[Не]обычные сети: как обнаружить воду в сумке с помощью Wi-Fi

Группа американских исследователей опубликовала исследование (PDF), в котором описала метод распознавания подозрительных объектов в багаже с помощью обычного Wi-Fi. «Подозрительные объекты» здесь — металлические предметы и жидкости.

Далее о том, как это работает.

/ PxHere / PD

Как работает «Wi-Fi-детектор»

Металлы и жидкости создают помехи для беспроводного сигнала. Сумки же делаются из ткани или пластика — через них сигнал проходит с легкостью. Поэтому появляется возможность использовать информацию о состоянии канала (CSI) для обнаружения подозрительных объектов в багаже.

Исследователи разработали специальную систему, которой требуются только Wi-Fi-устройства с двумя или тремя антеннами. Она анализирует CSI, зависящую от комплекса параметров: амплитуды, частоты и фазы беспроводного сигнала, и оценивает её изменения (называемые замираниями).

В частности, для расчета комплексной величины CSI для каждой поднесущей частоты используется формула:

где H(f_k) — ответ канала на поднесущую частоту с центральной частотой f_k, а |H(f_k)| и ∠H(f_k) обозначают амплитуду и фазу соответственно. Другие формулы для расчетов подробно описаны в самом исследовании (на страницах 4–6).

Далее работа ведется в два этапа. Сперва определяют наличие подозрительных объектов, а затем — их тип.

Сумку или чемодан ставят ближе к передающей антенне, чтобы определить, имеются ли искажения CSI. На втором этапе используют обе антенны — приемник, передатчик. Их располагают рядом, чтобы перехватить отраженный от объекта сигнал. Для выбора поднесущих частот в этом случае применяется метод k-ближайших соседей (k-NN).

Металлические объекты разной формы и разный объем жидкости по-разному искажают параметры сигналов. Например, чем выше амплитуда отраженного сигнала, тем больше жидкости в условной бутылке.

Полный цикл работы системы выглядит вот так:

Исследователи полгода тестировали систему на пятнадцати объектах, которые случайным образом размещали в шести разных сумках. Результаты экспериментов показали, что их установка способна определить наличие подозрительных объектов с сочностью до 95%. При этом точность определения материала составила 90%, а погрешность измерения объема жидкости и размеров металлических предметов равнялась 16 мл и 0,5 см, соответственно.

По словам авторов исследования, разработанная система может пригодиться для проверки сумок и багажа в музеях, аэропортах, школах, вокзалах и так далее. Wi-Fi-проверка будет быстрее, дешевле и не нарушит личное пространство людей (в отличие от «ручного» досмотра).

Как еще используют Wi-Fi

Похожу методику, использующую информацию о состоянии беспроводного канала (CSI), применили ученые из Университета Британской Колумбии (Канада). В своем исследовании (PDF) они описали, как с помощью CSI следить за положением людей: сидят они, стоят или двигаются.

В зависимости от положения, человеческое тело по-разному отражает сигналы (создает разные помехи). Оказалось, что каждой позе соответствует уникальная CSI. По словам исследователей, технология сможет найти применение в сферах здравоохранения (система будет оповещать медиков о падениях пациентов) и безопасности (Wi-Fi станет своеобразным датчиком движения).

/ Pexels / PD

Аналогичный подход предложила группа исследователей из США. Только для слежения за активностью и перемещением людей в помещении они используют все подключенные устройства: ноутбуки, «умные» холодильники, телевизоры и так далее.

Есть более «попсовые» примеры. Так исследователи из Норвегии решили с помощью беспроводных технологий считать количество пассажиров в автобусах. Установленное в салоне устройство фиксирует Wi-Fi-сигналы всех мобильных девайсов людей и считает их количество. Задача — точнее оценивать пассажиропоток и корректировать движение общественного транспорта.

Таким образом, Wi-Fi можно использовать не только для передачи данных. Технология может пригодиться для обнаружения подозрительных объектов, регулирования транспортного движения, ухода за пожилыми людьми и детьми, а также защиты дома от грабителей.

Преимущество подхода заключается в том, что для работы таких систем не нужно закупать дополнительное железо или «навешивать» сенсоры на людей.

---

О чем мы пишем на сайте VAS Experts:

• Интернет в деревню — строим радиорелейную Wi-Fi-сеть
• Выстрел в ногу: критические ошибки в строительстве сетей операторов связи