本發(fā)明涉及一種基于Wi-Fi技術(shù)通過獲取發(fā)射機(jī)與接受機(jī)通信過程中的CSI(Channel State Information信道狀態(tài)信息)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測的一種設(shè)備。本設(shè)備屬于無線通信設(shè)備，涉及到一種對信道狀態(tài)信息(CSI)的處理方法。

背景技術(shù)：

安全一直是人類不變的追求。隨著科技的不斷發(fā)展，Wi-Fi(一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備(如pad、手機(jī))等終端以無線方式互相連接的技術(shù))技術(shù)現(xiàn)在被廣泛的使用在日常生活中，同時(shí)基于WIFI的家庭安防系統(tǒng)種類也日益繁多。主流的安防解決方案往往是基于多攝像頭、多傳感器的，其效果很好，但若想要監(jiān)控大面積的空間其成本與配置難度也會(huì)越來越高。專有的通信線纜，特別開發(fā)、需要不斷更新的軟件，更讓維護(hù)、調(diào)試的成本大大增加。且不提高額的安裝成本，其每天使用的電量也是一筆不小的開支。而一般家庭對成本的敏感正是現(xiàn)在的家庭安防很難真正普及的原因。本發(fā)明則使用了一種相對巧妙地方法，通過使用現(xiàn)有家庭的WIFI網(wǎng)絡(luò)，甚至于直接使用家庭中現(xiàn)有的WIFI路由器作為接收機(jī)，通過動(dòng)態(tài)評估CSI來實(shí)時(shí)感知家庭環(huán)境的變化(包括開窗、人員走動(dòng)、家具的移動(dòng)等)。與傳統(tǒng)方法連用可以更智能、更全面的保障家庭的安全。

WIFI通過OFDM(正交頻分復(fù)用技術(shù)，多載波調(diào)制的一種)技術(shù)，將其所使用的通信信道分成相互正交的56(802.11n，帶寬為20MHz情況下，若帶寬為40MHz則為114)個(gè)子載波。因?yàn)榄h(huán)境、移動(dòng)的物體對于不同頻率的子載波的吸收、反射等能力的不同，到達(dá)接收機(jī)的各子載波的強(qiáng)度也會(huì)不同。同時(shí)繞射、散射、直射、多徑疊加等又會(huì)進(jìn)一步使其信號強(qiáng)度差別變化的十分明顯。這樣，即使十分微小的動(dòng)作，或者環(huán)境的微小改變，都會(huì)使接收機(jī)得到的CSI數(shù)據(jù)變化十分劇烈。傳統(tǒng)上我們習(xí)慣使用RSSI來表示W(wǎng)IFI信號的強(qiáng)度,但我們忽略是RSSI是由CSI進(jìn)行簡單加和計(jì)算的來的，其僅僅是一種簡單的估算信號強(qiáng)度的方式。與CSI相比，RSSI在環(huán)境無任何變化的情況下，一分鐘內(nèi)都會(huì)有5db的波動(dòng)，與CSI相比不僅其粒度過粗，而且數(shù)據(jù)的上下波動(dòng)過大，僅僅只能作為一種初略的估計(jì)信號強(qiáng)度的方法，或者是在理想條件下對信號強(qiáng)度的估算。本發(fā)明所使用的CSI，其獲得的數(shù)據(jù)為PHY層(為物理層)數(shù)據(jù)，包含了大量關(guān)于傳輸過程中的信息，而RSSI位于MAC層(位于數(shù)據(jù)鏈路層下層)，從PHY傳輸?shù)組AC已經(jīng)經(jīng)過了數(shù)據(jù)的處理，損失了大量的信息(如相位、各子載波的信號強(qiáng)度)。所以如果簡單的利用RSSI來感知環(huán)境特征，則誤差過大，無法實(shí)時(shí)的感應(yīng)環(huán)境的變化，在復(fù)雜的環(huán)境下(大量障礙物，多徑現(xiàn)象嚴(yán)重)甚至完全無法工作。而使用CSI則不同，通過一些算法，我們可以得到其在頻域、時(shí)域的情況，甚至可以確定小尺度的多徑效應(yīng)，確定信號到達(dá)的延時(shí)等等。這樣無線信號在空間的傳輸情況對于我們來說近乎于透明的，我們可以清楚的知道信號在空間的傳輸狀態(tài)，這樣，我們就近似的擁有了一臺(tái)全向的雷達(dá)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是如何通過分析路由器得到的CSI數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)無傳感器感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，判斷是否有周圍環(huán)境的變化、人員與物體的移動(dòng)等。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于無線網(wǎng)絡(luò)信號物理層擾動(dòng)的運(yùn)動(dòng)檢測路由器，包括無線網(wǎng)卡、數(shù)據(jù)處理部分與網(wǎng)口三個(gè)部分；

無線網(wǎng)卡包括兩張支持獲取CSI的無線網(wǎng)卡，第一張無線網(wǎng)卡充當(dāng)發(fā)射機(jī)發(fā)送報(bào)文，定時(shí)向第二張無線網(wǎng)卡發(fā)送數(shù)據(jù)，使第二張無線網(wǎng)卡獲取當(dāng)前環(huán)境下的CSI；第二張無線網(wǎng)卡充當(dāng)接收機(jī)，通過獲取通信過程中的產(chǎn)生的CSI數(shù)據(jù)來判斷當(dāng)前環(huán)境狀況；

數(shù)據(jù)處理部分包括Flash芯片、RAM和主控；主控為可運(yùn)行Openwrt的CPU，主控取得CSI數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理分析，并通過依次對比模板集合中的每個(gè)模板，確定是否環(huán)境發(fā)生變化或有運(yùn)動(dòng)；不小于32MB的RAM與不小于4MB容量的Flash芯片用于程序的儲(chǔ)存與數(shù)據(jù)的暫存；多臺(tái)運(yùn)動(dòng)檢測路由器組成運(yùn)動(dòng)檢測網(wǎng)絡(luò)，若運(yùn)動(dòng)檢測網(wǎng)絡(luò)中有物體運(yùn)動(dòng)，則實(shí)時(shí)跟蹤物體的運(yùn)動(dòng)路徑，通過運(yùn)動(dòng)檢測網(wǎng)絡(luò)中多臺(tái)運(yùn)動(dòng)檢測路由器進(jìn)行三角定位確定移動(dòng)物體的大致位置；運(yùn)動(dòng)檢測路由器通過網(wǎng)口連接至主機(jī)，當(dāng)其處于監(jiān)測狀態(tài)時(shí)，將當(dāng)前環(huán)境情況實(shí)時(shí)反饋給安防人員，并在有運(yùn)動(dòng)發(fā)生的時(shí)候發(fā)出警報(bào)，提示安防人員運(yùn)動(dòng)發(fā)生的節(jié)點(diǎn)，將信息寫入日志。

當(dāng)待測環(huán)境中有物體移動(dòng)時(shí)，CSI發(fā)生明顯變化，通過對比模板集合(fingerprint集合)，未發(fā)現(xiàn)有在誤差允許范圍內(nèi)匹配的模板，判定當(dāng)前環(huán)境空間中有物體移動(dòng)或環(huán)境發(fā)生了變化，通過網(wǎng)線發(fā)出報(bào)警信號；通過核對其編號確定運(yùn)動(dòng)位置。

本發(fā)明的有益效果：

(1)預(yù)留多個(gè)天線接口，便于安裝調(diào)試。

(2)無線感知，需要的外部設(shè)備少、安裝方便。

(3)感應(yīng)靈敏，能感應(yīng)到微小的變化。

(4)金屬外殼設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)在較強(qiáng)電磁干擾情況下的正常工作。

(5)工作電壓低，安裝調(diào)試比較安全。

(6)系統(tǒng)環(huán)境為基于Linux內(nèi)核的Openwrt，移植性較強(qiáng)。

(7)成本低，現(xiàn)有某些路由器即可改造成本設(shè)備。

(8)在非監(jiān)控狀態(tài)下可以作為無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，省去另外購買的成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)檢測路由器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

實(shí)施例

本發(fā)明的技術(shù)方案的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的芯片選用Atheros的AR7130，處理速度300MHz，無線網(wǎng)卡選用兩張AR9550，RAM采用32MB 16bit DDR，F(xiàn)lash芯片采用4MB容量的串行Flash。擁有一個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)口。其中的一個(gè)無線網(wǎng)卡充當(dāng)接收機(jī)，另一張無線網(wǎng)卡充當(dāng)發(fā)射機(jī)。

打開路由器，先在無人情況下靜置本發(fā)明1min，進(jìn)行環(huán)境的采樣，然后設(shè)備開始運(yùn)動(dòng)監(jiān)控。第一張網(wǎng)卡定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，使第二張網(wǎng)卡得到當(dāng)前的信道狀態(tài)(CSI)。

主控通過分析第二張無線網(wǎng)卡得到的當(dāng)前信道數(shù)，經(jīng)過計(jì)算，系統(tǒng)得到當(dāng)前環(huán)境狀況，并實(shí)時(shí)感應(yīng)到空間的變化(包括開關(guān)窗、人員走動(dòng)等)；在得到家庭無人狀況下的多組CSI數(shù)據(jù)后，將其作為家庭正常狀況的模板集合(這里指常說的fingerprint集合)。在主人離家后，充當(dāng)發(fā)射機(jī)的網(wǎng)卡每隔一秒發(fā)送一組數(shù)據(jù)，讓充當(dāng)接收機(jī)的網(wǎng)卡得到CSI的數(shù)據(jù)并處理，將處理后的數(shù)據(jù)與模板集合(fingerprint集合)中的每一個(gè)模板進(jìn)行對比。若發(fā)現(xiàn)不同，則通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行報(bào)警提示，若與其他設(shè)備連接，可通過WIFI網(wǎng)絡(luò)發(fā)出命令操作其他設(shè)備。如與云臺(tái)攝像頭聯(lián)網(wǎng)，可以令攝像頭開機(jī)，并旋轉(zhuǎn)錄像，監(jiān)控家庭具體情況；若與其他動(dòng)作模塊聯(lián)網(wǎng)(如警鈴)，則可進(jìn)行報(bào)警。

本運(yùn)動(dòng)檢測路由器的用途十分廣泛，不僅可以用在家庭布放上，而且可以用在晚間商場的安全監(jiān)控上。固定安放的路由器檢測到了運(yùn)動(dòng)，則向安保人員發(fā)出警報(bào)，并在日志上記錄下來節(jié)點(diǎn)的序號，與周圍的攝像機(jī)編碼。這不僅可以減少安防人員的工作量，還可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)制止犯罪行為。與大規(guī)模布置運(yùn)動(dòng)傳感器相比，其成本十分低廉，一臺(tái)設(shè)備覆蓋面積也很大。若全商場布置，則可以實(shí)現(xiàn)在商場晚間無人購物的情況下確定移動(dòng)目標(biāo)的移動(dòng)路徑。而當(dāng)商場白天營業(yè)時(shí)，路由器可以作為WIFI接入點(diǎn)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，增加顧客在商場的逗留時(shí)間，提高銷售額。