Ученые разработали метод превращения обычного Wi-Fi-оборудования в детектор, позволяющий определять положение и даже позу пользователя в любом месте квартиры.
Технология основана на регистрации искажений электромагнитных волн человеческим телом; прототип системы уже прошел испытания в трехкомнатной квартире и конторском помещении. Подробности приводятся в статье исследователей Вашингтонского университета, выложенной на официальном сайте научного и учебного центра.
Физики использовали в своем изобретении эффект Допплера. Это явление представляет собой изменение частоты излучения, испускаемого или отражаемого движущимся телом. Так как радиоволны, используемые в беспроводных сетях, хорошо отражаются от человеческого тела, их регистрация с одновременным измерением частоты может легко выявить скорость, а затем отследить перемещение пользователя по квартире; однако легкость этой процедуры сугубо теоретическая.
На практике, как указано в статье ученых, частоту надо определять с очень высокой точностью. Также одно и то же движение (например, взмах руками) может производиться в разных плоскостях по отношению к прибору. Кроме того, все реальные роутеры Wi-Fi работают не в пустоте, а в заполненной всевозможными объектами квартире или в столь же неоднородном конторском помещении. Тем не менее, эти проблемы удалось разрешить: физики добились определения одного из девяти разных жестов с точностью около 94 процентов. Более того, их разработка продемонстрировала работоспособность в помещении, где стояло несколько человек: вероятность ошибок возрастала, но даже среди четырех пользователей система узнавала жест одного из них в 60 процентах случаев.
Изобретение, получившее название WiSee, было испытано на двух экспериментальных площадках, одна из которых эквивалентна трехкомнатной квартире, а другая — конторскому помещению. Для лучшего качества распознавания приемник излучения Wi-Fi необходимо оборудовать дополнительными антеннами, но в самой электронной схеме устройства нет никаких уникальных или требующих специальных условий работы компонентов: ученые использовали стандартное, хотя и не самое дешевое оборудование. Основой их экспериментальной установки стала так называемая программно-определяемая радиосистема USRP N210 компании Ettus Research.
Такие устройства являются комбинацией приемника, передатчика, а также компьютера и двух преобразователей: аналого-цифрового после приемника и цифро-аналогового перед передатчиком. Подобная комбинация может провести практически любую операцию с радиосигналом, и в случае с системой WiSee исследователи использовали анализ спектра сигнала.
Стандартный сигнал передатчиков Wi-Fi представляет не монохроматичное излучение на одной строго определенной частоте, а пакет электромагнитных волн, частоты которых варьируются в пределах 20 мегагерц; для уверенного распознавания движений пользователя требовалось определять смещение частот всего пакета на величину порядка 17 герц, в миллион раз меньше. Прибор, который способен выполнить нужные операции, стоит около нескольких тысяч долларов, однако ученые отмечают возможность радикального удешевления технологии: для работы WiSee не требуется иметь универсальную высокопроизводительную систему и промышленные образцы могут обойтись специализированным недорогим чипом.
Особое внимание авторы новой технологии уделили защите от возможного злоупотребления системой со стороны тех, кто окажется в зоне действия системы, но за пределами жилища или рабочего помещения. Чтобы лишить посторонних возможности командовать жестами, изобретатели предлагают ввести пароль: для доступа к системе может потребоваться предъявить определенную комбинацию движений.