2024年智慧园区WLAN通感一体发展及应用白皮书世界无线局域网应用发展联盟

智慧园区WLAN通感一体发展及应用 C版OP权YR声IGH明TNOTICE 本白皮书版权属于世界无线局域网应用发展联盟（WAAWLANApplicationAlliance），并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明“来源自世界无线局域网应用发展联盟 （WAAWLANApplicationAlliance）”。违反上述声明者，世界无线局域网应用发展联盟将追究其相关法律责任。 D免IS责CLA声IM明ERS 本文档可能含有预测信息，包括但不限于有关未来的新技术、新业务、新产品等信息。由于实践中存在很多不确定因素，可能导致实际结果与预测信息有很大的差别。因此，本白皮书信息仅供参考，不构成任何要约或承诺，WAA及参与编写单位不对您在本文档基础上做出的任何行为承担责任，也可能不经通知修改上述信息，恕不另行通知。 主要编写单位有： 中国联合网络通信集团有限公司北京邮电大学 华为技术有限公司思博伦通信公司 深圳市朗力半导体有限公司杭州永谐科技有限公司 海思技术有限公司湖北大学 北京京东世纪贸易有限公司上海源控自动化技术有限公司 中国建筑上海设计研究院有限公司 华建集团华东建筑设计研究院有限公司 南京市建筑设计研究院有限公司浙江大学设计研究院有限公司北明软件有限公司 北京中软国际信息技术有限公司广东飞企互联科技股份有限公司北京华胜天成科技股份有限公司 软通动力信息技术（集团）股份有限公司万洲嘉智信息科技有限公司 主要撰写人员名单： 沈程、孙越、孙莉、周琳、邓海洋、蒋胜、徐方鑫、曾华清、汪小波、许可、陈昊、何霁、赵少奇、牛琨、刘嵩、陈永兴、姜涛、白小飞、孙胜柏、张琦、陈正、牛乐、王东、王玉峰、曾维微、李海军、赵永平、武良、邢现飞、林森、陈杰甫、郭安、李平、管清宝、田智、袁一峰、李思豪、田力、喻勋勋、芮晓勇、时速、孙成瑞、郭万州、胡秀敏、朱慧章、袁亚儒、王吉鹏、黄敏、张军、张磊、刘立波、阮冠春、范大卫、苗甫、季晨荷、王海蛟、吕城城、郑正中、熊志成、吴军等 在当今数字化飞速发展的时代，无线通信技术已成为连接人与人、人与物、物与物的关键纽带，深刻地改变了我们的生活和社会。与此同时，感知技术作为获取环境信息和实现智能化交互的重要锚点，也日益受到广泛关注。 WLAN通感一体打破传统无线通信和感知系统之间的界限，实现通信与感知功能的深度融合与协同。通过利用WLAN信号在传输数据的同时，对周围环境进行感知和监测，不仅能够提升无线通信系统的性能和效率，还能为各种智能应用提供更加丰富、准确的感知信息，从而为人们创造更加便捷、智能、安全的生活环境。 WLAN通感一体具备广泛的应用场景，涵盖了智能办公、医疗康养、智慧校园、智慧酒店等多个领域。不同的应用场景对WLAN通感一体技术有着不同的需求。智慧园区WLAN通感一体发展及应用白皮书深入探讨了WLAN通感一体技术在园区的应用场景和潜在价值，为产业界提供了宝贵的参考。 在探索通感一体的征程中，我们将面临诸多技术和场景的难题和挑战，需要学术界、产业界以及标准化组织的共同努力和紧密合作，共同在新的联接及智能的赛道上创新探索，为人类社会的进步和发展做出重要贡献。 世界无线局域网应用发展联盟（WAA）秘书长杨涛 当前AI深度赋能全球园区业务数字化，传统园区正加速向智慧园区迈进，遵循马斯洛模型定义依次从“安全可控”、“体验至简”到“管理高效”加速满足人与社会的发展诉求。 园区网络作为园区的信息高速公路，其核心使命已不限于作为园区数据交换的载体，更需要感知并唤醒更多的传统哑终端，与其他感知技术深度结合形成一个综合的感知系统，以支持更加精准和高效的智能决策，为构造AICampus奠定坚实基础。 IEEE（电气电子工程师学会）在802.11bf中明确定义基于WLAN（无线局域网络）通感一体产业演进方向，通过具备WLAN感知能力的站点（STA）接收的无线信号来确定特定环境中目标特征的技术，进一步通过无线局域网络与园区数字平台等深度组合，实现对园区内环境和设备的实时监控、智能分析和快速响应，为智慧园区的建设和发展提供了强有力的技术支撑。 WLAN作为园区的泛在感知载体其商用优势凸现在两大方面： 1、广泛存在与成本优势：疫情后全球广泛接受移动分布式办公、业务上云等作业方式，WLAN将持续成为园区中最广泛覆盖的信息系统，其作为感知末梢对物理世界进行数字化收集、处理和分析天然具有极大的相对优势。 2、隐私保护与数据安全：我们身处的数字时代中隐私保护和数据安全重要性日益凸显，传统视觉感知与WLAN等技术的融合感知可以在有效保护隐私安全和信息安全的前提下更加有效的做到低成本覆盖和多维精准判断。 我们非常兴奋的看到，WLAN通感一体正在蓬勃发展。华为园区军团愿与产业界一起紧密合作，提供更好的技术支持，使能更多的伙伴，繁荣应用生态，创造更大的社会价值。在可预见的未来，我们相信WLAN通感一体成为连接人与人、人与物、物与物的关键纽带，联同其他各类感知技术共同作为智慧园区的神经末梢，支撑智能决策，加速AICampus的到来！ 华为园区军团CEO何霁 世界无线局域网应用发展联盟（WorldWLANApplicationAlliance，WAA）是在中国民政部注册成立的、专注于无线局域网产业发展的国际组织。WAA以“为数字世界提供最佳体验的无线局域网络”为愿景，携手全球产业伙伴共同推动WLAN产业蓬勃发展。 WLAN应用已经深入家庭、办公、教育、生产、物流等多种场景，关乎国计民生，是数字经济的关键基础设施。伴随着WLAN技术的进步和业务场景的不断丰富，深入分析不同场景的业务需求、建网标准，以进一步提升网络质量和用户体验成了业界需要解决的问题。 本白皮书分析了WLAN在企业各种应用场景中的场景特征、业务需求，以及WLAN技术最新的发展趋势，对WLAN在企业场景的中建网和使用提供参考。 本文档的目标读者主要是企业应用各场景中WLAN网络的使用者、WLAN网络的建设者和企业应用各场景WLAN网络的维护者。 版权声明01 免责声明01 参与编写单位02 主要撰稿人03 01 序言04 前言06 第1章WLAN通感一体技术发展趋势09 1.1WLAN通感一体概述 02 1.2WLAN通感技术演进 1.3WLAN通感标准发展 第2章WLAN通感一体在园区的广泛应用18 2.1建筑绿色节能 2.2智能会议管理 2.3智慧医疗康养 2.4校园宿舍管理 2.5酒店客房管理 03 2.6商超客流分析2.7工业安全管理 第3章WLAN通感一体产业发展倡议35 3.1加快标准制定 3.2加快产业应用 3.3启动测试认证 图表1图表2图表3图表4图表5图表6图表7图表8图表9图表10图表11图表12图表13图表14图表15图表16图表17图表18图表19图表20 无线信号传播的多径效应图10 双站和单站感知示意图11 无线信号传播模型11 菲涅尔区示意图12 单站、双站测距示意图13 Wi-Fi感知应用场景及产业化进度14 融合成像结果图15 基于AI机器学习的处理过程图15 园区能效管理平台20 能效效果图20 会议室预订情况表21 智能会议管理平台22 医疗康养解决方案示意图24 监测效果图25 无人看护解决方案27 校园管理系统29 酒店管理系统31 商超客流分析32 商超客流热力图33 厂区人员分布可视化34 WLAN通感一体技术发展趋势 1.1 WLAN通感一体概述 Wi-Fi7作为下一代园区无线网络中的主流技术将会承载海量的新型应用，这些新兴应用不仅需要高品质无线连接，而且需要高精度、高可靠的感知功能。 不容置疑，无线感知和无线通信系统都会朝着更高频段、更大天线阵列和小型化发展，因此在硬件架构、信道特点和信号处理方面日益趋同，这种趋势为使用无线基础设施实现感知功能提供了千载难逢的机会。未来无线网络将打破传统通信服务边界，提供无处不在的感知服务，实现周围环境的测量和成像。这种感知能力以及支撑环境感知数据收集的网络能力被公认为是未来智能世界中学习和打造智能化的使能因素，并可能会在各种定位以及环境感知场景中大有作为。为实现这一目的，迫切需要联合设计无线网络中的感知和通信，这也激发了最近比较热门的通感一体化这一研究主题。 在通感一体的研究中与WLAN感知关系紧密的技术是以通信为中心的，旨在基于现有甚至商用的通信波形 /系统上实施感知功能。这类通感一体策略将在Wi-Fi7中发挥重要作用， 1.2 WLAN通感技术演进 1.2.1感知理论模型 传统意义的WLAN是一种无线通信技术，也就是通过调制电磁波来承载业务数据，实现收发两端设备的信息交互。根据无线信号传播特性，发送天线辐射的电磁波信号，一方面可以通过直射路径到达接收天线，另一方面也可以经过周围环境的反射达到接收天线（如墙体、人体、家具等）。最终达到接收天线的电磁波信号是直射径信号和众多反射径信号的叠加，这也称为为无线信号传播的多径效应。 图表1无线信号传播的多径效应图 图表2双站和单站感知示意图 WLAN感知基于电磁波的传播特性，通过探测环境动态变化对无线信号的影响，赋予了WLAN设备对周围环境的感知能力。以对人的活动感知为例，日常行为的肢体活动将引起电磁波传播路径的改变。通过分析接收信号的动态变化，我们可以完成诸如人员存在、行为的识别，甚至可以实现对呼吸、心跳这种微弱波动的测量。从形态上看，WLAN感知又分为双站感知和单站感知。双站感知是指共有两个设备参与感知，分别用于WLAN信号发送和信号接收；单站感知则只使用同一个设备同时完成WLAN信号的收发。 我们可以通过无线信号传播的数学模型，进一步阐述WLAN感知背后的机理。以最简单的只有一条直射径和一条动态反射径的场景为例（上图场景所示）。假设直射径幅值为A0,传播时延为d0；动态径幅值为A1，传播时延为d1(t)，由于反射物体（人体）的移动，传播时延d1(t)在动态变化。如下图所示，t时刻在频点f的信道响应H(f,t)为静态径和动态径在复数域相加的结果。最终合成的信道响应幅值|H(f,t)|与两者相位差相关。如果两者相位差为(-π/2,π/2)时,则静态径与动态径叠加后幅值增强；若两者相差为(π/2,3π/2)时，则两者幅值减弱。这样，信道响应幅值在动态环境下随d1(t)呈现周期性相长相消的关系。 图表3无线信号传播模型 我们可以进一步分析，当动态径波程发生半个波长的变化，就可以引起|H(f,t)|峰值到谷值（或谷值到峰值的变化）的改变。具体的，我们以WLAN5GHz频段36信道为例，其中心频点为5.18GHz,波长约为5.7cm，这就意味着动态径的波程变化了2.85cm即可引起CSI(ChannelStateInformation)的显著变化。 上述现象也可以用菲涅尔区解释，菲涅尔区定义为以收发设备为圆心的一簇椭圆，第n层的菲涅尔区边界满足如下等式， Qn为第n层椭圆上的点，T、R分别表示发射机与接收机。第n-1层椭圆到第n层椭圆之间的区域称为第n菲涅尔区。相邻菲涅尔区边界发射天线到接收天线的波程差为半波长。考虑到无线信号在经过反射时，相位额外旋转，因此在偶数菲涅尔区边界产生最大的信号减弱，在奇数菲 涅尔区边界产生最大的信号增强。图表4菲涅尔区示意图 在WLAN感知场景，反射物在覆盖区域内运动时，根据其实时位置的差异，接收机可以观测到信号的起伏。换而言之，我们可以感知到载波波长量级的微小波动（厘米级），这为我们WLAN高精度感知奠定了基础。 基于CSI的WLAN感知虽然具备理论可行性，但是实际应用中也面临众多困难。首先，WLAN感知大部分场景依赖对动态反射径的感知，其信号强度十分微弱，如何提取如此微小的变化是十分挑战的。另外，实际WLAN接收机获取的CSI是包含大量非理想因素的（同步、通道的影响等），只有消除这些非理想因素的扰动，才能够从CSI中获取真正动态环境信息。 1.2.2信号处理技术 图表5单站、双站测距示意图