Wifi kan binnenkort niet alleen zien waar je bent, maar ook of je ademt

Wifinetwerken kunnen binnenkort niet alleen zien waar je bent, maar ook of je ademt. Dit blijkt uit een onderzoek dat deze maand werd gepubliceerd in Computer, door een aantal wetenschappers van de Peking Universiteit. Hiervoor maken zij gebruik van een alternatieve detectiemethode. Doorgaans wordt namelijk gebruik gemaakt van het conventionele model met de naam received signal strength (RSS), wat informatie over een omgeving verzamelt op basis van hoe die omgeving een signaal dempt. Maar deze onderzoekers kozen voor een systeem met de naam channel-state information (CSI), wat een veel uitgebreider beeld geeft van de elektromagnetische golven terwijl die door een bepaalde ruimte stuiteren.

RSS positionering bestaat al bijna 15 jaar en kwam voort uit het RADAR-project van onderzoekers bij Microsoft. De techniek is redelijk simpel en brengt een ruimte in kaart door te kijken naar de sterkte van wifisignalen op verschillende plekken. Al deze data wordt verzameld in een tabel. Als er vervolgens een apparaat moet worden gelokaliseerd in deze ruimte, is het enkel een kwestie van het vergelijken van de signaalsterkte met de bijbehorende locatie in de tabel. Het is in ieder geval een goedkope manier.

De potentie van CSI als systeem voor positionering en detectie is al erkend, maar de onderzoekers wilden nu weten hoe nauwkeurig deze methode kan zijn. Om hierachter te komen, pasten ze het zogenaamde Fresnel-zone model toe, wat je hieronder kunt zien:

Het verslag beschrijft het als volgt: "Fresnel-zones bestaan uit een reeks concentrische ellipsoïden van afwisselende sterkte die worden veroorzaakt door licht of een radiogolf dat meerdere paden volgt in de vrije ruimte. Dit resulteert in constructieve en destructieve interferentie omdat de lengte van de paden verschillen." Je kan elke ruimte indelen in een oneindig aantal Fresnel-zones.

Dan Wu en zijn collega's aan de Peking Universiteit leggen uit dat een radiogolf die een object tegenkomt terwijl het rond stuitert, hierdoor in tweeën splijt. Eentje wordt gereflecteerd terwijl de ander door het object heen gaat. Aan het einde van een signaal, komen de twee paden weer samen, waardoor het ene signaal bovenop de ander wordt geplaatst. Uit het faseverschil tussen de twee signalen kan een tussenliggend object worden afgeleid. Objecten uit verschillende Fresnel zones zullen signalen anders weerspiegelen, wat resulteert in interferentiepatronen die overeenkomen met verschillende posities.

"We experimenteerden met een aantal wifi-ontvangers en een metalen beker om het bestaan van de Fresnel zones te verifiëren en aan te tonen dat het ontvangen signaal zoals verwacht verschilt als het object door de zones heen beweegt," schrijft Wu. Een radiofrequentie werd gekozen en de metalen beker werd met intervals van een centimeter verplaatst in drie verschillende richtingen. De verschillende posities resulteerden in de verwachtte signalen.

Hier kwam een positioneringslimiet van minimaal een centimeter uit. Dat zou precies genoeg moeten zijn om de menselijke ademhaling te detecteren. Maar dat moesten Wu en zijn team natuurlijk nog wel uittesten. Ze ontdekten dat als iemand dicht genoeg bij de lijn van signalen tussen de ontvangers liep – en dus interactie had met deze signalen – ze ademhaling nauwkeurig konden detecteren. Als de persoon te ver van de ontvangers of de lijn tussen beiden vandaan was, lukte dit niet.

De onderzoekers zijn desalniettemin optimistisch over het bewijs: "Op de korte termijn zien we dat de voorgestelde theorie zijn intrede maakt bij het detecteren van mensen, waardoor een groot scala aan nieuwe applicaties voor huizen, kantoren, ziekenhuizen, warenhuizen en andere plaatsen vrijkomt. Op de lange termijn denken we dat synergetische communicatie en detectiemogelijkheden in apparaten zal zorgen voor een revolutie binnen de Internet of Things (IoT) en verwante mechanica.

Tracking: het is nog niet eens echt begonnen.