Позиционирование в сетях Wi-Fi с высокой точностью
Одна из самых популярных категорий мобильных приложений сегодня та, что предоставляет сервисы с определением местоположения устройства. Многие люди используют системы позиционирования на своих навигационных устройствах, смартфонах и планшетах. Слабая сторона этих решений в том, что использование системы Global Positioning System (GPS) недоступно внутри помещений из-за сильного погашения сигналов стенами и перекрытиями зданий. Таким образом открывается ниша для надежных решений с позиционированием в помещениях.
Сегодня существует ряд подходов и технологий для решения этой задачи. Компания Cisco уже несколько лет работает над позиционированием с помощью технологии Wi-Fi, учитывая распространенность сетей (практически в каждом помещении) и устройств (практически у каждого человека).
Первые разработки начались в 2007 года, когда была приобретена компания Cognio, чей механизм спектрального анализа был встроен в точки доступа Wi-Fi Cisco Aironet. Возможность анализировать эфир на наличие помех и определять их влияние на производительность сети Wi-Fi открыла новые возможности по обеспечению надежности и производительности беспроводных сетей. Появились и новые задачи – понять где находятся источники помех, т.к. найти их не всегда просто, особенно если помехи намеренно создаются злоумышленниками.
С тех пор алгоритм и портфель решений многократно усовершенствовались и сейчас, в 2015 году, Cisco предлагает новейшее решение позиционирование с высокой точностью, позволяющее определить координату Wi-Fi устройства с точностью до 1м. В ближайшие дни Cisco откроет это решение к заказу в России.
Методы позиционирования
Позиционирование в беспроводных сетях можно реализовать несколькими способами:
1. Метод распознавания шаблона.
Данный метод исходит из того, что в каждой точке устройство видит уникальную радио картину. Устройство сканирует радио обстановку – точки доступа и уровень их сигналов, сверяет полученную схему радиосигналов со списком шаблонов и находит координату устройства. Для настройки всей сети необходимо провести длительный процесс сканирования эфира всего помещения, на практике несколько раз, а также проводить регулярную калибровку данных, т.к. в реальности в помещениях постоянно происходят изменения.
Метод обладает преимуществом низких затрат на оборудование, но при этом стоимость владения таким решением будет высокой, а точность позиционирования низкой.
2. По точке доступа, к которой присоединен клиент.
Данный метод имеет преимущество простоты, но в точности страдает. Действительно, зона действия беспроводной сети может быть довольно большой, диаметр пятна засветки может быть 50м и более. Т.о. этот метод – лучше, чем ничего, однако он вряд ли позволит нам собрать аналитику, представляющую ценность для понимания наших клиентов.
Метод скорее позволяет определить присутствие клиента, чем спозиционировать его.
3. Триангуляция.
Этот метод уже несколько лет используется компанией Cisco и заключается он в том, чтобы определить силу сигнала от клиента на 3х-4х точках доступа Wi-Fi и в зоне пересечения возможного расположения клиента относительно каждой точки спозиционировать устройство. Данный метод является довольно информативным. При правильном развесе точек доступа он позволяет с высокой вероятностью определить координату клиента с точностью 5-7м. Хороший сценарий – это точки доступа по периметру помещения и в центре таким образом, чтобы каждая точка в пространстве «слышалась» 3мя-4мя точками доступа Wi-Fi. Препятствия на пути радиосигнала будут мешать точности определения координаты. Статичные препятствия необходимо смоделировать, а движущиеся неминуемо будут оказывать негативное влияние на точность.
Для повышения точности позиционирования в сети Wi-Fi точки доступа необходимо ставить чаще, т.к. угасание сигнала и расстояние от точки доступа имеют экспоненциальную зависимость. Рядом с точкой доступа при удалении от нее снижение уровня сигнала значительное, в отдалении – при удалении снижение уровня сигнала на единицу расстояния меньше и вычислить координату становится сложнее.
Сеть Wi-Fi с возможностями позиционирования помимо точек доступа и контроллера беспроводной сети получает еще один элемент, который будет производить вычисления координат и накапливать данные для аналитики — Mobility Services Engine (MSE). Сегодня емкость MSE позволяет накапливать данные со 100 000 клиентских устройств в течение 2-8 лет (в зависимости от количества генерируемых данных, обычно это соответствует частоте перемещения устройств, и типа MSE). Однако ввиду открывающихся задач, связанных с позиционированием в сетях Wi-Fi, MSE в последующих версиях приобретет распределённую архитектуру, позволяющую собирать данные с миллиона устройств. При этом собранная информация может подаваться на внешний аналитический движок по API практически в реальном времени.
Реализация позиционирования на сети Wi-Fi ведет к дополнительным затратам на развертывание инфраструктуры, при этом низкие затраты на эксплуатацию сети.
4. Ангуляция или позиционирование с определением угла входящего сигнала.
Метод является революционной разработкой Cisco, позволяющей добиться метровой точности позиционирования Wi-Fi клиента. Внешний модуль точного позиционирования, подключенный к модульной точке доступа Cisco Aironet, со специальной антенной позволяет дополнительно определить угол, под которым пришел сигнал и сузить сегмент возможного нахождения Wi-Fi клиента до луча. Применяя метод триангуляции к такой информации от 3-4х точек доступа, мы получаем координату, с высокой вероятностью дающую точность до 1м.
Физически устройство представляет из себя точку доступа Cisco Aironet 3600 или 3700 с включенным модулем точного позиционирования и специальной антенной. Антенна является массивом из 32 антенн, каждая из которых получает сигнал иначе, чем соседняя. Алгоритм позволяет из собранных данных рассчитать угол, под которым пришел сигнал.
Популярным становится использование радиомаячков, использующих Bluetooth Low Energy (BLE) – энергоэффективных устройств, способных подобно пожарному датчику периодически подавать сигналы. Радиомаячки способны определить приближение к ним устройств с включенным BLE и сообщить об этом серверу мобильного приложения, который эту информацию использует как координату устройства.
Радомаячки привлекательны своей низкой ценой, однако стоимость эксплуатации такого решения будет существенной, т.к. необходимо отслеживать реальное местоположение и заряд батареи маячков, при чем делать это путем физического присутствия специалиста на объектах.
Однако при интеграции двух подходов может возникнуть интересное решение. Инфраструктура Wi-Fi обеспечивает общее позиционирование, а уточнение координаты у определенного объекта, для которого принципиально важно в 1м находится от него устройство или в 3х – музейного экспоната, кассы, входа — происходит с помощью радиомаячка. Интеграция сетей Wi-Fi и BLE при этом позволяет добиться снижения затрат на эксплуатацию гибридной сети. На интерфейсе к MSE уже сегодня можно отслеживать реальное местонахождение радиомаячков относительно запланированного, «чужие» радиомаячки, а модуль точного позиционирования имеет в себе встроенный радиомаячок, в котором батарейка не закончится. В плане развития решения точного позиционирования Cisco также мониторинг заряда батареи и использование объединенной информации от Wi-Fi сети и BLE устройств для позиционирования и аналитики.
За инновационный модуль точного позиционирования компания Cisco получила целый ряд наград — Best of INTEROP 2015 в Лас Вегасе (апрель 2015), в Токио (июнь 2015) и Wireless Broadband Alliance в номинации Best WiFi Service Solution for Consumers or Enterprises в Сан Хосе (октябрь 2015). Преимущества метода – высокая точность позиционирования, низкие затраты на эксплуатацию, интеграция с BLE.
Частота обновления координаты
Позиционирование устройства в сети Wi-Fi может использоваться для целого ряда приложений:
А) обнаружение активов, помеченных метками Wi-Fi
Б) подключение к сети Wi-Fi с учетом местонахождения клиента
В) навигация по помещению
Г) отправка высокоэффективных предложений с учетом местонахождения клиента
Д) сбор аналитики поведения клиентов
Для приложений В)-Д) помимо точности позиционирования важна частота, с которой эта координата определяется.
Пока клиентское устройство не подключено к сети Wi-Fi, координата может определяться по пробам (probe requests), которые периодически отправляет устройство. Устройство не подключено к сети Wi-Fi, но мы уже получаем информацию о его передвижении. Пробы отправляются бродкастом, т.е. по всем частотным каналам – все точки доступа могут их услышать и триангуляция по пробам прекрасно работает.
Небольшая проблема состоит в том, что пробы отправляются устройством каждые 15-30-60 секунд в зависимости от алгоритма, заданного производителем устройства. Кроме того, производители мобильных устройств стремятся к сокращению количество отправляемых проб, т.к. это увеличивает энергоэффективность устройства. Собирая данные таким образом мы знаем, что клиент был в точке А и через, например, 30 секунд в точке Б, но не имеем информации о том, что он делал между А и Б. Для навигации в помещении, а также сбора аналитики о поведении клиентов такие промежутки времени также великоваты.
Для повышения частоты определения координаты разработчики Cisco реализовали метод позиционирования устройства по трафику данных, что позволило увеличить частоту сбора данных до 10 раз в минуту — FastLocate.
FastLocate может быть реализован на отдельном модуле для модульных точек доступа Cisco Aironet серий 3600 и 3700. Модуль WSM будет сканировать эфир и собирать информацию для расчета координат устройств примерно каждые 8 секунд.
Второй вариант использования FastLocate подходит для любых точек доступа Cisco Aironet и не требует дополнительного модуля. Точка доступа на короткий промежуток времени выходит из режима обслуживания клиентов и переключается в режим сканирования эфира (Enhanced Local Mode — ELM). В ELM точка, как и в предыдущем случае, собирает информацию для расчета координат устройств и переключается обратно в режим обслуживания клиентов. Такой метод имеет цену в виде снижения производительности сети Wi-Fi примерно на 15%, т.к. точки доступа не могут обслуживать клиентов 100% времени.
Клиентское устройство должно быть подключено к сети Wi-Fi, т.е. в интересах владельца помещения становится предлагать клиентам Wi-Fi подключение, мотивируя клиентов информативностью приложения и специальными предложениями.
Если в результате большая доля клиентов подключится владелец площадки сможет извлечь для себя много информации из подобной аналитики:
Сегодня более 2000 организаций по всему миру используют решения с позиционированием в сетях Cisco Wi-Fi и достигают нового уровня удовлетворенности клиентов, повышают эффективность своего бизнеса и маркетинговых программ.
Объяснение триангуляции Wi-Fi
Система позиционирования Wi-Fi (WPS) — это система геолокации, которая использует Wi-Fi для поиска совместимых устройств и пользователей. Wi-Fi часто работает вместе с GPS для повышения точности. Такие компании, как Google, Apple и Microsoft, используют GPS для определения сетей Wi-Fi, которые затем можно использовать для поиска чьего-либо устройства в отношении ближайшего Wi-Fi.
Позиционирование по Wi-Fi полезно в городских условиях, когда в одной и той же зоне вещает множество беспроводных сетей. Это также полезно в местах, недоступных для GPS, таких как туннели, большие здания и подземные сооружения.
Однако WPS не работает, когда вне диапазона сигнала Wi-Fi; если вокруг нет сетей Wi-Fi, то WPS не будет работать.
Wi-Fi Positioning System не следует путать с Wi-Fi Protected Setup , которая использует ту же аббревиатуру (WPS). Последняя представляет собой беспроводную сетевую систему, предназначенную для ускорения подключения устройств к сети.
Как работают сервисы определения местоположения Wi-Fi
Устройства, которые имеют как GPS, так и Wi-Fi, могут использоваться для отправки информации о местонахождении сети обратно в службу GPS. Устройство GPS передает сервисный набор или «BSSID» ( MAC-адрес ) точки доступа вместе с местоположением, определенным GPS.
Когда GPS используется для определения местоположения устройства, оно также сканирует близлежащие сети на предмет общедоступной информации, которая может использоваться для идентификации сети. Как только местоположение и близлежащие сети найдены, информация записывается онлайн.
В следующий раз, когда кто-то находится рядом с одной из этих сетей, но у него нет отличного сигнала GPS, услуга может использоваться для определения приблизительного местоположения, так как местоположение сети известно.
Допустим, например, у вас есть полный доступ к GPS и ваш Wi-Fi включен в продуктовом магазине. Местоположение магазина легко определить, потому что ваш GPS работает, поэтому ваше местоположение и некоторая информация о любых близлежащих сетях Wi-Fi отправляются поставщику (например, Google или Apple).
Позже кто-то входит в продуктовый магазин с включенным Wi-Fi, но из-за шторма на улице у него нет сигнала GPS. Их местоположение все еще можно определить благодаря позиционированию сети Wi-Fi. Такие поставщики, как Microsoft, Apple и Google, постоянно обновляют эти данные, используя их для предоставления пользователям более точных услуг определения местоположения. И это раскрывается невольно; поставщики не нуждаются в паролях Wi-Fi, чтобы найти способствующие сети.
Анонимное определение местоположения пользователя является частью практически условий обслуживания каждого оператора сотовой связи, хотя большинство телефонов позволяют пользователю отключать службы определения местоположения. Точно так же, если вы не хотите, чтобы ваша собственная беспроводная сеть использовалась таким образом, вы можете отказаться.
Отказаться от отслеживания Wi-Fi
Google предлагает администраторам точек доступа Wi-Fi возможность отказаться от своей базы данных WPS. Просто добавьте _nomap в конец имени сети (например, mynetwork_nomap ), и Google больше не будет отображать его.
LBS мониторинг: определение местоположения по GSM и WiFi
LBS (Location-based services) позволяет определять местоположение объекта без использования стандартных сервисов таких как GPS, ГЛОНАСС, Beidou и других.
LBS мониторинг является довольно широким термином и содержит в себе несколько технологий поиска. В данной статье мы обратимся только к определению локации по GSM сети и Wi-Fi точкам.
Отличия LBS и GPS
Определение местоположения по Wi-Fi и GSM сетям как правило обладает более низкой точностью, чем GPS. Преимуществом данных систем является возможность работы в неидеальных условиях. Например, GSM сигнал не требует чистого неба для идеальной работы. Его сложнее заблокировать и легче поймать, даже если устройство находится в здании или в подземных постройках. Wi-Fi точки обеспечат более точное отслеживания внутри зданий.
Использование LBS требует меньше энергии, позволяя обменять идеальную точность данных на более длительную работу устройства без подзарядки. При перевозке грузов на длительные расстояния, важнее иметь приблизительное местоположение, но на протяжении всего пути. LBS также могут быть использованы как запасной вариант, на случай выхода из строя GPS антенны или модуля.
Принципы работы LBS мониторинга
GSM мониторинг
Большинство трекеров и мобильных устройств используют GSM сеть для передачи данных. Инфраструктура провайдеров услуг может быть использована для получения данных о местоположении объекта.
Данный метод отслеживания основан на принципе, что любой включенный GMS модуль будет передавать данные на ближайшую базовую станцию, переключаясь по мере движения между ними. Если устройство может считать данные базовой станции (Cell ID, MCC, MNC, LAC), эти данные могут быть сверены с внешними базами данных для получения местоположения объекта.
Такой метод называется Cell of Origin.
Он является самым дешевым и простым для использования, так как не требует модификации устройств или инфраструктуры.
Cell of Origin показывает только местоположение базовой станции, а не самого устройства.
Таким образом, если 2 устройства подключены к одной базовой станции, они покажут одинаковое местоположение, даже если не находятся рядом.
Точность этого метода определения зависит от плотности расположения базовых станций. В городах и развитых зонах точность может доходить до 50-100 метров, а в деревнях и незаселенных местностях – до нескольких километров.
Более сложные системы могут высчитывать расстояние между устройством и базовой станцией. Как правило, подобные системы стоят довольно дорого и не легки в эксплуатации из-за необходимости модификации оборудования. Один из таких методов поиска называется E-OTD (Enhanced Observed Time Difference, Наблюдаемая разность времени прибытия сигнала).
Метод основан на измерении и сравнении интервалов времени прохождения сигналов от нескольких базовых станций до мобильного телефона абонента. Время прохождения и местоположения базовых станций могут быть использованы для триангуляции положения GSM модуля. Для работы метода базовые станции, принимающие сигнал, должны быть оснащены блоком LMU (Location Measurement Unit).
Метод OTD обеспечивает точность ~125 метров.
Определение местоположения по Wi-Fi сетям (WPS)
WPS использует беспроводные точки доступа для расчета местоположения. Система наиболее часто встречается в мобильных устройствах и хорошо подходит для отслеживания объектов и сотрудников внутри зданий. WPS включает несколько различных методов определения местоположения.
Показатель уровня принимаемого сигнала
Первый способ основан на Показателе уровня принимаемого сигнала (RSSI). Принимающее устройство вычисляет уровень сигнала, исходящего от нескольких точек доступа. Полученные данные обрабатываются для создания модели распространения волн и вычисления расстояния до каждой из точек.
Вычисления могут быть выполнены самим устройством или переданы для обработки в сторонние сервисы.
Fingerprinting
Второй метод, Fingerprinting, основан на первом методе. При известном местоположении устройства для каждой локации замеряется уровень сигнала всех точек доступа. Полученные уровни складываются в код, который записывается в базу вместе с местоположением. Если в будущем устройство попадет в то же самое место, но не будет иметь доступ к сети, – местоположение будет вычислено по совпадающему коду.
Точность данного метода довольно высока (~1,3-2 метра), но данный метод тяжел в организации, поскольку требует хранилища данных. К тому же он очень чувствителен к изменениям окружающей среды – строительные работы или простая перестановка мебели могут изменить уровень принимаемого сигнала и тем самым изменить код локации.
Time of Flight
Третий, более простой в организации метод, называется Time of Flight. ToF определяет местоположение основываясь на временных метках, записанных беспроводными интерфейсами при передачи пакетов. Данный метод имеет точность от 2 до 4 метров и широко используется для отслеживания объектов внутри зданий.
Временные метки подходят для использования, основываясь на том факте, что радиочастотные волны проходят близко к скорости света, которая остается практически неизменной в средах закрытых помещений. Соответственно время доступа менее чувствительно к изменения в окружающей среде, чем измерения уровня принимаемого сигнала.
Принцип работы схож с РАДАРами, но берет за основу самые обычные пакеты данных и подтверждения.
Диаграмма показывает отправки пакета с данными (DATA) на принимающее устройство и ожидание получения пакета с подтверждением (ACK). d является задержкой генерации подтверждения со стороны устройства. t_p — время распространения сигнала между отправителем и получателем (считается одинаковым для пути в обе стороны). t_ack — время отправки пакета с подтверждение (ACK). ToF соотносится с t_measured.
WPS хорошо работает для отслеживания внутри помещений, но зачастую оказывается сложнее для внедрения, чем GSM.
Доступность данных для LBS мониторинга
Данные по сетям Wi-Fi как правило не находятся в открытом доступе. Большинство владельцев крупных баз данных не предоставляют бесплатной выгрузки.
В противоположность, локации базовых станции известны и можно найти множество открытых источником информации. Наиболее популярными сервисами являются Mozilla Location Services и OpenCell ID, вместе их базы содержат данные более 50 миллионов базовых станций.
Карта покрытия базовых станций и Wi-Fi точек доступа сервисом Mozilla представлена ниже.
Поддержка LBS в GPS трекерах
Наличие и уровень поддержки LBS функционала во многом зависит от производителя устройства. Некоторые производители позволяют передавать данные GSM вышки постоянно (MCC, MNC, LAC, CID), некоторые устройства передают эти данные только по SMS или GPRS запросу.
Если вы не уверены в уровне интеграции LBS для вашего устройства с Navixy – вы всегда сможете проверить уровень интеграции в разделе Устройства.
Wi-Fi и GSM мониторинг в приложении X-GPS Трекер
Navixy предоставляет собственное решение для мобильных сотрудников. Наши приложения для Android и iOS имеют возможность обработки как GPS, так и LBS данных.
В отличие от стандартных трекеров, мобильные приложения X-GPS Трекер передают уже обработанные данные. Обработка производится встроенными сервисами телефона – Apple Core Location или Google Fused Location, в зависимости от версии ОС.
Для корректной работы LBS необходимо интернет соединение.
Установка радиуса определения LBS
Выставление радиуса определения LBS зависит от местности, в которой находится устройство, и количества базовых станций или точек Wi-Fi. Если устройство находится в сельской местности и не может определить местоположение, рекомендуется увеличить радиус определения LBS, чтобы дальние базовые станции также способствовали определению местоположения устройства.
В городе, где сотовая сеть имеет плотную застройку базовых станций, радиус действия LBS необходимо держать на маленьком уровне, так как ближних базовых станций будет достаточно для определения местоположения и точность при этом будет высока.
Надеемся, что статья была вам полезна. Если вы хотите задать вопрос, оставить комментарий или предложить тему для будущих материалов, переходите в наши социальные аккаунты Facebook, Linkedin и Twitter. Подписывайтесь, чтобы не пропустить полезные обновления от Академии Navixy.
Wi-Fi следит за тобой, или Wi-Fi как система мониторинга
Люди, живущие в городах, сами того не осознавая, весь день находятся в зоне действия сетей Wi-Fi: домашних и городских, на работе и в метро, в торговом центре и в ресторане — они везде. Вывод один: если вы живете в мегаполисе, от Wi-Fi вам не скрыться.
Только московская городская сеть Wi-Fi охватывает 24 открытые территории: Московский зоопарк, ВДНХ, парки и пешеходные улицы, 14 общественных пространств (библиотеки и культурные центры), 150 зданий студенческих общежитий. Всего в столице действует более 8,5 тыс. точек доступа (хот-спотов). Бесплатный Wi-Fi доступен в метро и наземном общественном транспорте(1).
Глобальная база местоположения всех точек доступа Wi-Fi
Производители персональных портативных устройств (смартфонов, планшетов) уже давно научились использовать широкое распространение Wi-Fi в своих целях как вспомогательный инструмент в помощь сервису геолокации для определения местоположения устройства.
Изначально служба геолокации смартфонов применяет для определения местоположения модуль GPS, технологию A-GPS, которая ускоряет «холодный старт» GPS-приемника посредством получения альманаха и эфемерид через сеть Интернет (то есть через 3G/LTE/Wi-Fi), а также трилатерацию по сотовым вышкам GSM. Если позиция успешно вычислена, устройство сканирует Wi-Fi-эфир и отправляет через тот же Интернет данные о географическом положении близлежащих точек доступа Wi-Fi, которые собираются в общую базу данных производителя системы геолокации операционной системы (ОС):
— для смартфонов Android — в базу данных Google;
— для смартфонов iPhone — в базу данных Apple2 (2).
Эта информация используется как приложениями Google и Apple, так и другими, установленными на смартфоне (фитнес-трекерами и др.).
Зачем службе геолокации с модулем GPS нужен Wi-Fi-модуль?
У производителя ОС смартфона формируется и поддерживается в актуальном состоянии глобальная база данных о месторасположении всех точек доступа Wi-Fi. Она помогает определять местоположение персонального портативного устройства в случае, когда рядом есть Wi-Fi, но нет GPS-сигнала. Смартфон отправляет через Интернет данные о близлежащих точках доступа Wi-Fi и получает в ответ данные о своем местоположении. Польза для владельца смартфона в этом случае очевидна: смартфон быстро и точно определяет местоположение в любой точке Земли.
Могут ли Google и Apple сохранять историю перемещения?
Производитель ОС собирает и хранит историю перемещения каждого устройства. Сохраняются не только географические точки, но и детализированные маршруты. Передачу данных о местоположении можно отключить, но в этом случае маршруты перестанут сохраняться, а вот географические точки все равно отображаются. Можно зайти на сайт производителя ОС и посмотреть(3)
Идентификация личности по номеру телефона
История перемещения не является обезличенной, а может быть привязана к номеру телефона, которого достаточно для идентификации личности. Потенциально к истории перемещения имеет доступ оператор GSM на основе трилатерации по сотовым вышкам (независимо от типа телефона), а также производители ОС смартфона, служба геолокации которого максимально детально отслеживает местоположение и сохраняет в базе данных.
Геолокация внутри зданий и метро
Внутри зданий и на метрополитенах недоступен GPS, но трилатерация по GSM будет отрабатывать, пусть и не с такой высокой точностью (ведь сигнал сотового оператора есть как в зданиях, так и в метро). Информация о точках Wi-Fi будет собираться в базу данных производителей ОС.
Wi-Fi-позиционирование
Во многих зданиях полноценно функционируют корпоративные и общественные Wi-Fi-сети. Производители Wi-Fi-инфраструктуры и провайдеры Wi-Fi-услуг уже давно научились позиционировать персональные Wi-Fi-устройства в реальном времени с точностью вплоть до 1 м.
Системы Wi-Fi-позиционирования используются владельцами торговый центров, аэропортов, стадионов и метрополитенов для сбора и анализа. Эта информация может применяться городскими Wi-Fi-сетями, которые в Москве, к примеру, охватывают почти все общественное пространство города.
Стоит один раз подключиться, и вас уже не забудут
Если человек один-единственный раз аутентифицировался в Wi-Fi-сети, а это чаще всего происходит посредством получения пароля по SMS, с этого момента появляется привязка адреса его Wi-Fi-адаптера к номеру телефона, то есть происходит идентификация личности. Даже если он больше никогда не подключался к сети, информация о его перемещении все равно будет собираться, так как привязка остается, а Wi-Fi-адаптер даже в спящем режиме с определенной периодичностью выполняет активное сканирование, при котором передает свой адрес. Тут стоит упомянуть, что в последних версиях iPhone при активном сканировании указывается случайный адрес Wi-Fi-адаптера, что усложняет задачу отслеживания перемещения определенного устройства.
Примеры Wi-Fi-аналитики
Хорошим примером, демонстрирующим возможности Wi-Fi-аналитики, служит интерактивная карта(4) перемещения Wi-Fi-пользователей в Московском метрополитене (рис. 1). Эту Wi-Fi-сеть построила компания «МаксимаТелеком».
Рис. 1. Интерактивная карта перемещения Wi-Fi-пользователей в Московском метрополитене
В целом можно говорить об очень широких возможностях со стороны сотовых операторов, производителей ОС смартфонов и провайдеров Wi-Fi-услуг по сбору и анализу истории перемещения пользователей с возможностью идентификации личности.
Сбор истории перемещения человека в реальном времени может рассматриваться не только как цель, но и средство для других инструментов аналитики.
W-Fi работает в диапазоне 2,4 и 5 ГГц, волны с такой частотой очень хорошо поглощаются человеческим телом, которое на 70% состоит из воды. Это создает существенные проблемы с точки зрения передачи информации, но открывает обширные возможности для мониторинга перемещений человека(5).
Идентификация личности по Wi-Fi
В августе 2016 г. группа исследователей из Северо-Западного политехнического университета Китая разместила в архиве научных исследований(6) статью(7) с описанием системы FreeSense, которая может идентифицировать человека (в группе из 6 людей), проходящего через воображаемую линию между Wi-Fi-точкой и Wi-Fi-клиентом с точностью 89% (рис. 2).
Рис. 2. Схема китайской системы FreeSense для идентификации человека
Система должна быть предварительно обучена: она должна изучить форму человеческого тела и составить Wi-Fi-шаблон, чтобы идентифицировать его в дальнейшем.
Другая группа исследователей из Австралии и Великобритании в марте 2016 г. презентовала схожую систему под названием Wi-Fi ID(8). Wi-Fi ID использует ту же закономерность: каждый человек имеет как индивидуальную походку, так и индивидуальный Wi-Fi-шаблон. Эта система с точностью 93% идентифицирует человека в группе из 2 людей и с точностью 77% — в группы из 6 людей.
Системы идентификации по Wi-Fi требуют предварительного обучения, и тут как раз могут помочь данные о перемещении человека в реальном времени. Идентифицируя человека при пересечении воображаемой линии, потенциально можно сформировать для него уникальный Wi-Fi-шаблон в автоматическом режиме. В дальнейшем для определения его местоположения не понадобится наличие у него работающего смартфона. Таким образом, идентификация по Wi-Fi начинает походить на систему видеонаблюдения.
Распознавание жестов, отслеживание дыхания и сердцебиения по Wi-Fi
Пара исследователей из Массачусетского технологического института в 2013 г. опубликовали работу(9), где они используют обычный Wi-Fi-роутер, находящийся за стеной, для определения числа людей в комнате, детектирования некоторых основных жестов и даже распознавания текста, написанного в воздухе рукой.
Используя более чувствительные сенсоры, те же исследователи разработали систему, которая может различать между собой двух людей, стоящих за стеной(10), и удаленно отслеживать дыхание и сердцебиение человека с точностью 99%(11).
Рис. 3. Определения числа людей в комнате, распознавание жестов, отслеживание дыхания и сердцебиения по Wi-Fi
Распознавание падения по Wi-Fi
Устройство Emerald(12) ориентировано на пожилых людей, оно устанавливается в центре квартиры или дома и, изучая физическую активность человека, может определить его падение. Прибор не только распознает, но и пытается предсказать падение до того, как оно произошло, исследуя модель движения.
Рис. 4. Устройство Emerald, распознающее падение человека
Различение мелких движений
Wi-Fi сигнал может использоваться, чтобы различать гораздо более мелкие движения.
Распознавание написанного текста
Система WiKey(13) определяет, какие клавиши пользователь нажимает на клавиатуре, и отслеживает движения пальцев. Обучившись, эта система распознает написанный текст с точностью 93,5%, используя исключительно общедоступный Wi-Fi-роутер и специальный программный код.
Распознавание речи
Группа исследователей из Шэньчжэньского университета Китая в 2014 г. представила технологию(14), которая «слышит», что говорят люди, анализируя искажения в Wi-Fi-сигнале, создаваемые движением рта. Система определяет слова из словаря распознаваемых слов с точностью 91%, если говорит один человек, и с точностью 74%, если говорящих двое.
Рис. 5. Технология, распознающая речь по Wi-Fi
Wi-Fi как система мониторинга
Все эти исследования переворачивают представление о Wi-Fi как исключительно о транспорте для передачи информации. Данные системы работают пока только при предварительном обучении, но если удастся его автоматизировать, используя, к примеру, информацию, полученную по GPS/GSM/Wi-Fi, то открываются очень серьезные возможности по мониторингу действий человека.
Можно начать с добавления к данным о человеке его персонального Wi-Fi-шаблона. Потом перейти к обучению распознавания его жестов, дыхания, сердцебиения и позы. Далее — к обучению движения пальцев и рта для различения написанного текста и произносимых слов.
Прелесть данной технологии заключается в том, что все это потенциально возможно при использовании обычного домашнего Wi-Fi-роутера. Такие методы, вероятно, принесут большую пользу: обеспечат дополнительную безопасность детей и пожилых людей, сделают умный дом еще более умным, а возможно, в будущем системы видеонаблюдения будут построены на Wi-Fi-роутерах.
Однако если данный инструмент попадет в руки злоумышленников, то они получат доступ к колоссальному объему информации. Будет достаточно незаметно установить вредоносный код на домашнем Wi-Fi-роутере и отправлять собранные данные через Интернет, и владелец об этом никогда не узнает.
Источники
Статья опубликована в журнале «Системы безопасности» № 5/2016 компании «Гротек»
secuteck.ru/imag/ss-5-2016