การตรวจจับผ่านมือถือ: การระบุตำแหน่งภายในอาคารด้วย WiFi

บทนำ

ในปีที่ผ่านมา ปัญหาของตำแหน่งที่ตั้งได้มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ บริการต่างๆ เช่น Google Maps ทำให้การนำทางและระบุจุดที่เฉพาะเจาะจงได้ง่ายขึ้นโดยใช้ดาวเทียม เนื่องจากระบบเหล่านี้ทำงานได้อย่างแม่นยำอยู่แล้วในที่กลางแจ้ง ขั้นตอนต่อไปคือการนำเทคโนโลยีที่คล้ายกันมาใช้ภายในอาคาร เช่น พิพิธภัณฑ์หรือศูนย์การค้า ระบบแอนะล็อกสามารถนำทางผู้คนไปยังสถานที่ที่น่าสนใจ เช่น งานศิลปะในพิพิธภัณฑ์ หรือเสนอเนื้อหาตามตำแหน่งที่ตั้ง เช่น การโฆษณาเมื่อเดินผ่านร้านค้าในศูนย์การค้า อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมปิด ความแม่นยำของดาวเทียมต่ำ ทำให้จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีอื่นๆ เพื่อการระบุตำแหน่งที่มีประสิทธิภาพ

Indoor Location Technology

บริการตามตำแหน่งภายในอาคารได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากความสำคัญทางสังคมและการเงิน โดยมีมูลค่าตลาดคาดการณ์ไว้ที่ 10 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2020 เนื่องจากการทำงานที่ไม่ประสิทธิภาพของ GPS ในสภาพแวดล้อมภายในอาคาร จึงจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีทางเลือกเช่น WiFi หรือ Bluetooth บีคอนจะส่งสัญญาณออกไปตลอดเวลาซึ่งสามารถรับได้โดยอุปกรณ์อื่นที่เข้ากันได้กับ BLE พวกมันเหมาะสำหรับระบบกำหนดตำแหน่งเพราะราคาถูก ใช้พลังงานน้อย และตั้งค่าได้ง่าย อย่างไรก็ตาม การใช้งานที่มีอยู่ของอัลกอริธึมติดตามภายในอาคารที่ใช้เทคโนโลยีไร้สายมักมีความไม่แม่นยำ อัลกอริธึมที่ใช้การวัด RSSI ในเครือข่าย WiFi มักไม่แม่นยำเนื่องจากความแปรปรวนของสัญญาณที่วัดได้ในแต่ละช่วงเวลา แม้ว่าหลายแง่มุมของ WiFi จะดีขึ้น แต่ความแม่นยำยังมีหนทางอีกยาวไกล 

Wireless Communications

ในการสื่อสารแบบไร้สาย สื่อสำหรับการส่งข้อมูลจะถูกใช้งานร่วมกันเสมอ นี่เป็นข้อแตกต่างที่ใหญ่จากเทคโนโลยีแบบใช้สาย เพื่อหลีกเลี่ยงการทับซ้อนของแถบความถี่และการรบกวน ต้องมีกฎเกณฑ์ที่เข้มงวดเกี่ยวกับการใช้พื้นที่ โปรโตคอลการสื่อสารที่ใช้โดยอุปกรณ์แต่ละตัวที่เข้าร่วมมีหน้าที่ในการประสานการเข้าถึงสื่อ ประสิทธิภาพของเครือข่ายไร้สายขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงจำนวนคอมพิวเตอร์ที่แบ่งปันเครือข่าย สภาพแวดล้อม การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า อุปสรรค และความล่าช้า

อัตราการส่งข้อมูลสูงสุดไม่เคยแสดงถึงอัตราการส่งข้อมูล "ที่มีประโยชน์" สูงสุด เนื่องจากส่วนหนึ่งของเฟรมถูกใช้ไปกับข้อมูลเกี่ยวกับการควบคุมการเข้าถึงสื่อ การควบคุมการไหล การเข้ารหัส ฯลฯ อัตราการถ่ายโอนข้อมูลจริงจะต่ำกว่าที่กำหนดไว้ในมาตรฐานเสมอ เนื่องจากเครือข่ายไร้สายถูกส่งผ่านทางอากาศ ความปลอดภัยจึงกลายเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องมีการตรวจสอบสิทธิ์และการเข้ารหัสข้อมูลเพื่อป้องกันการเข้าถึงที่ไม่ได้รับอนุญาต

WiFi Indoor Localization

WiFi ซึ่งย่อมาจาก Wireless Fidelity เกิดขึ้นจากความต้องการในการสร้างกลไกการเชื่อมต่อแบบไร้สายที่เข้ากันได้ระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ อีกนัยหนึ่ง Wi-Fi เป็นเทคโนโลยีไร้สายที่ช่วยให้ผู้ใช้สามารถเชื่อมต่อแบบไร้สายถึงกันผ่านอุปกรณ์ที่เรียกว่า Access Points (APs) หรือฮอตสปอต โดยทั่วไปจะทำงานบนความถี่ 2.4 GHz และ 5 GHz และได้รับการกำหนดมาตรฐานโดย Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ตลอดหลายปีที่ผ่านมา มีการพัฒนามาตรฐานโปรโตคอล WiFi จำนวนมาก ซึ่งช่วยปรับปรุงหลาย ๆ ด้านของรุ่นก่อนหน้า

The Evolution of Wi-Fi Technology

มาตรฐานแรกอย่างเป็นทางการคือ 802.11b ตามด้วย 802.11a, 802.11g, 802.11n และ 802.11ac เวอร์ชัน b และ g ทำงานในย่านความถี่ 2.4 GHz และเป็นที่นิยมใช้มากที่สุด ในปี 2019 802.11ax (เรียกว่า Wi-Fi 6) ได้เปิดตัว ซึ่งคาดว่าจะมีประสิทธิภาพเป็นสี่เท่าของ 802.11ac ในขณะที่เครือข่าย 5GHz ทำความเร็วได้เร็วกว่า 2.4 GHz แต่ก็มีประสิทธิภาพน้อยกว่าในการผ่านสิ่งกีดขวางเช่นผนังและเฟอร์นิเจอร์ ส่งผลให้ระยะครอบคลุมน้อยลง โดยเฉลี่ยแล้วเครือข่าย Wi-Fi มีระยะ 300 ฟุตในที่กลางแจ้งหรือ 150 ฟุตในที่ร่ม

ประโยชน์หลักของการใช้เครือข่าย Wi-Fi สำหรับการกำหนดตำแหน่งคือโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่แล้วในอาคาร เนื่องจากการเติบโตอย่างรวดเร็วของเครือข่ายไร้สายสำหรับการใช้งานในบ้านและธุรกิจ จึงเป็นเรื่องปกติที่จะพบจุดเชื่อมต่อ Wi-Fi มากกว่าหนึ่งจุดในอาคาร จุดเชื่อมต่อเหล่านี้สามารถติดตั้งได้เองหรือมาจากสถานที่อื่นๆ ในบริเวณใกล้เคียง ในทางกลับกัน ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดคือโปรโตคอล 802.11 ไม่ได้ถูกสร้างมาเพื่อใช้ในลักษณะนี้ ทุกครั้งที่คุณต้องการทราบตำแหน่งของคุณ คุณต้องส่งข้อความไปยังจุดเชื่อมต่อ Wi-Fi ทั้งหมดเพื่อขอข้อมูลที่ถูกต้อง ซึ่งทำให้เครือข่ายช้าลง ในทางกลับกัน อาจเกิดขึ้นได้ว่าจุดเชื่อมต่อบางจุดที่屬於บุคคลที่สามจะบล็อกคำขอดังกล่าว

มาตรฐาน IEEE 802.11 สำหรับเครือข่ายไร้สายใช้โปรโตคอลการเข้าถึงสื่อที่เรียกว่า CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) ชื่อของมันคล้ายกับที่ใช้ในเครือข่าย Ethernet แบบมีสาย (CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) แต่การทำงานของมันแตกต่างกัน ในกรณีของเครือข่ายไร้สาย CA หมายถึงการหลีกเลี่ยงการชนกัน ในขณะที่ใน Ethernet จะเป็นการตรวจจับการชนกัน เครือข่าย Wi-Fi เป็นแบบ half-duplex ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์ไม่สามารถส่งและรับข้อมูลในเวลาเดียวกันบนช่องสัญญาณวิทยุเดียวกันได้ อุปกรณ์ไม่สามารถ "ฟัง" ในขณะที่กำลังส่งข้อมูลได้ ดังนั้นจึงไม่สามารถตรวจจับการชนกันได้ ด้วยเหตุนี้ ผู้เชี่ยวชาญ IEEE จึงใช้กลไกการหลีกเลี่ยงการชนกันที่เรียกว่า DCF (Distributed Control Function)

WiFi Network Security

เนื่องจากสื่อกลางการส่งสัญญาณคืออากาศซึ่งอุปกรณ์ใดๆ ก็สามารถเข้าถึงได้โดยธรรมชาติ จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องมั่นใจว่าการเข้าถึงเครือข่ายถูกจำกัดไว้เฉพาะอุปกรณ์ที่ได้รับอนุญาต เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ มาตรฐาน 802.11i ได้กำหนดระบบต่างๆ เช่น WEP, WPA และ WPA2 ซึ่งอุปกรณ์ใช้คีย์สำหรับการตรวจสอบสิทธิ์ Access Points จะส่งสัญญาณโฆษณาเป็นระยะซึ่งมี SSID (Service Set Identifier) ช่วยให้ผู้ใช้สามารถระบุ AP ที่ถูกต้องและเชื่อมต่อกับมันได้ กระบวนการเชื่อมต่อเริ่มต้นด้วยขั้นตอนการตรวจสอบสิทธิ์ซึ่งจะมีการสร้างคีย์ขึ้นมา เครือข่าย WiFi มีการตรวจสอบสิทธิ์สามประเภท

1. กุญแจความเป็นส่วนตัวเทียบเท่าสาย (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. การเข้าถึง Wi-Fi ที่มีการป้องกัน (WPA)

เพื่อแก้ไขช่องโหว่ด้านความปลอดภัยของ WEP จึงมีการพัฒนา WPA ขึ้นมา ระบบนี้ได้รับการออกแบบภายใต้การดูแลของ WiFi Alliance และใช้ส่วนหนึ่งของมาตรฐาน 802.11i ซึ่งต่อมาได้รับการอัปเดตเพื่อแทนที่ WEP หนึ่งในองค์ประกอบหลักของ WPA คือ TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของมาตรฐาน 802.11i และทำงานโดยการสร้างคีย์แบบไดนามิก WPA สามารถเลือกใช้ AES-CCMP (Advanced Encryption Standard – Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol) แทน TKIP ได้

3. WPA2/WPAv2:

มันเป็นเทคนิคที่ดีที่สุดที่มีอยู่ในปัจจุบันเพื่อรักษาความปลอดภัยให้กับเครือข่าย WiFi มันใช้ AES-CCMP ที่บังคับและถูกใช้ในอุปกรณ์ทั้งหมดที่ผลิตในปัจจุบัน

มาตรฐาน

ปัจจุบันเรามีการเข้าถึงเครือข่ายไร้สายต่างๆ ที่ให้การเชื่อมต่อกับอุปกรณ์หลายเครื่องที่เราใช้ในชีวิตประจำวัน มาตรฐานการสื่อสารที่ใช้กันทั่วไปมีชื่อว่า „WiFi” ซึ่งรวมถึง:

802.11a: เครือข่ายไร้สายที่ใช้คลื่นความถี่ 5 GHz ISM และมีความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลสูงสุด 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: เครือข่ายไร้สายที่มีคลื่นพาหะในย่านความถี่ ISM 2.4 GHz และอัตราการถ่ายโอนข้อมูลสูงสุด 54 Mbps

• 802.11i: การตรวจสอบสิทธิ์และการเข้ารหัส

• 802.11n: เครือข่ายไร้สายที่มีตัวนำในย่านความถี่ ISM 2.4 GHz และ 5 GHz ด้วยอัตราการถ่ายโอนข้อมูลสูงสุดถึง 600 Mbps

• 802.11ac: เครือข่ายไร้สายที่มีตัวพาต่ำกว่า 6 GHz โดยมีอัตราการถ่ายโอนข้อมูลอย่างน้อย 1 Gbps ในโหมดการทำงานหลายสถานีและ 500 Mbps ในลิงก์เดียว

สรุป

การรักษาความปลอดภัยเครือข่าย WiFi ของคุณก็เหมือนการล็อคประตูหน้าบ้าน—คุณคงไม่อยากให้ใครเดินเข้ามาได้ง่ายๆ ใช่ไหม? แม้ว่า Wired-Equivalent Privacy (WEP) เคยเป็นตัวเลือกสำหรับการรักษาความปลอดภัยเครือข่ายของคุณ แต่ตอนนี้ล้าสมัยและมีช่องโหว่ที่ทราบอยู่แล้ว Wi-Fi Protected Access (WPA) และรุ่นต่อมา WPA2/WPAv2 เป็นมาตรการรักษาความปลอดภัยที่มีประสิทธิภาพมากกว่า มาตรฐานการสื่อสาร WiFi ที่แตกต่างกันมีอัตราการถ่ายโอนข้อมูลและความถี่ที่หลากหลาย ดังนั้นจึงสำคัญที่จะเลือกให้เหมาะสมกับความต้องการของคุณ ด้วยการดำเนินมาตรการเหล่านี้ คุณสามารถรักษาเครือข่าย WiFi ของคุณให้ปลอดภัยโดยไม่ลดทอนความสะดวกสบายของการเชื่อมต่อแบบไร้สาย