La detección WiFi (también conocida como detección WLAN [1] ) utiliza señales WiFi existentes para detectar eventos o cambios como movimiento, reconocimiento de gestos y medición biométrica (por ejemplo, respiración). [2] [3] La detección WiFi es una combinación de tecnología de detección de radar y WiFi que trabaja en conjunto para permitir el uso del mismo hardware transceptor WiFi y espectro de RF tanto para la comunicación como para la detección .
Las aplicaciones de la detección por WiFi son muy variadas. El WiFi puede funcionar en múltiples bandas de frecuencia, cada una de las cuales ofrece una gama única de posibles casos de uso que dependen de las propiedades físicas de propagación electromagnética, los niveles de potencia aprobados y el ancho de banda asignado. Existen tres aplicaciones principales: detección ( clasificación binaria ), reconocimiento ( clasificación multiclase ) y estimación (valores cuantitativos de tamaño, longitud, ángulo, distancia, etc.). [4]
La combinación de comunicaciones y detección en la tecnología de redes móviles es un área de gran importancia para la exploración. A veces se la denomina comunicación conjunta y detección por radar/radio (JCAS). [5] La combinación de las dos tecnologías puede aprovechar el hardware y la infraestructura existentes, habilitar nuevos servicios y proporcionar un mayor nivel de interacción con los dispositivos en red (por ejemplo, IoT y automatización).
En comparación con la tecnología de radar, como el radar de onda continua modulada en frecuencia , la detección WiFi puede utilizar su capa física (PHY) tanto para mediciones ambientales como para comunicación digital. Wi-Fi se beneficia de tener una entidad de capa de control de acceso al medio (MAC) bien definida especificada en el estándar 802.11. Tener una capa MAC presente en un sistema de radar hace posible la coordinación y el uso compartido del recurso de tiempo de emisión entre múltiples dispositivos. Además, permite el intercambio de información entre múltiples dispositivos. [4]
Los sistemas de detección WiFi requieren algoritmos más complejos en comparación con los sistemas de radar tradicionales. En los sistemas de radar tradicionales, los componentes de la capa física producen formas de onda diseñadas de modo que se requiere un procesamiento mínimo para extraer las mediciones físicas deseadas del sensor. Por ejemplo, en un sistema FMCW diseñado para detectar el alcance de un objetivo, los componentes de la capa física emiten una señal con una frecuencia proporcional al eco de reflexión de un objetivo. Al emplear un algoritmo de transformada rápida de Fourier en la salida, se pueden extraer todos los objetivos visibles por el sensor y se puede realizar un mapeo lineal simple de la frecuencia al alcance del objetivo. [6] [7]
En el caso de la detección WiFi, los componentes y las señales de la capa física se han diseñado para las comunicaciones. La detección debe hacer uso de las señales transmitidas por los sistemas de comunicación digital, que suelen basarse en la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) .
Los componentes básicos iniciales necesarios para la detección WiFi se incorporaron en el primer estándar OFDM Wi-Fi titulado 802.11a , publicado en 1999. Si bien no estaba pensado originalmente para la detección, la capa física 802.11a definía los componentes de forma de onda que se agregarían al preámbulo de transmisión. El receptor podría entonces estimar el canal para realizar la ecualización y otras técnicas DSP para mejorar el rendimiento de la recepción de datos restantes. Estos componentes de forma de onda se conocen como símbolos de entrenamiento largos . [8]
El 29 de septiembre de 2020, la Asociación de Normas IEEE aprobó el proyecto IEEE 802.11bf para detección de WLAN. Su propósito era establecer estándares para la interoperabilidad de dispositivos inalámbricos y permitir una amplia gama de aplicaciones de detección de WiFi. [9]
Gran parte de las primeras investigaciones académicas sobre detección WiFi se basaron en hardware de radio definido por software (SDR) de gran tamaño, [10] como el Ettus Research USRP . El SDR brindaba flexibilidad para realizar operaciones personalizadas que antes eran imposibles debido a las implementaciones de naturaleza cerrada del hardware WiFi estándar. El requisito de un SDR de alta gama dificultó su comercialización como producto. Los esfuerzos posteriores de la comunidad de investigación condujeron a herramientas para extraer mediciones de información del estado del canal (CSI) de las NIC 802.11n de consumo . [4]
En octubre de 2019, la Wireless Broadband Alliance (WBA) publicó el primer informe técnico de la industria sobre detección WiFi. Dirigido por Cognitive Systems Corp., Intel y el Centro para el Desarrollo de la Telemática (C-DOT) , el documento fue el resultado de una colaboración de un año entre desarrolladores de tecnología WiFi y proveedores de servicios. Un análisis de los estándares WiFi existentes identificó brechas, abriendo áreas para nuevas mejoras potenciales. El documento explora las primeras aplicaciones de detección WiFi, incluida la detección de movimiento, el reconocimiento de gestos y la medición biométrica. También se identificaron posibles oportunidades comerciales dentro de los mercados de seguridad del hogar, atención médica, empresas y automatización/gestión de edificios. [2]
En 2015, Cognitive Systems Corp. presentó el primer SDR totalmente integrado en un solo chip, conocido como R10 (Radio10). Su propósito inicial era el monitoreo del espectro para servicios celulares, Wi-Fi y otros servicios de radio móvil terrestre (LMR) utilizando un sistema de cámara de radiofrecuencia (RF) para observar señales de RF y sus parámetros desde un campo de visión predefinido. El chip tenía cinco núcleos de CPU personalizados, cuatro receptores inalámbricos y procesadores multivector duales altamente configurables, lo que le dio al chip R10 capacidades significativas para detectar y procesar señales inalámbricas en tiempo real. Una vez en producción, Cognitive Systems Corp. se centró en usar el R10 para monitorear el espectro más predominante, las señales Wi-Fi, para la detección de movimiento. Para desarrollar aún más los algoritmos de procesamiento de señales, se implementó un subconjunto importante de la pila MAC/PHY de Wi-Fi en el R10. [11]
El primer producto de consumo que utilizó tecnología de detección WiFi fue Aura WiFi Motion, que utilizaba el chip R10. Este producto comercial fue distribuido por Cognitive Systems Corp. a través de Amazon desde diciembre de 2017 hasta enero de 2019. [12] En octubre de 2019, Cognitive Systems Corp. comenzó a otorgar licencias de su pila de software como WiFi Motion a los proveedores de servicios. En el Consumer Electronics Show (CES) de 2020, Plume Design, Inc. anunció Motion Aware impulsado por WiFi Motion, una nueva incorporación a su plataforma de servicios inteligentes para hogares inteligentes modernos. [13] Motion Aware estuvo disponible comercialmente por primera vez el 29 de febrero de 2020, con el lanzamiento de los SuperPods de segunda generación de Plume Design, Inc. y los servicios de suscripción HomePass.