Detecție mobilă: Localizare WiFi în interior

Introducere

În ultimii ani, problema locației a devenit din ce în ce mai importantă. Serviciile precum Google Maps au făcut ușoară navigarea și localizarea punctelor specifice oriunde în lume folosind sateliți. Deoarece aceste sisteme funcționează deja precis în exterior, următorul pas este aplicarea unei tehnologii similare în interiorul clădirilor, cum ar fi muzee sau centre comerciale. Sistemele analoge pot ghida oamenii către locuri de interes, cum ar fi o operă de artă într-un muzeu, sau oferi conținut bazat pe locație, cum ar fi reclame atunci când treci pe lângă un magazin într-un centru comercial. Cu toate acestea, în medii închise, precizia sateliților este scăzută, ceea ce face necesară recurgerea la alte tehnologii pentru o poziționare eficientă.

Indoor Location Technology

Serviciile bazate pe locație interioară au generat un mare interes datorită semnificației lor sociale și monetare, cu o valoare de piață proiectată de 10 miliarde de dolari până în 2020. Datorită ineficienței GPS în mediile interioare, sunt necesare tehnologii alternative precum WiFi sau Bluetooth. Beacoanele trimit întotdeauna un semnal care poate fi recepționat de alte dispozitive compatibile cu BLE. Acestea sunt bune pentru sistemele de poziționare deoarece sunt ieftine, consumă mai puțină energie și sunt ușor de configurat. Cu toate acestea, aplicațiile existente ale diferitelor algoritmi de urmărire interioară folosind tehnologii wireless sunt adesea imprecise. Algoritmii bazati pe măsurători RSSI în rețelele WiFi sunt de obicei impreciși din cauza variației mari a semnalului măsurat în fiecare moment. Deși multe aspecte ale WiFi se îmbunătățesc, precizia mai are un drum lung de parcurs. 

Wireless Communications

În comunicațiile wireless, mediul pentru trimiterea informațiilor este întotdeauna împărtășit. Aceasta este o mare diferență față de tehnologiile cablate. Pentru a evita suprapunerea benzilor de frecvență și interferențele, trebuie să existe reguli stricte despre modul în care este utilizat spațiul. Protocoalele de comunicare folosite de fiecare dispozitiv participant sunt responsabile pentru coordonarea accesului la mediu. Eficacitatea unei rețele wireless depinde de mai mulți factori, inclusiv numărul de calculatoare care împart rețeaua, condițiile de mediu, interferențele electromagnetice, obstacolele și latența.

Ratele maxime de transmisie a datelor nu reprezintă niciodată rata maximă de transmisie a datelor „utile”, deoarece o parte a cadrului este ocupată de informații despre controlul accesului la mediu, controlul fluxului, criptare etc. Rata reală de transfer de date este întotdeauna sub ceea ce este definit în standarde. Deoarece rețelele wireless sunt difuzate prin aer, securitatea devine un factor critic, necesitând autentificare și criptare a datelor pentru a preveni accesul neautorizat.

WiFi Indoor Localization

WiFi, care vine de la Wireless Fidelity, s-a născut din necesitatea de a stabili un mecanism de conexiune fără fir care să fie compatibil între diferite dispozitive. Cu alte cuvinte, Wi-Fi este o tehnologie fără fir care permite utilizatorilor să se conecteze fără fir între ei prin intermediul dispozitivelor cunoscute sub numele de Access Points (AP) sau hotspot-uri. Acesta funcționează în general pe frecvențele de 2,4 GHz și 5 GHz și a fost standardizat de către Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). De-a lungul anilor, au fost dezvoltate numeroase standarde de protocol WiFi, îmbunătățind mai multe aspecte ale predecesorilor săi.

The Evolution of Wi-Fi Technology

Primul standard oficial a fost 802.11b, urmat de 802.11a, 802.11g, 802.11n și 802.11ac. Versiunile b și g funcționează în banda de 2,4 GHz și sunt cele mai utilizate. În 2019, 802.11ax (numit Wi-Fi 6) a fost lansat, care se estimează că are de patru ori performanța lui 802.11ac. În timp ce rețelele de 5 GHz ating viteze mai mari decât 2,4 GHz, ele sunt mai puțin eficiente în traversarea obstacolelor cum ar fi pereții și mobilele, rezultând într-un interval de acoperire mai mic. O rețea Wi-Fi medie are o rază de acțiune de 300 de metri în aer liber sau 150 de metri în interior.

Principalul beneficiu al utilizării rețelelor Wi-Fi pentru poziționare este că infrastructura este deja prezentă în clădiri. Datorită creșterii rapide a rețelelor wireless pentru uz casnic și de afaceri, este comun să găsești mai mult de un punct de acces Wi-Fi într-o clădire. Aceste puncte de acces pot fi instalate independent sau pot proveni de la alte locuri din apropiere. Pe de altă parte, cea mai mare problemă este că protocolul 802.11 nu a fost creat pentru a fi utilizat în acest fel. De fiecare dată când doriți să vă aflați locația, trebuie să trimiteți mesaje către toate punctele de acces Wi-Fi pentru a solicita informațiile corecte, ceea ce încetinește rețeaua. La rândul său, se poate întâmpla ca unele puncte de acces care aparțin unei terțe părți să blocheze astfel de solicitări.

Standardele wireless IEEE 802.11 folosesc un protocol de acces la mediu numit CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Numele său este similar cu cel utilizat în rețelele Ethernet cablate (CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), dar funcționarea sa este diferită. În cazul wireless, CA se referă la evitarea coliziunilor, în timp ce în Ethernet este vorba despre detectarea coliziunilor. Rețelele Wi-Fi sunt half-duplex, ceea ce înseamnă că dispozitivele nu pot transmite și primi în același timp pe același canal radio. Un dispozitiv nu poate „asculta” în același timp în care transmite, astfel încât nu poate detecta coliziuni. Din această cauză, experții IEEE au folosit un mecanism de evitare a coliziunilor pe care l-au numit DCF (Distributed Control Function).

WiFi Network Security

Deoarece mediul de transmisie este aerul, care este în mod natural accesibil pentru orice dispozitiv, este esențial să se asigure că accesul la rețea este restricționat la dispozitivele autorizate. Pentru a realiza acest lucru, standardul 802.11i definește diferite sisteme, cum ar fi WEP, WPA și WPA2, în care dispozitivele folosesc chei pentru autentificare. Punctele de acces transmit periodic un anunț care conține SSID (Service Set Identifier), permițând utilizatorilor să identifice punctul de acces corect și să se conecteze la acesta. Procesul de conectare începe cu o procedură de autentificare, pentru care este generată o cheie. Rețelele WiFi au trei tipuri de autentificare.

1. Cheie de Confidențialitate Echivalentă Cablului (WEP):

The goal of this security system is to make wireless networks as secure as wired ones. Unfortunately, it was quickly compromised, and its use is not currently recommended. At the start of the authentication process, the client device sends an unencrypted text message, which the AP encrypts using a shared key and returns to the client. The keys are usually 128 or 256 bits. The main problem with WEP is key management. Generally, keys are distributed manually or through another secure route. WEP uses shared keys, meaning it uses the same key for all clients, so if the key is discovered, all users are at risk. To obtain the key, it is only necessary to listen until obtaining the return of the authentication frames. Using WEP is better than nothing; when there is nothing better, it is advisable to use it. A good recommendation is to use security in the upper layers, such as SSL, TSL encryption, etc.

2. Acces Protejat Wi-Fi (WPA)

Pentru a depăși vulnerabilitățile de securitate ale WEP, a fost dezvoltat WPA. Acest sistem a fost proiectat sub egida WiFi Alliance și a folosit o parte a standardului 802.11i, care a fost ulterior actualizat pentru a înlocui WEP. Unul dintre elementele cheie ale WPA este TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), care face parte din standardul 802.11i și funcționează prin generarea de chei dinamice. WPA poate folosi opțional AES-CCMP (Advanced Encryption Standard – Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol) ca înlocuitor pentru TKIP.

3. WPA2/WPAv2:

Este în prezent cea mai bună tehnică disponibilă pentru a securiza o rețea WiFi. Utilizează AES-CCMP obligatoriu și este folosită în toate dispozitivele fabricate astăzi.

Standarde

Avem în prezent acces la diverse rețele wireless care ne oferă conectivitate la multiplele dispozitive pe care le utilizăm zilnic. Diferite standarde de comunicare folosite în mod obișnuit se regăsesc sub denumirea „WiFi”, inclusiv:

802.11a: o rețea wireless cu un purtător în banda ISM de 5 GHz și o viteză de transfer de date de până la 54 Mbps.

- 802.11b: a wireless network with a carrier in the 2.4 GHz ISM band and a data transfer rate of up to 11 Mbps.

• 802.11g: o rețea wireless cu un purtător în banda ISM de 2,4 GHz și o rată de transfer de date de până la 54 Mbps.

• 802.11i: autentificare și criptare.

• 802.11n: o rețea wireless cu un purtător în banda ISM de 2,4 GHz și 5 GHz, cu viteze de transfer de date de până la 600 Mbps.

• 802.11ac: o rețea wireless cu un purtător sub 6 GHz, cu rate de transfer de date de cel puțin 1 Gbps în operațiune multi-stație și 500 Mbps într-o singură legătură.

Concluzia

Menținerea securității rețelei tale WiFi este ca și cum ai ține ușa de la intrare încuiată—nu ai vrea ca oricine să intre, nu-i așa? Deși Wired-Equivalent Privacy (WEP) a fost odată o opțiune pentru securizarea rețelei tale, acum este depășită și are vulnerabilități cunoscute. Wi-Fi Protected Access (WPA) și succesorul său, WPA2/WPAv2, sunt măsuri de securitate mult mai eficiente. Diferitele standarde de comunicații WiFi oferă diverse viteze de transfer de date și frecvențe, așa că este important să alegi standardul potrivit pentru nevoile tale. Luând aceste măsuri, poți menține rețeaua WiFi în siguranță fără a sacrifica comoditatea conectivității wireless.