)絡(luò)速度和質(zhì)量。

對(duì)于WiFi覆蓋較差的區(qū)域，可以部署更多的節(jié)點(diǎn)以形成網(wǎng)狀傳感網(wǎng)絡(luò)，而且網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)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(wǎng)關(guān)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(jī)制和傳輸環(huán)境中的多徑效應(yīng)、干擾對(duì)象的能量吸收等因素，RFID系統(tǒng)便可以基于標(biāo)簽反射信號(hào)中攜帶的環(huán)境因素的動(dòng)態(tài)特征對(duì)指定對(duì)象進(jìn)行感知，例如肢體行為識(shí)別、呼吸及心跳監(jiān)測(cè)等。同樣，當(dāng)在家中部署WiFi信號(hào)發(fā)射器和接收器之后，就可以對(duì)人的連續(xù)行為進(jìn)行感知，相比于使用攝像頭，還避免了隱私相關(guān)的困擾。

不僅如此，智能家居也不再需要手動(dòng)或者語(yǔ)音操控，如空調(diào)就可以通過(guò)Wi-Fi感知到的房間人數(shù)和位置，實(shí)時(shí)調(diào)控風(fēng)速、強(qiáng)度、方向等，實(shí)現(xiàn)更加無(wú)感的使用體驗(yàn)。 類似的感知功能和無(wú)感監(jiān)測(cè)還能夠應(yīng)用到更多的場(chǎng)景當(dāng)中，如：運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、步態(tài)識(shí)別、飲食管理、生命體征監(jiān)測(cè)、位置追蹤等，而且家用WiFi還可以做到24小時(shí)的全天候監(jiān)測(cè)，不用額外部署傳感器。

就像很多技術(shù)的發(fā)展一樣，未來(lái)的現(xiàn)實(shí)大都來(lái)自于曾經(jīng)的想象，相信這些Wi-Fi感知的應(yīng)用也都將變成被廣泛使用的基本功能，讓用戶在“無(wú)感”的情況下獲得更好的使用體驗(yàn)。

參考資料：

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

2.《WiFi感知將會(huì)對(duì)日常生活造成什么影響》，安森美半導(dǎo)體

3.《802.11bf標(biāo)準(zhǔn)將為路由帶來(lái)運(yùn)動(dòng)偵測(cè) 利用信號(hào)波動(dòng)探查動(dòng)態(tài)事物》，藍(lán)點(diǎn)網(wǎng)