TO THE PROBLEM OF APPLYING WI-FI ACCESS POINTS FOR REGISTERING MOTION AT THE SITE IN THE ABSENCE OF A WI-FI MODULE
Authors:
1.
Novosibirsk State Technical University
2.
Novosibirsk State Technical University
3.
Novosibirsk State Technical University
Type:
Article
Pages:
from 73
to 78
Status:
Published
Received:
05.01.2019
Accepted:
25.01.2019
Published:
25.01.2019
Subject area:
VAC 05.12.2013 Системы, сети и устройства телекоммуникаций
VAC 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
VAC 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
VAC 05.13.10 Управление в социальных и экономических системах
VAC 05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
VAC 05.13.19 Методы и системы защиты информации, информационная безопасность
UDK 004.056.53
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 28.01 Общие вопросы кибернетики
GRNTI 49.01 Общие вопросы связи
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 82.01 Общие вопросы организации и управления
VAC 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
VAC 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
VAC 05.13.10 Управление в социальных и экономических системах
VAC 05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
VAC 05.13.19 Методы и системы защиты информации, информационная безопасность
UDK 004.056.53
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 28.01 Общие вопросы кибернетики
GRNTI 49.01 Общие вопросы связи
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 82.01 Общие вопросы организации и управления
Language:
Russian
Keywords:
human motion registration, unauthorized access, Wi-Fi network, Wi-Fi-module, signal level, Wi-Fi-router, received signal
Abstract (English):
The article describes the problem of registration of human movement on the object and protection of the object against unauthorized access. Global Positioning System which is well proven in open field has low precision within the premises. Due to the rapid development of Wi-Fi technology and the need to organize monitoring of human motion in the protected premises, there is being developed a new approach to registering a person on site using Wi-Fi. The problem of registering unauthorized access to the object by means of Wi-Fi radio network has been considered, its strengths and weaknesses have been studied. Most organizations actively use corporative and public Wi-Fi networks and beneficially apply this well-developed infrastructure for detecting the human presence in the premises and determining their position. It has been stated that using Wi-Fi network is more profitable than installing a special access control system. The aim of the research is to develop a human motion registering system at the site protected without using a Wi-Fi-module. There have been presented experiment results of registering human motion by means of the well-developed Wi-Fi infrastructure, the experiments being conducted to analyze changes of a signal level at different positions of a single person or a number of persons in the premises. It has been inferred that the level of Wi-Fi signal changes when a person or a group of persons are present in the room, even if they don’t have a Wi-Fi-module; this fact helps register the human motion in the protected premises.
The article describes the problem of registration of human movement on the object and protection of the object against unauthorized access. Global Positioning System which is well proven in open field has low precision within the premises. Due to the rapid development of Wi-Fi technology and the need to organize monitoring of human motion in the protected premises, there is being developed a new approach to registering a person on site using Wi-Fi. The problem of registering unauthorized access to the object by means of Wi-Fi radio network has been considered, its strengths and weaknesses have been studied. Most organizations actively use corporative and public Wi-Fi networks and beneficially apply this well-developed infrastructure for detecting the human presence in the premises and determining their position. It has been stated that using Wi-Fi network is more profitable than installing a special access control system. The aim of the research is to develop a human motion registering system at the site protected without using a Wi-Fi-module. There have been presented experiment results of registering human motion by means of the well-developed Wi-Fi infrastructure, the experiments being conducted to analyze changes of a signal level at different positions of a single person or a number of persons in the premises. It has been inferred that the level of Wi-Fi signal changes when a person or a group of persons are present in the room, even if they don’t have a Wi-Fi-module; this fact helps register the human motion in the protected premises.
Keywords:
human motion registration, unauthorized access, Wi-Fi network, Wi-Fi-module, signal level, Wi-Fi-router, received signal
human motion registration, unauthorized access, Wi-Fi network, Wi-Fi-module, signal level, Wi-Fi-router, received signal
Одним из самых популярных в настоящее время способов определения координат на открытом пространстве является GPS, но данный способ позиционирования имеет низкую точность внутри здания. Вопрос об охране от несанкционированного доступа и регистрации движения на объекте сохраняет свою актуальность. Во многих зданиях полноценно функционируют корпоративные и общественные Wi-Fi-сети, поэтому организациям экономически выгоднее использовать уже построенную инфраструктуру для регистрации движения и определения местоположения человека. Благодаря быстрому развитию технологии Wi-Fi и потребности организаций в контроле за движением людей в охраняемом помещении вопрос о регистрации движения на объекте с помощью Wi-Fi становится все актуальней, и поэтому появляются разного рода решения данной задачи. В работе [1] мы рассматривали систему Wi-Fi-позиционирования, которая отслеживает местоположение устройства с Wi-Fi-адаптером. Для реализации данной системы регистрации движения существует много алгоритмов [2], но данные подходы имеют недостаток - у человека должен быть при себе смартфон, планшет или другое устройство, имеющее Wi-Fi-модуль. В данной статье будет рассмотрен подход, при котором возможна регистрация движения в помещении при отсутствии у человека устройства с Wi-Fi-адаптером. Подход основан на определении изменения уровня принимаемого сигнала беспроводной сети при наличии объекта (человека) в помещении. Для этого необходимо определять в реальном времени уровень сигнала на передающих устройствах и зависимость уровня принимаемого сигнала от наличия объекта в помещении. Информацию о возникновении движения на объекте будет регистрировать ЭВМ с установленным на нее программным обеспечением, полученные данные от Wi-Fi-роутера обрабатываются ЭВМ и выводятся на монитор. Теоретический аспект В зависимости от масштабов зон обслуживания системы позиционирования подразделяются на [3]: - глобальные; - региональные; - зональные; - локальные. Глобальные системы эффективны на открытом пространстве, такие системы имеют низкую точность внутри помещений. Средствами, способными обеспечить решение задач локального мониторинга, могут быть [4]: - сети микросотовой связи DECT; - системы цифровой подвижной транкинговой радиосвязи в сочетании с радиозаклад-ками-«маяками»; - радиосети Wi-Fi (стандарт IEEE 802.11a/g/n); - радиосети Bluetooth (стандарт IEEE 802.15.1); - радиосети ZigBee (стандарт IEEE 802.15.4); - радиосети nanoLOC (стандарт IEEE 802.15.4a); - радиосети, использующие технологии и протоколы, адаптированные для измерения расстояний (ISO24730-2, CSS/ISO24730-5, NFER, UWB), либо оригинальные. Во многих зданиях полноценно функционируют корпоративные и общественные Wi-Fi-cети, поэтому организациям выгодно использовать уже настроенную инфраструктуру для определения наличия человека в помещении и его местоположения. Поэтому в данной работе будет использоваться подход регистрации человека средствами радиосети Wi-Fi. Радиус действия Wi-Fi сигнала зависит от чувствительности приемника и мощности передатчика. Уверенный прием будет осуществляться на расстоянии 50 м для типичных роутеров в закрытом пространстве. Так как у нарушителя может не быть устройства с Wi-Fi-адаптером, будет предложен метод регистрации несанкционированного доступа при отсутствии у нарушителя смартфона. В качестве оцениваемого параметра взят уровень принимаемого сигнала. Для регистрации движения необходимо установить на предприятии несколько Wi-Fi-роутеров, некоторые роутеры можно заменить на ретрансляторы Wi-Fi-сигнала. Одно устройство передает, другое принимает сигнал и регистрирует его мощность, после чего уровень принятого сигнала будет передаваться на сервер, который сравнивает полученный уровень с допустимым. Радикальное влияние на характер принимаемого сигнала оказывают волновые эффекты, возникающие при многократных переотражениях сигнала от препятствий. В результате интерференции в точке приема может быть зафиксирован сигнал большей или меньшей мощности. Поскольку препятствиями, кроме перегородок, могут служить и движущиеся объекты (люди, двери и т. д.), то распределение сигнала является функцией не только координаты, но и времени [5]. Данное явление можно использовать для регистрации движения на объекте в ночное время, когда в здании не должно быть людей. Предлагается размещать на предприятиях контрольно-измерительные устройства в местах наиболее возможного проникновения, таких как входы и особо важные помещения. На первом этапе можно установить на объекте устройства, способные осуществлять измерение уровня сигнала и передачу данных для их обработки, например обычные антенны, информация с которых будет поступать на анализатор спектра или Wi-Fi-роутер. Далее необходимо измерить допустимые уровни сигнала на каждом приемнике от Wi-Fi-роутеров, размещенных на территории охраняемого объекта. При пересечении человеком прямой между передатчиком и приемником уровень принимаемого сигнала снижается за счет частичного поглощения излучения телом человека. Результаты экспериментов Для измерения уровня сигнала мы использовали анализатор спектра SPECTRUM ANALYZER NS-30А. В качестве приемника использовали дипольную антенну Е-3000. Анализатор спектра был настроен на 11 канал, на котором работал роутер. Центральная частота данного канала 2,462 ГГц. Был измерен уровень сигнала от Wi-Fi-роутера в помещении при отсутствии, а затем при наличии человека в комнате. В первом эксперименте измерялся уровень сигнала при появлении между приемным и передающим устройствами одного человека (рис. 1). Рис. 1. Спектры сигналов от Wi-Fi-роутера при отсутствии (черный) и при наличии (серый) человека в помещении При появлении между приемным и передающим устройствами человека уровень принимаемого сигнала уменьшился. Согласно полученным результатам на центральной частоте 2,462 ГГц уровни сигнала различаются примерно на 7,8 дБмкВ. Далее объект располагался в различных местах между приемным и передающим устройствами, результаты изменений оказались идентичными. После этого измерения проводились при появлении между приемным и передающим устройствами трех человек, данное условие незначительно повлияло на изменение уровня принимаемого сигнала. Следующий эксперимент был проведен с большой группой людей (15 человек), в результате уровень сигнала изменился на 7,8 дБмкВ в противоположную сторону (рис. 2). Рис. 2. Спектры сигналов от Wi-Fi-роутера при отсутствии (черный) и при наличии (серый) большого количества людей в помещении Выводы После проведения ряда экспериментов по определению наличия человека в помещении определили следующее: - при появлении человека между приемным и передающим устройствами сигнал приходит на принимающее устройство с меньшим уровнем, чем при отсутствии объекта в помещении, примерно на 7,8 дБмкВ на центральной частоте 2,462 ГГц. Данное условие позволяет регистрировать появление человека в комнате, но определить точное количество и местоположение объектов, используя стандартные устройства, не представляется возможным; - в отличие от метода, регистрирующего движение человека по устройству с Wi-Fi-модулем, который был рассмотрен в работе [1], предлагаемый подход имеет свои недостатки, т. к. с его помощью нельзя регистрировать точное положение человека, кроме того, на уровень сигнала могут повлиять препятствия, что следует из опыта с группой людей, где разница уровней сигналов значительно меньше. Однако он имеет преимущество - возможность регистрации движения при отсутствии у человека устройства с Wi-Fi-модулем; - основываясь на результатах проведенных экспериментов можно сделать вывод, что уровень Wi-Fi-сигнала изменяется при появлении в помещении человека. Эти изменения не позволят определить точное местоположение человека, но зарегистрировать движение в охраняемом помещении возможно, также возможно зафиксировать большую группу людей. Дальнейшая работа будет направлена на анализ возможности комбинирования подходов регистрации движения при наличии и отсутствии устройства с Wi-Fi-модулем с наименьшими затратами для потребителя.
1. Reva I. L., Bogdanov A. A., Malahova E. A. Primenenie tochek dostupa Wi-Fi dlya registracii dvizheniya na ob'ekte // Nauch. vestn. Novosib. gos. tehn. un-ta. 2017. № 3 (68). S. 104-125.
2. Volkov A. N., Sivers M. A., Suhov V. A. Pozicionirovanie v setyah Wi-Fi // Vestn. svyazi. 2010. № 11. S. 28-33.
3. Zayceva A. A., Onufrieva T. A. Algoritmy lokal'nogo pozicionirovaniya ob'ektov // Vestn. Kaluzh. un-ta. 2017. № 2 (35). S. 56-58.
4. Ovchinnikov S. Sistemy pozicionirovaniya i monitoringa // Tehnologii i sredstva svyazi. 2014. № 2. S. 18-22.
5. Kanat'ev D. M. Svoystva i optimizaciya raboty Wi-Fi seti // Ekonomika i socium. 2016. № 2 (23). S. 838-849.
