Come il rilevamento Wi-Fi semplifica il rilevamento della presenza

La tecnologia emergente del rilevamento Wi-Fi promette notevoli vantaggi per una varietà di sistemi embedded e edge. I sistemi di smart home, intrattenimento, sicurezza e protezione possono tutti trarre vantaggio da questa capacità.

Figura 1 Il rilevamento Wi-Fi può essere eseguito su qualsiasi dispositivo abilitato Wi-Fi con il giusto equilibrio tra consumo energetico e prestazioni di elaborazione. Fonte: Synaptics

Come funziona

L'eleganza del rilevamento Wi-Fi sta nel fatto che utilizza ciò che è già lì: i segnali RF che i dispositivi Wi-Fi utilizzano per comunicare. In linea di principio, un dispositivo ricevente Wi-Fi potrebbe rilevare i cambiamenti in quei segnali RF mentre li riceve e, dai cambiamenti, dedurre la presenza, il movimento e la posizione di un essere umano nell'area attorno al ricevitore.

I primi tentativi di fare ciò hanno utilizzato l'RSSI dell'interfaccia Wi-Fi, un numero prodotto periodicamente dall'interfaccia per indicare la potenza media del segnale ricevuto. Nello stesso modo in cui un rilevatore di movimento a infrarossi passivo interpreta un cambiamento nell'intensità IR come movimento vicino al suo sensore, questi sensori Wi-Fi interpretano un cambiamento nel valore RSSI come l'aspetto o il movimento di un oggetto vicino al ricevitore.

Figura 2 I sistemi su chip (SoC) Wi-Fi possono analizzare CSI per rilevare cambiamenti sottili nel canale attraverso cui il segnale si propaga per rilevare presenza, movimento e gesti. Fonte: Synaptics

Acquisizione dei dati di presenza

Qualsiasi interfaccia Wi-Fi conforme dovrebbe produrre il flusso di dati CSI. Questa parte è semplice. Tuttavia, è compito del sistema di sensori elaborare i dati e trarne inferenze. Questo processo è generalmente suddiviso in tre fasi, seguendo le convenzioni sviluppate per l'elaborazione delle immagini video: preparazione dei dati, estrazione delle caratteristiche e classificazione.

Analisi e inferenza

La fase successiva della pipeline analizzerà i flussi di dati ripuliti per estrarre le feature. Questo processo è analogo, fino a un certo punto, all'estrazione di feature nell'elaborazione della visione.

Gli algoritmi di estrazione non si limiteranno a manipolare i pixel, ma eseguiranno invece analisi statistiche complesse. L'output della fase di estrazione sarà una rappresentazione semplificata dei dati CSI, che mostrerà solo le anomalie che gli algoritmi determinano essere caratteristiche significative dei dati.

L'ultima fase del processo è la classificazione.

La natura della decisione determinerà l'algoritmo di classificazione. Quindi, gli sviluppatori devono raccogliere dati CSI effettivi da casi di test e quindi costruire modelli statistici o modelli di riferimento, spesso chiamati impronte digitali. Il classificatore può quindi utilizzare questi modelli o modelli per abbinare al meglio la funzionalità dall'estrattore e le situazioni note.

Un altro approccio è il machine learning. Gli sviluppatori possono alimentare le feature estratte e le classificazioni corrette di tali feature in una macchina a vettori di supporto o in una rete di deep learning, addestrando il modello a classificare correttamente i pattern astratti delle feature.

Implementazione del rilevamento Wi-Fi

Per la fase di preparazione dei dati, un semplice filtraggio potrebbe rientrare nell'intervallo di un piccolo core della CPU. Dopotutto, una piccola matrice arriva solo quando viene attivata una sottoportante. Ma algoritmi statistici più sofisticati richiederanno un core DSP a bassa potenza. Anche le tecniche statistiche per l'estrazione delle caratteristiche probabilmente avranno bisogno della potenza e dell'efficienza del DSP.

Il SoC Wi-Fi potrebbe includere una CPU, un DSP e un acceleratore di inferenza.

Per portare sul mercato un dispositivo di rilevamento Wi-Fi di successo sarà necessaria una stretta collaborazione con uno sviluppatore SoC con il giusto IP a basso consumo, esperienza di progettazione e una conoscenza approfondita degli algoritmi, presenti ed emergenti. La scelta di un partner di sviluppo potrebbe essere una delle più importanti tra le tante decisioni che gli sviluppatori devono prendere.