Wi-Fi вокруг нас превращается в шестое чувство: как беспроводные сети видят сквозь стены и считывают дыхание

Привет, Хабр! Меня зовут Алексей, и я занимаюсь беспроводными технологиями. Последние пять лет наша команда занимается одной из самых интригующих областей IT — WiFi sensing. Сегодня хочу рассказать, как обычный домашний роутер может превратиться в супер-сенсор, который видит движения людей сквозь стены, считает дыхание спящего человека и даже определяет, кто именно вошёл в комнату.

WiFi sensing — это технология, которая превращает любую беспроводную сеть в систему мониторинга без камер и носимых устройств. Ваш роутер уже умеет «видеть» всё происходящее в квартире, просто никто не научил его говорить об этом. В статье разбираем, как это работает, что уже внедрено в продакшен (спойлер: миллионы устройств), и почему 2025 год станет переломным для массового внедрения.

Введение: Когда WiFi стал видеть

Представьте: вы приходите домой, и умный дом уже знает, что это именно вы, а не ваша жена или ребёнок. Свет включается в нужных комнатах, кондиционер подстраивает температуру под ваши предпочтения, а система безопасности понимает — это не вторжение, это хозяин дома. При этом нигде нет ни одной камеры, ни одного носимого датчика. Работает только WiFi роутер, который стоял у вас дома и раньше. Звучит как фантастика? А между тем, такие системы уже работают во многих домах по всему миру. Компании тихо внедряют WiFi sensing в коммерческие продукты, а мы в лаборатории видим, как эта технология готовится стать повсеместной.

Физика чуда: как WiFi «видит»

Радиоволны как невидимые нити

Чтобы понять WiFi sensing, давайте вспомним физику 9-го класса. Практически любой WiFi роутер постоянно излучает радиоволны на частотах 2.4 и 5 ГГц. Эти волны отражаются от всех объектов в помещении: стен, мебели, людей. Когда человек движется, он изменяет радиоландшафт комнаты — картина отражений волн меняется.

Ключ к магии — Channel State Information (CSI) — детальная информация о состоянии радиоканала между передатчиком и приёмником. В современных WiFi-системах CSI содержит данные о:

• Амплитуде сигнала на каждой поднесущей частоте

• Фазе сигнала — временной задержке

• Отношении сигнал/шум для каждого MIMO потока

# Пример CSI данных для WiFi 6 (упрощённо) csi_data = {                 'amplitude': [0.8, 1.2, 0.9, ...],  # 256 поднесущих                 'phase': [0.1, -0.3, 0.7, ...],     # радианы                 'snr': [25.3, 23.1, 24.8, ...],     # дБ                 'timestamp': 1659347821.045 } 

От CSI к движению: математика sensing

Когда человек движется в комнате, изменения CSI следуют предсказуемым закономерностям:

1. Доплеровский эффект вызывает сдвиг частоты отражённого сигнала

2. Изменение длины пути радиоволны влияет на фазу

3. Многолучевое распространение создаёт уникальные интерференционные паттерны

Современные алгоритмы используют машинное обучение для извлечения информации из этого «радиошума»:

Что умеет WiFi sensing прямо сейчас

Распознавание активности: от простого к сложному

Базовый уровень (достигнут с 2020 года):

• Обнаружение присутствия человека: точность 98%+

• Подсчёт людей в помещении: точность 92% для до 4 человек

• Распознавание базовых активностей: ходьба, сидение, лежание

Продвинутый уровень (коммерческие решения 2024-2025):

• Мониторинг дыхания во сне: точность 97%, ошибка < 2 вдоха/мин

• Определение падений пожилых людей: чувствительность 95%, ложных срабатываний < 1%

• Идентификация конкретных людей: точность 87% для семьи из 4 человек

Экспериментальные возможности (исследовательские лаборатории):

• Распознавание эмоций по микродвижениям тела

• Мониторинг сердцебиения через стену (расстояние до 3 метров)

• 3D-локализация с точностью до 30 см

Реальные кейсы внедрения

1. Amazon + Eero: самое масштабное внедрение

В 2024 году Amazon тихо активировала функцию «occupancy sensing» на 10+ миллионах роутеров Eero. Система автоматически:

• Включает/выключает smart-устройства по присутствию

• Снижает количество ложных уведомлений от систем безопасности с 63% до 8%

• Оптимизирует работу Alexa-устройств

• Мониторинг качества сна без носимых устройств

• Раннее обнаружение проблем с дыханием

• Интеграция с медицинскими приложениями

3. Стартапы и enterprise-решения

• Origin Wireless: платформа для retail-аналитики через WiFi sensing

• Cognitive Systems: система безопасности для умных домов

• WiTiKee: healthcare-мониторинг в больницах и домах престарелых

Технические детали: как это работает изнутри

Аппаратная база

Самые популярные решения основаны на следующих чипах:

• Intel 5300: 30 поднесущих, 3×3 MIMO, используется в 90% научных статей

• Atheros AR9300: альтернатива с ограниченными возможностями

  Но проблема в том что оба эти решения на сегодняшний день уже теряют актуальность как для использования в исследованиях так и для массового применения. Возможно проблему можно будет решить с помощью чипов: Broadcom BCM43794: (WiFi 6, до 256 поднесущих), Qualcomm QCN5054: ( WiFi 6E/7, enhanced CSI reporting), ESP32-S3: (бюджетное решение для исследований, $10-50).

Сегодня сообщества замерло в ожидании принятия стандарта. В 2024-2025 годах завершается работа над IEEE 802.11bf — первым стандартом, специально разработанным для WiFi sensing:

Ключевые особенности:

• Стандартизированные процедуры извлечения CSI

• Встроенные механизмы защиты приватности

• Поддержка бистатического и мультистатического sensing

• Интеграция с WiFi 7 (IEEE 802.11be)

Барьеры и вызовы

Главная техническая проблема WiFi sensing — модели плохо переносятся между разными:

• Типами помещений (квартира vs офис vs склад)

• Моделями роутеров и WiFi-карт

• Конфигурациями антенн

• Расположением мебели и людей

Наши эксперименты показывают: модель, обученная в одной среде, теряет до 40% точности при переносе в новую. Ты можешь всё идеально сделать и добиться отличных результатов. Но, стоит, например, занести в бокс «металлическую кастрюлю» и все что ты делал до этого момента перестает работать. Методы с использованием ИИ приходится переобучать, а классические подходы, такие как фильтрация шума, извлечение признаков, пороговые значения, позволяют получать только примитивные результаты. Добавьте сюда микроволновки которые полностью уничтожают диапазон 2.4. и размещение в многоквартирных домах где радиокартина близка к хаусу.

Исследовательские направления в мире

Но на самом деле не все так плохо. В лабораториях удается получать поразительные результаты. И только вопрос времени когда можно будет перейти к повсеместному внедрению. Вот лишь некоторые команды и их результаты:

Топовые лаборатории и их достижения

MIT CSAIL (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory):

• Breakthrough: Emerald system — дистанционный мониторинг болезни Паркинсона через WiFi

• Результат: точность определения тремора 93.4%, корреляция с клиническими шкалами 0.85

University of California, San Diego:

• Направление: Through-wall imaging с помощью коммерческих WiFi устройств

• Достижение: различение силуэтов людей через стены с разрешением 1.75 см

Carnegie Mellon University:

• Проект: DensePose from WiFi — восстановление детальной 3D-позы человека

• Точность: 18 ключевых точек тела с ошибкой менее 15 см

ETH Zurich (Швейцария):

• Фокус: WiFi sensing для IoT и Industry 4.0

• Инновация: распределённые sensing сети с femtocell архитектурой

  

Горячие исследовательские тренды 2024-2025

1. Multimodal sensing: Объединение WiFi с другими модальностями — звук, освещение, температура — для более точного understanding окружения.

2. Generative AI для синтеза данных: Использование GANs и Diffusion models для генерации синтетических CSI данных, решающих проблему нехватки обучающих данных.

3. Quantum-enhanced sensing: Экспериментальные работы по использованию квантовых эффектов для сверхточного измерения phase информации.

4. 6G integration: Подготовка к интеграции WiFi sensing в будущие 6G сети с native sensing capabilities.

WiFi-будущее уже здесь

WiFi sensing переживает момент перехода от исследовательских лабораторий к массовому внедрению. То, что ещё пять лет назад казалось научной фантастикой, сегодня работает в тысячах домов по всему миру.

🔬 Наука: технология достигла коммерческой зрелости с точностью 95%+ для основных приложений

🏭 Индустрия: крупнейшие tech-компании уже внедряют sensing в consumer продукты

🏥 Healthcare: медицинские приложения находятся на пороге regulatory approval

🏠 Smart homes: каждый новый роутер скоро будет sensing-enabled по умолчанию

⚖️ Этика: crucial для решения privacy и security challenges сейчас, до массового внедрения

Что дальше? 2025 год станет переломным — завершится стандартизация IEEE 802.11bf, массово появятся sensing-enabled устройства, а первые медицинские application получат regulatory approval.

Мы находимся на пороге эры Ambient Intelligence, когда окружающая среда станет понимать нас без explicit commands или носимых устройств. WiFi sensing — один из ключевых enablers этой революции.

---

Если вы исследователь, разработчик или просто технологический энтузиаст, интересующийся WiFi sensing — давайте обсуждать в комментариях! Готов ответить на технические вопросы и поделиться деталями наших экспериментов.