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Wi-Fi無線感測應用技術發展趨勢 [趨勢新知]
種類:其他公告  發布單位:技術處  發布日期:2021-03-24 10:00
作者:楊玉奇/工研院

隨著Wi-Fi 6標準發布和認證計畫開始進行,引領無線區域連網技術邁入新階段,也促進搭載新規格設備的市場普及。Wi-Fi 6在傳輸速度、覆蓋率、連結設備數量方面都有更優異的性能,對於室內網路環境品質確有顯著的提升。然而,Wi-Fi除了作為無線網路通訊的主流技術之一,亦適合用於室內感測,利用幾乎每人家中都有安裝的Wi-Fi路由器,即可完成感測網路的布建,成本相對以感測器和攝影機為主要部署內容的室內監測方案更低,而且隱蔽性高不易讓人有隱私受到侵犯的負面感受。無線寬頻聯盟(Wireless Broadband Alliance,WBA)和國際晶片大廠正持續研議Wi-Fi無線感測相關標準與認證機制,Wi-Fi感測拓展了次世代Wi-Fi終端裝置尤其是路由器的應用範疇,未來應會是提升其附加價值的重要新增功能,其發展動態和市場機會值得相關廠商關注。


一、Wi-Fi感測技術概述

(一) Wi-Fi感測網路架構

Wi-Fi無線電、Wi-Fi感測代理(Agent)和應用服務層等三個主要組件,構成了Wi-Fi感測網絡。由下而上逐層說明其運作機制,最底層負責整個感測系統的Wi-Fi環境資訊處理,中間層的Wi-Fi感測代理則負責蒐集外部環境資訊,中間層和最底層之間不時進行資訊的交換與傳輸,使無線電的量測資料,轉換為動態或情境感知的資訊;最上層的應用程式層則根據中間層的Wi-Fi感測結果,形成最終用戶使用的服務或功能。

(二) Wi-Fi感測技術應用效益

Wi-Fi感測解決方案不需要安裝感測器和攝影機,這部份是與一般用戶熟悉的影像監測最主要的差異。由於不需要硬體的布建,大幅降低建置和維護成本,也降低規劃的複雜度故能加快部署的速度;在室內空間不充裕的情境中,Wi-Fi感測解決方案可以釋放出更多可用空間。此外,對於部份不習慣家中裝設攝影機的用戶,或是有一些年長者總是無法自在的在攝影機前生活,也無法建立起正確的穿戴裝置使用習慣,利用Wi-Fi感測解決方案具有相對高的隱蔽性,不受用戶擅自調整鏡頭角度或沒有正確穿戴感測裝置,導致監測效能降低。

二、多樣潛在應用已進入實測

由BT、Broadcom、BSG Wireless、Cable Labs、Cisco、HPE Aruba與Intel等公司為主要成員的無線寬頻聯盟(WBA),於2019年底發布了Wi-Fi感測技術白皮書,其內容中提出了多種應用情境的設計,目前聯盟成員廠商正各自或者合作進行一系列的實測驗證。

(一) 家庭監控

與大多數的家庭監控用途類似,Wi-Fi感測網路適合用於監測用戶不在家中的情況,例如室內的動態。

(二) 能源管理

目前提供能源管理監測方案的廠商,主要有自動化系統業者和節能服務業者,能源管理一般部署對象為企業,但也越來越普及於部署在家庭網絡中。

(三) 老年照護

由於人口年齡老化已是全球普遍問題,老年護理領域中的許多不同服務都越來越流行,重要的觀念和價值,在於如何利用科技使老年人保持獨立的生活方式,而在需要時能通知家庭成員或看護人。

(四) 接近喚醒/離開鎖用

將Wi-Fi感測用於監視和檢測使用者與設備之間的接近程度,再搭配設備上的節能軟體功能,即可智慧化的切換設備待機或節能模式。

(五) 手勢辨識

當產品被設計為使用者可利用特定手勢與設備進行互動時,亦可使用Wi-Fi感測網絡作為偵測與辨識工具。

(六) 生物特徵偵測

生物特徵測量的項目一般包括心跳和呼吸頻率,前述Origin Wireless的呼吸偵測案例即屬於此類應用。

三、Wi-Fi感測發展機會與挑戰

(一) Wi-Fi性能持續升級有利感測應用

Wi-Fi 6新標準的發布引領Wi-Fi技術大幅提升性能,國際上已有實測案例驗證Wi-Fi 6訊號可在充斥金屬料件和熱能等大量無線電波干擾源,以及寬廣且挑高的室內空間等惡劣條件環境下,仍有極佳的訊號品質、傳輸速度。

(二) 新創公司已有成功應用案例

由臺灣技術人員在美國成立的新創公司Origin Wireless,已成功將Wi-Fi感測應用於探測生物特徵。

(三) 裝置部署與測量技術仍有障礙待突破

Wi-Fi感測能力是依賴頻道的訊號隨著一段時間後,由於環境變化而導致訊號收發時間產生不同的延遲或間隔,經過測量後判斷差異而來。

(四) 缺乏共同標準與驗證機制

Wi-Fi感測技術目前缺乏標準化的介面/API定義,雖然各家晶片組供應商在設計時,都已開放了啟用所需功能的存取限制,但目前沒有標準的介面定義。

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更新日期:2020-04-28

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