自1997年以來，Wi-Fi 一(yi)直在(zai)不斷發展當中(zhong)(zhong)，速度、覆(fu)蓋(gai)范圍和(he)整體性(xing)能都(dou)在(zai)持(chi)續提升。在(zai)絕大多數人的認知中(zhong)(zhong)，Wi-Fi的功能僅(jin)僅(jin)是(shi)用來連接無線網絡(luo)，但Wi-Fi作為(wei)一(yi)種電磁波信號，其實是(shi)可以用來反映物體活動情況的。
現如今，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《還在談識別？基于RFID的定位、追蹤、感知才是未來》中，也曾分析過無源RFID正(zheng)在從(cong)識別向感知(zhi)發展，這(zhe)些(xie)變(bian)化都在表明新的需求和趨勢已(yi)經產生，更多(duo)的無線(xian)通信技術也都將(jiang)加入到這(zhe)個(ge)行列當(dang)中來(lai)，不斷提升用戶(hu)的使(shi)用體驗(yan)。
近(jin)期，英特爾公司向外界(jie)展示了可以(yi)讓電(dian)(dian)腦(nao)能夠智能待機的Wi-Fi Proximity Sensing（Wi-Fi近(jin)距離(li)(li)感知）技(ji)術，當(dang)用(yong)戶走到(dao)電(dian)(dian)腦(nao)前時(shi)，電(dian)(dian)腦(nao)會自動亮屏，出現桌面或(huo)者(zhe)鎖(suo)屏界(jie)面，而當(dang)用(yong)戶離(li)(li)開30秒后(hou)，電(dian)(dian)腦(nao)則(ze)會再(zai)次(ci)息屏后(hou)進入(ru)睡眠狀態。
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(hen)快(kuai)推出啟(qi)用該(gai)(gai)技術的驅(qu)動(dong)程序，屆時使用該(gai)(gai)處(chu)理(li)器(qi)(qi)的大多數設(she)備都能支持這項功(gong)能。此外，在(zai)處(chu)理(li)器(qi)(qi)上深度集成的 Wi-Fi 網絡接口，還需要來(lai)自操作系統的額(e)外通信才能激活，但(dan)過于老(lao)舊的處(chu)理(li)器(qi)(qi)應(ying)該(gai)(gai)很(hen)難實現(xian)這個功(gong)能。
英特爾(er)沒有(you)透露(lu)該功能(neng)(neng)是否(fou)只會檢(jian)測人(ren)類，是否(fou)會檢(jian)測到寵(chong)物。或者，如果你經常在玩游(you)戲時長時間離開電腦(nao)，可能(neng)(neng)不適合(he)開啟這個(ge)(ge)功能(neng)(neng)。不管怎樣，這個(ge)(ge)功能(neng)(neng)畢(bi)竟是免費(fei)的，可減少(shao)系統消耗的電力(li)。
重構Wi-Fi現有功能
雖然(ran)在無線通信領(ling)域中，很(hen)多技(ji)術都(dou)可(ke)以(yi)用(yong)來完成感(gan)知的(de)功(gong)能(neng)，比如藍牙、RFID，但相(xiang)比之下(xia)，Wi-Fi依然(ran)很(hen)有吸引力(li)。
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的現有功能，以實現安全(quan)、遠程服(fu)務(wu)、自動化等各種領(ling)域的下一代感(gan)(gan)知應用(yong)，額外的成(cheng)本(ben)投(tou)入很低，也不需(xu)要任何(he)專用(yong)的設備、傳感(gan)(gan)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（信道狀態信息）不同。如果對不同的CSI進行分析和區分，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(ren)的(de)移(yi)動、老人(ren)跌(die)倒、寵物移(yi)動等。相比(bi)于傳統的(de)攝像頭視頻監控，Wi-Fi 感(gan)知可以(yi)實現更好地隱私保護，更全面的(de)空間覆(fu)蓋，而且不會增加Wi-Fi本身(shen)的(de)硬件開(kai)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(de)(de)關鍵，可用于(yu)改善(shan)人們的(de)(de)生活(huo)。在使用人工智能技術以后(hou)，可以更有(you)效地保證Wi-Fi感(gan)知應(ying)(ying)用的(de)(de)魯棒性(xing)和適應(ying)(ying)性(xing)，這些AI模型也(ye)將學習各種(zhong)環境下的(de)(de)用戶習慣(guan)和行為模式，從而為用戶提供定(ding)制化的(de)(de)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(zhi)(zhi)小組802.11 bf和(he)無線寬帶聯盟的成(cheng)員，致力于行(xing)業標準化，以推動Wi-Fi感知(zhi)(zhi)的CSI標準化，有利(li)于縮(suo)短許多感知(zhi)(zhi)應用的開發速(su)度。
全新標準助力Wi-Fi感知
早在2019年時，Linksys公司(si)推出的(de)網狀路由就已經支持運(yun)動偵測功能(neng)，而此后Plume和Origun Wireless等公司(si)也陸(lu)續了推出具有(you)(you)基本感知(zhi)功能(neng)的(de)類似產品。不過，這(zhe)些產品的(de)感知(zhi)功能(neng)都是靠各自的(de)軟硬件而非標(biao)準來實現，不同公司(si)的(de)產品之間沒有(you)(you)互操作性，也難(nan)以在長期形成(cheng)規(gui)模效(xiao)應(ying)。
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聯盟與IEEE 802.11小組攜手制定，旨在將無線設備轉變為傳感器，通過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出報警提示，甚至還可以用來監測呼吸頻率，因為人正常的呼吸也會改變射頻特性。
當然，該協議(yi)也面臨著(zhu)很多挑戰(zhan)，其中(zhong)最典型的(de)(de)就是802.11 bf協議(yi)需(xu)要(yao)更高(gao)的(de)(de)帶寬來支(zhi)持，這就需(xu)要(yao)Wi-Fi 6這樣的(de)(de)協議(yi)廣泛(fan)使(shi)用才有(you)可(ke)能做到(dao)，不過到(dao)目前為止(zhi)，發布(bu)于(yu)2019年(nian)的(de)(de)Wi-Fi 6可(ke)以(yi)算基本普及，公司和家庭里(li)使(shi)用的(de)(de)路由器(qi)大多已經支(zhi)持Wi-Fi 6，再配合著(zhu)千兆光寬帶，Wi-Fi感知的(de)(de)前提(ti)已經基本具備。另外，802.11 bf協議(yi)還(huan)必(bi)須在(zai)確保路由器(qi)等設(she)備在(zai)支(zhi)持感知功能的(de)(de)同時不會(hui)影響正(zheng)常的(de)(de)網(wang)絡使(shi)用，畢(bi)竟用戶對Wi-Fi最重(zhong)要(yao)的(de)(de)要(yao)求還(huan)是網(wang)絡速度和質量(liang)。
對于WiFi覆(fu)蓋(gai)較差的(de)區域，可以部(bu)署更(geng)多的(de)節點(dian)以形成網(wang)狀傳感網(wang)絡，而且網(wang)格節點(dian)現在(zai)也支持更(geng)高(gao)階的(de)MIMO，同(tong)樣有益于提(ti)(ti)升感知(zhi)的(de)魯棒(bang)性(xing)。此外，在(zai)路由器(qi)或網(wang)關中(zhong)使(shi)用的(de)基(ji)于4x4、5x5、8x8 MIMO的(de)方案還(huan)可以幫助克服影(ying)響(xiang)Wi-Fi的(de)噪聲和障礙物，以提(ti)(ti)供最(zui)大(da)的(de)覆(fu)蓋(gai)范圍。
Wi-Fi感知也可以腦洞大開
基于反向(xiang)散射(she)(she)(she)機制(zhi)和傳輸環境中(zhong)(zhong)的(de)(de)多徑效(xiao)應、干擾(rao)(rao)對象(xiang)的(de)(de)能量吸收(shou)等因素，RFID系統(tong)便可以(yi)基于標簽反射(she)(she)(she)信號中(zhong)(zhong)攜帶的(de)(de)環境因素的(de)(de)動(dong)態特征對指定(ding)對象(xiang)進行感知，例如肢體行為識別、呼吸及心(xin)跳(tiao)監測等。同樣(yang)，當在家中(zhong)(zhong)部署(shu)WiFi信號發射(she)(she)(she)器和接(jie)收(shou)器之后，就可以(yi)對人的(de)(de)連(lian)續行為進行感知，相(xiang)比于使用(yong)攝像頭(tou)，還避(bi)免了隱私(si)相(xiang)關的(de)(de)困擾(rao)(rao)。
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，實現更加無感的使用體驗。類似的感知功能和無感監測還能夠應用到更多的場景當中，如：運動檢測、步態識別、飲食管理、生命體征監測、位置追蹤等，而且家用WiFi還可以做到24小時的全天候監測，不用額外部署傳感器。
就(jiu)像很(hen)多技術的發展一樣(yang)，未來(lai)的現實大都(dou)來(lai)自于(yu)曾經的想象，相信這些Wi-Fi感知的應(ying)用(yong)也(ye)都(dou)將變成被廣泛使用(yong)的基(ji)本(ben)功能，讓(rang)用(yong)戶在(zai)“無(wu)感”的情況下獲得更好(hao)的使用(yong)體驗(yan)。
參考資料(liao)：
1.《英特爾(er) 13 代酷睿支持 Wi-Fi Sensing 技術，電腦(nao)可在用(yong)戶(hu)走近時啟(qi)動》，IT之家(jia)
2.《WiFi感知將會對(dui)日(ri)常生活(huo)造(zao)成(cheng)什么影響》，安森美半(ban)導體(ti)
3.《802.11bf標準將為路由(you)帶來運動偵測 利用信號波動探查動態事物》，藍點網(wang)
