Wi-Vi: как видеть сквозь стены и отслеживать перемещения людей по сигналу Wi-Fi

В фантастических фильмах иногда показывают установки, позволяющие видеть людей за стенами и укрытиями. Благодаря усилиям специалистов Лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института такая возможность понемногу становится реальностью. Речь не о тепловизорах и не о рентгене. Определить число людей в помещении за стеной или закрытой дверью теперь помогает обычный Wi-Fi.
Возможность обнаружить человека за непрозрачной преградой всегда интересовала военных, службы специального назначения и спасателей. Дальше всех продвинулась компания Camero-Tech, представив в последние годы несколько серийных вариантов такого оборудования.
Каждый из этих приборов работал по принципу радара. Изучаемая зона освещалась электромагнитными волнами той длины, которая позволяла проникать сквозь препятствия. По характеру их отражения судили о количестве объектов на пути распространения радиоволн, их скорости и направлении перемещения. 

 

Такие методы уже применяются спецслужбами, но ещё не позволяют достичь желаемого результата. Приборы дорогие и сложные, крупногабаритные либо малоэффективные. но главная проблема даже не в этом. Малоподвижные цели (например, заложников) так практически не видно, а сам факт радиотехнической разведки становится явным и может выдать оперативную группу с головой. Конечно, в демо-роликах всё проходит идеально.

Профессор кафедры электротехники и компьютерных наук Дина Катаби (Dina Katabi) и её аспирант Фадел Адиб (Fadel Adib) пошли немного другим путём и приблизились к решению одной из двух ключевых проблем. В созданном ими устройстве используется широко распространённый диапазон Wi-Fi, на слабое повышение активности в котором вряд ли кто-то отреагирует.
В стандарте IEEE 802.11 выделяется четырнадцать каналов с длиной волны от 121 до 124 мм. Дециметровый диапазон и типичная мощность до ста милливатт приводят к тому, что качество связи в значительной степени зависит от наличия любых преград на пути распространения сигнала. Заметное влияние оказывает перемещение людей, что и используется в данном случае.

Определение лучшего канала утилитой Wi-Fi Analyzer (изображение: play.google.com)

В реальных условиях практически не встречаются сплошные стены. В них есть пустоты, стыки, технологические отверстия и штробы, поэтому слабый сигнал Wi-Fi проходит даже через преграды, которые внешне кажутся монолитными.
В устройстве Wi-Vi (аббревиатура от Wireless Vision) маломощный сигнал излучается в противофазе одновременно двумя антеннами. Отражения радиоволн регистрируются одним приёмником. Основная доля отражений возникает от стен и других неподвижных объектов внутри исследуемого помещения. Такие радиоволны приходят одновременно и взаимно гасятся, а оставшийся минимальный шум отфильтровывается программным способом. В итоге учитываются только радиоволны, отразившиеся от движущихся объектов – людей.

Приведённый ролик демонстрирует не только возможность определить присутствие людей в зоне действия источника сигнала Wi-Fi, но и узнать направление их движения. Когда человек удаляется от размещённого за стеной прибора, возникает доплеровское смещение, меняется угол отражения радиоволн и график уходит вниз. Соответственно движение в направлении антенны вызывает резкий подъём на графике, а топтание на месте отмечается слабыми всплесками в районе фонового уровня от статичного окружения.
Раньше подобных результатов удавалось достичь только с помощью массива разнесённых по большой площади антенн, индивидуальных приёмников для каждой и сложных алгоритмов обработки.
Прототип Wi-Vi использует только две антенны и один приёмник, что в разы уменьшает габариты и стоимость прибора. По словам разработчиков, с помощью первой версии устройства уже можно отслеживать перемещение за стеной как отдельных людей, так и группы численностью до трёх человек.
Впервые технология Wi-Vi была представлена на проходившей в Гонконге конференции SIGCOMM. В качестве примеров практического использования докладчиками приводились сценарии работы поисково-спасательных команд, выявление засады сотрудниками полиции, а также оценка сил противника и поиск заложников антитеррористическими подразделениями.
К похожей концепции пришли в прошлом году и в университетском колледже Лондона. Созданный там прототип Wi-Fi-сканера примечателен тем, что никак не выдаёт самого факта проведения разведки. Это пассивное устройство, анализирующее изменение характеристик сигнала на частоте 2,4 ГГц от изначально работающих точек доступа Wi-Fi.

Есть у описываемых технологий и совершенно другие потенциальные сферы применения. Например, на их основе можно создавать системы постоянного подсчёта количества людей в общественном месте и регулировать его работу. Появляется возможность автоматически изменять параметры работы климатической системы и вентиляции, скорость движения эскалаторов, частоту следования транспорта, своевременно получать сообщения о потребности в дополнительном персонале и применять другие схемы адаптивного управления.

Источник