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Image credit: Engadget

想讓 Wi-Fi mesh 路由器探測到你的呼吸嗎?

那就請試試看 Origin Wireless 的運算法。

Sanji Feng
2017 年 10 月 10 日, 下午 06:12
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一般的室內安保系統,大多都會依靠相機或是專門的感應器來實現監控效果。不過這兩者都會有硬體和安裝成本,而且實話說,很多使用者本身在鏡頭下都會感到非常不自在。考慮到這些問題,Origin Wireless 想到了一種利用 Wi-Fi 訊號來探測室內運動的經濟方案。他們所使用的「時間反演機」技術(Time Reversal Machine),本質上是一套理論上可透過韌體更新加入任何 Wi-Fi mesh 路由器的運算法。它可以在不給處理器增加太大負擔的前提下,探測出小到人體呼吸這樣的細微運動。

一套完整的「時間反演機」方案需要兩個部分來組成:一台充當「Origin」發射器的路由器和其它作為「Bot」接收器的路由器。「Origin」和「Bot」都是在 802.11a / 802.11n / 802.11ac 的 5GHz 頻段上運作,而且為了盡可能地避免干擾,訊號傳輸也會使用 mesh 網路特有的 CSI(Channel State Information,頻道狀態資訊)。是說,Origin Wireless 的這套方案在概念上跟 Xandem 的家居安全系統有點相似,但後者是基於 2.4GHz 訊號,而且似乎也不能透過軟體直接附加到現有的路由器上。

由於電磁波的反射性,Wi-Fi 訊號會以多路徑(超過 500 條)的方式抵達「Bot」端。而透過不同路徑的抵達時間是不同的,之間便會出現延遲。正常來說,這是不利於普通用途的訊號處理的,但 Origin Wireless 選擇從不同的角度來看問題,於是便做出了號稱能比雷射探測器抓到更多細節的無線訊號監測方案。

簡而言之,「時間反演機」是靠上述多路徑傳輸之間的延遲對比來判斷室內的狀態。當有東西動了之後,相關的路徑和延遲時長也會隨之改變。Origin Wireless 的軟體在監控過程中會以每秒 50 次的速率來掃描這些變化,同時其還會利用機器學習技術,並對不同延遲結果進行快速計算。所有這一切的結果,就是判斷動作幅度小至 1 到 2 cm 間的高精度,官方也是因為這樣的效果才起出了「時間反演機」這個名字。



老實講,在開始聽到這項技術的時候我們是抱著很強烈的懷疑態度的(居然叫「時間反演機」這種名字...),但幸而 Origin Wireless 在 CEATEC 現場提供了短暫體驗的機會。在跟工作人員一起進入到一個小房間後,我們便以靜止姿態坐在那裡。四秒鐘的延遲後,對應的影像和圖示便出現在對面的螢幕上了(這個延遲是因為要從雲端繞一圈的關係,實際產品不需要這一步延遲並不會那麼久)。這個時候,工作人員示意我們平穩呼吸,之後他離開了房間,接著在顯示器上就能看到一條趨近直線的呼吸頻率曲線。實際上,在此過程中我們儘量讓自己保持安靜,為的是以防有麥克風在側靠聲音來作弊。

鑒於整套系統並沒有加裝什麼感應器,只是憑 Wi-Fi 訊號就能做到這樣,真的給人留下了相當深刻的印象。而且 Origin Wireless 還相信「時間反演機」的作用並不只是家庭安保和體徵監測那麼簡單。某個他們試想的使用場景,是在有人摔倒之後,軟體能根據房間內訊號狀態的突然變化以及之後的長時間「沈默」,來判定有人昏迷倒地以觸發對應的警報。在老人居住的環境中,這樣的功能尤為實用。因為長輩們既不用擔心相機拍攝侵犯隱私,也不用隨身佩帶專門的感應器。別的潛在用途,還包括更準確的侵入者探測(結合運動跟呼吸探測)、利用手持 Wi-Fi 裝置室內定位、物品追蹤以及門窗開闔感測等等。

當然,在現實生活中真正使用過之前,「時間反演機」還未必能讓我們徹底信服。但 Origin Wireless 的 CEO 和創始人劉國瑞教授是現任的 IEEE 董事會成員,他之前還曾是 IEEE 訊號處理協會的主席,這樣的履歷聽上去應該算比較可靠的吧?更重要的是,劉教授的這間新創公司迄今為止已經申請了超過 60 項專利,其中有十幾個已經在美國獲得了批准。如果「時間反演機」真的像宣傳的那麼好的話,但願各家路由器廠商能在不久的將來盡快把這項技術加到新品,最好還有已經推出的現有產品上面吧。