自1997年以來(lai)，Wi-Fi 一(yi)直在不(bu)斷發展當中，速度(du)、覆蓋范圍和(he)整體(ti)(ti)性能都在持(chi)續提升。在絕(jue)大多數人的(de)認知(zhi)中，Wi-Fi的(de)功能僅僅是用(yong)來(lai)連接無線網絡，但(dan)Wi-Fi作為一(yi)種電磁(ci)波信號，其實是可以用(yong)來(lai)反(fan)映(ying)物體(ti)(ti)活動情況的(de)。
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(ye)曾分析(xi)過(guo)無源(yuan)RFID正在(zai)從識別向感知發(fa)展，這(zhe)些變(bian)化都(dou)在(zai)表明(ming)新的需求和趨勢已(yi)經產生，更多的無線通(tong)信技術也(ye)都(dou)將(jiang)加入到這(zhe)個行(xing)列當中來，不斷提(ti)升用戶的使用體驗。
近期，英特爾公司向外界(jie)展示了(le)可以(yi)讓(rang)電(dian)腦能(neng)夠智(zhi)能(neng)待機的Wi-Fi Proximity Sensing（Wi-Fi近距離感知）技(ji)術，當用戶走到電(dian)腦前時，電(dian)腦會自動亮屏，出(chu)現桌面或者鎖屏界(jie)面，而當用戶離開30秒后(hou)，電(dian)腦則會再次息屏后(hou)進入睡眠狀態。
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(jiang)很快(kuai)推(tui)出啟用(yong)該(gai)技術的(de)驅動程序，屆(jie)時使用(yong)該(gai)處(chu)(chu)理器的(de)大多數設備都能支持這項功能。此外，在處(chu)(chu)理器上(shang)深度集成的(de) Wi-Fi 網絡接口(kou)，還(huan)需要來自操作(zuo)系統的(de)額外通信才能激活，但過于老舊的(de)處(chu)(chu)理器應該(gai)很難實現這個功能。
英特爾沒有透露該功(gong)能(neng)是(shi)否只(zhi)會檢(jian)測(ce)人類，是(shi)否會檢(jian)測(ce)到寵物。或者，如果(guo)你經常在玩游戲(xi)時(shi)長時(shi)間離開電腦，可能(neng)不適合開啟(qi)這個(ge)功(gong)能(neng)。不管怎(zen)樣，這個(ge)功(gong)能(neng)畢竟是(shi)免費的，可減少系統(tong)消耗的電力。
重構Wi-Fi現有功能
雖(sui)然在(zai)無線通信(xin)領域(yu)中，很多(duo)技(ji)術都可以(yi)用來(lai)完成(cheng)感知(zhi)的功能，比如藍牙、RFID，但相比之下，Wi-Fi依(yi)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的現有功能，以實(shi)現安全、遠(yuan)程服務、自動化(hua)等各種領(ling)域的下一代感知應用，額外的成本投入很低，也不需(xu)要任(ren)何專(zhuan)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：人的(de)移動、老人跌倒(dao)、寵(chong)物移動等。相比(bi)于傳統的(de)攝像頭視頻監控，Wi-Fi 感知(zhi)可以實現更好地隱私(si)保護，更全面的(de)空間覆(fu)蓋，而且不(bu)會(hui)增加Wi-Fi本(ben)身的(de)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(shi)面向未來平(ping)臺的(de)(de)關(guan)鍵，可用于改善人們的(de)(de)生活(huo)。在(zai)使用人工智(zhi)能技術以后，可以更有效地保證Wi-Fi感知應用的(de)(de)魯棒性和(he)適(shi)應性，這些AI模型也將(jiang)學(xue)習各(ge)種環境下的(de)(de)用戶(hu)習慣和(he)行(xing)為模式，從而為用戶(hu)提供定制化的(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(zuo)為(wei)IEEE WiFi感(gan)知小組802.11 bf和無線寬帶聯盟(meng)的(de)成員，致力(li)于行業標(biao)準(zhun)(zhun)化，以推動(dong)Wi-Fi感(gan)知的(de)CSI標(biao)準(zhun)(zhun)化，有利于縮短(duan)許多感(gan)知應用的(de)開發速度。
全新標準助力Wi-Fi感知
早在2019年時(shi)，Linksys公(gong)司(si)(si)推(tui)出的(de)網狀路由就(jiu)已經支持運動偵測(ce)功能，而(er)此后Plume和Origun Wireless等公(gong)司(si)(si)也陸續了推(tui)出具有基本感(gan)(gan)知(zhi)功能的(de)類(lei)似產品(pin)。不(bu)過(guo)，這些產品(pin)的(de)感(gan)(gan)知(zhi)功能都是靠各自的(de)軟硬件(jian)而(er)非(fei)標準來實現，不(bu)同公(gong)司(si)(si)的(de)產品(pin)之間沒有互操作(zuo)性，也難以在長期形成規模效應。
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(dang)然(ran)，該協(xie)議也(ye)面臨著很多挑戰(zhan)，其(qi)中最(zui)(zui)典型的(de)(de)(de)就是(shi)802.11 bf協(xie)議需要(yao)更(geng)高的(de)(de)(de)帶寬來支持(chi)，這就需要(yao)Wi-Fi 6這樣的(de)(de)(de)協(xie)議廣泛使(shi)用(yong)(yong)才有可(ke)能(neng)(neng)做到(dao)，不過到(dao)目前為(wei)止，發(fa)布(bu)于2019年的(de)(de)(de)Wi-Fi 6可(ke)以算基(ji)(ji)本普及，公(gong)司和(he)家(jia)庭里(li)使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)路由(you)(you)器(qi)(qi)大多已經支持(chi)Wi-Fi 6，再配(pei)合著千(qian)兆(zhao)光寬帶，Wi-Fi感知的(de)(de)(de)前提已經基(ji)(ji)本具備(bei)(bei)。另外，802.11 bf協(xie)議還(huan)必須(xu)在(zai)(zai)確保路由(you)(you)器(qi)(qi)等(deng)設備(bei)(bei)在(zai)(zai)支持(chi)感知功(gong)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)同(tong)時(shi)不會影響正常(chang)的(de)(de)(de)網(wang)絡使(shi)用(yong)(yong)，畢竟用(yong)(yong)戶對Wi-Fi最(zui)(zui)重要(yao)的(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)還(huan)是(shi)網(wang)絡速度和(he)質(zhi)量。
對于WiFi覆蓋較差的區(qu)域(yu)，可以(yi)部(bu)署更(geng)多(duo)的節點以(yi)形成網(wang)狀傳感網(wang)絡，而且網(wang)格節點現(xian)在也支持更(geng)高階的MIMO，同樣有益于提升感知的魯棒性。此外，在路由器或(huo)網(wang)關中(zhong)使用的基于4x4、5x5、8x8 MIMO的方(fang)案還可以(yi)幫助克服(fu)影響Wi-Fi的噪聲和障礙物，以(yi)提供最大的覆蓋范圍。
Wi-Fi感知也可以腦洞大開
基(ji)于(yu)反向散射機制和傳(chuan)輸環境(jing)(jing)中的多徑效應(ying)、干擾對象的能量吸收(shou)等因(yin)素，RFID系統便(bian)可以(yi)基(ji)于(yu)標簽反射信(xin)(xin)號(hao)中攜帶的環境(jing)(jing)因(yin)素的動態特征對指(zhi)定對象進(jin)行(xing)感知(zhi)，例(li)如肢體行(xing)為(wei)識別、呼吸及心(xin)跳監測等。同樣，當在家中部署WiFi信(xin)(xin)號(hao)發(fa)射器(qi)和接(jie)收(shou)器(qi)之后，就可以(yi)對人(ren)的連(lian)續行(xing)為(wei)進(jin)行(xing)感知(zhi)，相比于(yu)使用攝像(xiang)頭(tou)，還避免了隱私相關(guan)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。
就像很(hen)多技術的(de)(de)發展一樣，未來的(de)(de)現實大都來自于曾經的(de)(de)想象，相信這些Wi-Fi感知的(de)(de)應用(yong)也(ye)都將變成被廣泛使(shi)用(yong)的(de)(de)基(ji)本(ben)功能，讓用(yong)戶在“無感”的(de)(de)情況下獲得更好的(de)(de)使(shi)用(yong)體驗。
參考資料：
1.《英(ying)特爾 13 代酷(ku)睿支持 Wi-Fi Sensing 技術，電腦(nao)可(ke)在用(yong)戶(hu)走近時啟動》，IT之家
2.《WiFi感知將會對日常生活造成什(shen)么影響》，安森美半導體
3.《802.11bf標準將(jiang)為路由(you)帶來運動(dong)偵測 利(li)用信號波動(dong)探查動(dong)態事物》，藍(lan)點網
