1.本发明涉及一种方法、设备和系统，用于基于检测接收到的射频信号的变化来执行无线网络中的无源无线感测，并且尤其涉及基于分析信道状态信息来执行这种感测。
背景技术：
2.无线网络（诸如wi-fi网络）由使用射频（rf）信号相互通信的几个节点组成。由于诸如墙壁、门以及人体或动物体（当存在时）的对象对rf信号的吸收、反射和散射，在节点之间交换的这种rf信号可能受到影响。近年来，wi-fi设备已经开始使用信道状态信息（csi），csi表示无线信号如何在发射机和接收机之间的无线信道中以特定载波频率沿着多个空间路径传播。因此，csi捕获附近环境的无线特性，这是因为csi的幅度和相位受到多径效应的影响，该多径效应包括无线电信号的幅度衰减和相移。
3.多个csi测量的时间序列捕获无线信号如何在时间、频率和空间域中传播穿过空间；因此，可以对信号进行分析，以实现广泛范围的不同无线感测应用。例如，对于不同的人、活动、姿势等，时域中的csi幅度变化具有不同的图案，这可以用于存在检测、运动检测、活动识别等。
4.分析rf信号可能需要强大的硬件，例如就计算能力和/或存储器而言。当基于csi执行分析时尤其是这种情况，例如当链路具有许多子载波频率时，这可能是很多的。事实上，对于具有多输入多输出正交频分复用（mimo-ofdm）的现代wi-fi网络，csi测量提供了表示幅度衰减和相移随时间变化的三维复值矩阵。
5.因为需要多个节点，所以增加这种无线网络中的节点数量以改善待监控区域的覆盖范围并允许改善感测可能使得这种系统非常昂贵。
技术实现要素：
6.在第一方面中，提供了一种用于在无线网络中执行感测的方法。无线网络包括至少一个第一类型的节点和多个第二类型的节点。至少一个第一类型的节点被布置用于执行与在无线网络中传输的无线信号相关的信道状态信息（csi）的分析。因此，该节点需要特定的硬件（例如一定量的存储器和/或一定量的计算能力）以允许它能够执行该分析。第二类型的节点不同于第一类型的节点。第二类型的节点不需要能够执行csi的分析，尽管这不排除这种节点具有强大的硬件需求，例如用于执行其他功能。
7.该方法包括在多个第二类型的节点之间传输一个或多个无线信号。这些信号可以仅出于执行分析的目的而被传输，然而，这些信号也可以包括节点之间的数据传输，这些数据传输是出于其他目的而被执行的。多个第二类型的节点中的至少一个节点确定与一个或多个无线信号相关的csi。多个第二类型的节点中的至少一个节点然后将所确定的csi的至少一部分传输到至少一个第一类型的节点中的节点。至少一个第一类型的节点中的该节点然后接收所确定的csi的至少一部分，并分析所接收的csi的至少一部分。基于所述分析，确定感测值。
8.第二类型的节点因此能够确定csi（或者，换句话说，提取csi）并且传输（或者，换句话说，转发）csi的至少一部分，并且至少一个第一类型的节点能够处理该接收的csi的至少一部分。这允许在执行感测时使用与在多个第二类型的节点之间传输的信号相关的csi，而不需要这些第二类型的节点自己（能够）执行所述分析。结果是，第二类型的节点可以用于改善无线网络中执行的感测的覆盖范围和/或质量，同时与仅利用第一类型的节点（这可能更昂贵）相比降低了硬件要求。换句话说，系统可以包括位于区域a中的第一类型的节点a和位于区域b中的第二类型的两个节点b1和b2，其中区域a和b不重叠。现有技术示出了节点a可以确定从节点b1发送到节点a的第一信号的csi，并且进一步可选地确定从节点b2发送到节点a的第二信号的csi。节点a可以分析与第一信号和可选的第二信号相关的csi，以确定感测值（例如存在）。因此，基于与在区域b中的（多个）节点到区域a中的节点之间发送的信号相关的csi来确定感测值；因此，对区域a的至少一部分和区域b的至少一部分的组合执行感测。在该示例中，如果执行存在感测，则当人在区域b中移动时，这可以被检测到（假设第一或第二信号受到在区域b中移动的人的影响），然而，如果人在区域a中移动，则这也将触发这种检测（再次假设第一或第二信号受到在区域a中移动的人的影响）。进一步，区域b的覆盖范围可能不是最佳的。
9.继续该示例，作为如上所述传输第一信号和可选的第二信号的替代或补充，本发明所提供的是，在区域b中的节点之间（例如从b1到b2）传输一个或多个第三信号，并且在该示例中由b2基于其已经从b1接收的信号来确定这一个或多个第三信号的csi。然后，与这一个或多个第三信号相关的所确定的csi（或其一部分）从已经确定它的节点（在该示例中为节点b2）发送到节点a。然后，节点a可以处理它已经接收到的csi（的一部分）。这个csi现在只与在区域b中的节点之间在区域b中发送的（多个）信号相关。在这个示例中，由节点a分析的csi与从节点b1发送到节点b2的信号相关。因此，可以在区域b而不是区域a和b的组合中检测存在，并且可以进一步改善区域b中的感测的覆盖范围。
10.第二类型的节点可以被布置用于压缩数据（例如csi）以在传输期间占用较小的有效载荷，用于在多个先前确定的csi上过滤或去除噪声和/或在多个先前确定的csi上提取特定的次要特征。例如，次要特征可以指示最大/最小幅度/偏差/相移；如果这些最大值/最小值与由第二类型的节点接收的先前值没有显著不同，则该节点可以简单地避免处理csi，并将其计算资源用于其他目的。在第二类型的节点处执行的预处理的水平和/或类型可以基于其计算能力、其电池功率水平、功耗、其存储器使用、其正在执行的任何另外的功能等来确定，以及基于至少一个第一类型的节点的计算能力来确定。进一步，正在执行的感测的类型（例如，需要最大检测迟延）、无线网络的状态等可以确定执行预处理的程度。
11.在一个实施例中，该方法还包括在至少一个第一类型的节点中的该节点和多个第二类型的节点中的一个或多个节点之间传输另外的一个或多个无线信号。至少一个第一类型的节点中的该节点确定与所述另外一个或多个无线信号相关的另外的csi，并分析所述csi。确定感测值的步骤还基于对另外的csi的所述分析。
12.这允许基于与在多个第二类型的节点之间传输的无线信号相关地提取的csi以及通过在至少一个第一类型的节点和一个或多个第二类型的节点之间传输的无线信号两者来执行感测，从而进一步改善所执行的感测的质量覆盖。感测值可以涉及一个特性，例如检测人的存在；而且还可以涉及多个特性，例如检测人的存在和检测动物的存在。可以基于与
在多个第二类型的节点之间传输的信号、在至少一个第一类型的节点和一个或多个第二类型的节点之间传输的无线信号、或两者相关的csi来确定每个这样的特性。例如，基于与在至少一个第一类型的节点和一个或多个第二类型的节点之间传输的无线信号相关的csi，住宅的状态可以被确定为被占用或未被占用，而与多个第二类型的节点之间传输的信号相关的csi被用于确定单个房间（或多个房间，一起或单独）的状态为被占用或未被占用。
13.在该实施例中，可选地，另外的一个或多个无线信号包括所确定的csi的至少一部分的传输。因此，至少一个第一类型的节点接收csi的至少一部分，并且基于该csi的至少一部分的传输来进一步确定另外的csi。这允许携带所确定的csi的至少一部分的相同消息被用于确定另外的csi，从而更有效地利用无线网络和/或其他资源。
14.在另外的实施例中，感测值指示感测区域中对象的移动，所述感测区域至少由多个第二类型的节点中的多个节点的位置来限定。例如，多个第二类型的节点可以位于建筑物（例如住宅）的房间中。然后可以将感测区域确定为该房间（或其一部分）。这有利于移动检测（包括存在检测），并且因此可以检测人、动物（例如宠物）或另一个对象的移动或存在。
15.在另一个实施例中，由多个第二类型的节点中的至少一个节点确定与一个或多个无线信号相关的csi包括从多个第二类型的节点中的至少一个节点的通信堆栈中提取多个时间序列值。由多个第二类型的节点中的至少一个节点确定与一个或多个无线信号相关的csi可以进一步包括例如选择提取csi的频率或周期或者提取什么csi（例如，哪些子频率/载波）。
16.可选地，由多个第二类型的节点中的至少一个节点确定与所述一个或多个无线信号相关的csi还包括从所确定的csi中选择要传输的csi的至少一部分。在这种情况下，从所确定的csi中选择要传输的csi的至少一部分可以基于以下中的至少一项来执行：无线网络的状态，要确定的感测值，传输csi的节点的能力和/或接收csi的节点的能力，以及所提取的csi就处理、存储器或网络需求而言的大小。这可以有利地用于避免使用太多资源，例如避免用携带csi数据的消息淹没无线网络。
17.在另一个实施例中，由至少一个第一类型的节点中的该节点执行的对所接收的csi的至少一部分的分析不同于由至少一个第一类型的节点中的该节点执行的对另外的csi的分析。例如，如果在多个第二类型的节点之间传输的信号所覆盖的区域（例如，建筑物的特定房间或楼层）不同于另外的无线信号所覆盖的区域（例如，建筑物（诸如住宅）的一般周边），则这是有益的。替代地或附加地，感测的值可能是不同的（例如，检测人的存在与执行呼吸检测）。
18.在又另外的实施例中，至少一个第一类型的节点中的该节点控制多个第二类型的节点中的至少哪一个节点确定与所述无线信号相关的csi。有利地，这允许第一类型的节点精心安排（orchestrate）csi确定，例如通过随时间改变哪个第二类型的节点执行csi确定以（例如，周期性地）在特定区域中执行感测。如果需要限制无线网络中的业务量，并且感测可能局限于特定区域，则这是特别有益的。
19.在又一实施例中，至少一个第一类型的节点中的该节点控制由多个第二类型的节点中的至少一个节点向至少一个第一类型的节点中的该节点传输所确定的csi的至少一部分的特性。该特性可以包括以下中的一项或多项：多长时间传输一次csi的至少一部分、传输csi的哪一部分、何时传输csi、以及如何传输csi（例如，何种格式，与其他数据一起）。
20.在一个特别有利的实施例中，无线网络包括多个第一类型的节点，并且该方法还包括：选择多个第一类型的节点中的一个或多个，所确定的csi的至少一部分被传输到所述多个第一类型的节点中的一个或多个，使得多个第一类型的节点中的所选择的一个或多个接收所确定的csi的至少一部分，并且分析所接收的csi的至少一部分。这允许平衡第一类型的节点中的哪一个执行分析，并且可以特别地在每个第一类型的节点执行不同类型的分析（例如，用于确定感测值的不同特性）时使用。
21.根据第二方面，提供了一种计算机程序产品。该计算机程序产品包括指令，当该程序由处理器执行时，该指令使得处理器执行根据第一方面及其任何实施例的方法。
22.根据第三方面，提供了一种系统，该系统包括无线网络，该无线网络包括至少一个第一类型的节点和多个第二类型的节点。至少一个第一类型的节点被布置用于执行与在无线网络中传输的无线信号相关的csi的分析。多个第二类型的节点不同于第一类型。
23.多个第二类型的节点中的每一个被布置用于：在多个第二类型的节点之间传输一个或多个无线信号；确定与一个或多个无线信号相关的csi；以及向至少一个第一类型的节点中的节点传输所确定的csi的至少一部分。
24.至少一个第一类型的节点中的每一个还被布置用于：接收所确定的csi的至少一部分；以及分析所接收的csi的至少一部分，并且基于所述分析，确定感测值。
25.根据第四方面，提供了一种设备。在根据第三方面的系统中用作第一类型的节点的设备。该设备包括：用于从第二类型的节点接收所确定的csi的至少一部分的输入；以及处理器，其被布置用于分析所接收的csi的至少一部分，并且还用于基于所述分析来确定感测值。
附图说明
26.参考附图，通过示例的方式，本发明的这些和其他方面是清楚的并将被进一步阐明，在附图中：图1示出了根据现有技术的第一系统，其具有有限的感测覆盖范围；图2示出了根据现有技术的第二系统，其需要使用许多昂贵的节点；图3示出了根据第一方面的用于在无线网络中执行感测的系统；图4示出了图3所示系统的特性；图5示出了根据第一方面的系统的实施例，其包括多个第一类型的节点；图6示出了包括许多第二类型的节点的系统的特性；图7示出了根据第一方面的系统的实施例，其解决了图6所示的特性；以及图8是用于在无线网络中执行感测的方法的框图。
27.附图中的对应元件由相同的附图标记代表。
具体实施方式
28.图1示出了建筑物（在该示例中为房屋100），其包括第一区域115（例如底层）和第二区域120（例如底层之上的楼层）。在该房屋100中，安装了根据现有技术的第一无线网络感测系统105。系统105包括第一类型的节点110和两个第二类型的节点120、130。第一类型的节点110能够处理与无线网络感测系统110内的无线链路相关的信道状态信息（csi），并
基于该分析确定是否有人存在。第二类型的节点120、130不分析csi，因为它们可能由于例如存储器或处理能力的限制或其他限制而不能够分析csi。第二类型的节点可能比第一类型的节点相对更便宜，这是由于鉴于这些节点不需要能够执行csi分析而减少了需求。
29.根据现有技术的该第一系统105的好处是它相对便宜，因为仅需要第一类型的单个节点110。然而，在系统105内发送的可以用于基于分析csi来执行感测的信号局限于分别与第一类型的节点110以及第二类型的第一节点120和第二类型的第二节点130之间的链路相关的第一信号112和第二信号114。结果是，基于对csi的分析，可以在住宅100中检测到第一人a和第三人c，然而，可能检测不到第二人b，因为该第二人没有充分影响链路112、114。
30.图2示出了根据现有技术的第二无线网络感测系统205。在该系统205中，有三个第一类型的节点110、220、230。这些节点中的每一个都可以分析与每个节点之间的链路相关的csi。因为现在存在与第一类型的第二节点220和第一类型的第三节点230之间的链路相关的第三信号225，所以也可以检测到第二人b，因为不同于图1的系统105，现在存在受到影响的链路225。
31.根据现有技术的该第二系统205的好处在于，它为在房屋100中执行感测提供了更大的覆盖范围。然而，它相对昂贵，因为与根据图1的现有技术的第一无线网络感测系统105相比，它需要有更多的第一类型的节点。
32.在图3中，示出了根据第一方面的实施例的系统305。该系统305包括第一类型的第一节点310和两个第二类型的节点320、330。类似于图1所示的系统，第一类型的第一节点分析与该节点具有的与第二类型的第一和第二节点320、330的每个链路312、314相关的csi。尽管第二类型的节点不能够分析与它们之间的链路325相关的csi，但是在第二类型的第一和第二节点320、330之间传输信号。该信号325的csi的确定可以由第二类型的节点220、230之一做出。
33.如图4所示，提取与在第二类型的节点320、330之间传输的一个或多个无线信号相关的csi，并且csi的至少一部分由第二类型的节点之一330通过链路410传输到第一类型的节点310。可以以各种方式确定第二类型的一个或两个节点是否传输csi数据，例如，第二类型的每个节点可以自主地确定是否向第一类型的节点310传输提取的csi，或者第二类型的节点320、330例如在主/从配置中一起确定这一点，或者第一类型的节点110可以轮询或指令第二类型的节点220、230传输提取的csi的至少一部分。
34.第一类型的节点310然后分析所接收的csi的至少一部分，该csi与在第二类型的节点320、330之间传输的无线信号相关。因此，系统305能够例如检测图3所示的所有三个人a、b、c，而只需要至少一个第一类型的节点。这提供了图1所示的系统105的较低成本的好处，以及图2所示的系统205的较大覆盖范围的好处。
35.尽管在图4所示的系统305中只需要单个第一类型的节点，但是如图5的系统505所示，可以有多个第一类型的节点310、540。第二类型的节点之一330向第一类型的节点310、540中的一个或两个传输csi的至少一部分。所提取的csi的至少一部分被传输到第一类型的哪个（哪些）节点可以由第二类型的节点自主确定，或者可以由第一类型的节点预先确定、用户配置、设置，等等。将所确定的csi的至少一部分仅传输到第一类型的一个节点，减少了无线网络中传输该数据所需的带宽。通过向多个第一类型的节点传输所确定的csi的至少一部分，每个这样的第一类型的节点可以跟踪所确定的csi随时间的变化，或者每个这
样的节点可以使用不同的算法来执行感测，例如，第一类型的第一节点可以基于对所提取的csi的分析来确定指示在区域周围移动的人的值，而第一类型的第二节点可以确定指示人呼吸的值；进一步，这些确定的值可以一起被用于确定指示人的存在的值。
36.图3-图5中提供的示例仅示出了两个第二类型的节点。如从图5中提供的示例看出，可以有多于一个第一类型的节点。事实上，可以有任何数量的第一类型的节点，只要至少有一个。也可以有任何数量的第二类型的节点，只要有多个（即至少两个）第二类型的节点。图6中示出了包括四个第二类型的节点620、630、650、660的系统605。在该系统605中，第二类型的每个节点创建与第二类型的每个其他节点的链路，并且当进一步时，第一类型的节点310创建与第二类型的每个节点620、630、650、660的链路。这创建了大量的链路600，这可以允许例如扩展其中执行感测的覆盖区域，然而这也可能不利于改善感测，例如当无线网络变得拥塞时、当延迟增加或消息丢失时。
37.在图7中，再次示出了图6的系统605，然而这里用于感测的设备之间的链路数量是有限的。在该示例中，三个不同的无线信号710、720、730各自在第二类型的两个节点620、630、650、660之间传输。尽管是可选的，但这允许从第一节点620向第二节点650发送消息，以便第二节点确定与其和第一节点的链路相关的csi，并将该csi的至少一部分作为消息720发送给第三节点630。第三节点630然后可以确定与其和第二节点650的链路相关的csi，并且向第四节点660传输该csi的至少一部分以及从第二节点650接收的与其和第一节点620的链路710相关的csi数据。最后，第四节点660可以再次确定与其和第三节点的链路730相关的csi，并且向第一类型的节点740传输其已经确定的该csi的至少一部分。第四节点660将进一步向第一类型的节点发送它已经从第三节点接收的csi数据，该csi数据包括第三节点已经从第二节点接收的csi数据。第一类型的节点310然后可以分析与上述三个链路710、720、730中的每一个相关的csi数据。进一步，第一类型的节点310可以提取与其具有的与第二类型的第四节点660的链路740相关的csi数据，并对此进行分析。
38.在图8中，示出了示出用于在无线网络中执行感测的方法800的示例的框图。该无线网络包括至少一个第一类型的节点和多个不同于第一类型的第二类型的节点，该至少一个第一类型的节点被布置用于对与在无线网络中传输的无线信号相关的csi执行分析。该方法包括：-在多个第二类型的节点之间传输810一个或多个无线信号；-由多个第二类型的节点中的至少一个节点确定820与一个或多个无线信号相关的csi；-由多个第二类型的节点中的至少一个节点向至少一个第一类型的节点中的节点传输830所确定的csi的至少一部分；-由至少一个第一类型的节点中的该节点接收840所确定的csi的至少一部分；和-由至少一个第一类型的节点中的该节点分析850所接收的csi的至少一部分，并且基于所述分析确定860感测值。
39.本发明的各种实施例可以实施为与计算机系统一起使用的程序产品，其中程序产品的（多个）程序定义实施例的功能（包括本文描述的方法）。在一个实施例中，（多个）程序可以包含在各种非暂时性计算机可读存储介质上，其中如本文所使用的，表述“非暂时性计算机可读存储介质”包括所有计算机可读介质，唯一的例外是暂时性传播信号。在另一个实
施例中，（多个）程序可以包含在各种暂时性计算机可读存储介质上。说明性的计算机可读存储介质包括但不限于：（i）其上永久存储信息的不可写存储介质（例如，计算机内的只读存储器设备，诸如由cd-rom驱动器可读的cd-rom盘、rom芯片、或任何类型的固态非易失性半导体存储器）；和（ii）其上存储可更改信息的可写存储介质（例如，闪存、软盘驱动器或硬盘驱动器内的软盘、或任何类型的固态随机存取半导体存储器）。计算机程序可以在处理器上运行。
40.本文使用的术语仅仅是为了描述特别的实施例的目的，并且不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清晰指示。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件、和/或其组。
41.以下权利要求中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于与如具体要求保护的其他所要求保护的元件组合地执行功能的任何结构、材料或动作。出于说明的目的已经展现了本发明的实施例的描述，但不旨在穷尽或局限于所公开形式中的实施方式。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本领域普通技术人员将是清楚的。选取和描述实施例以便最好地解释本发明的原理和一些实际应用，并且使得本领域的其他普通技术人员能够针对具有适合于设想的特别的用途的各种修改的各种实施例理解本发明。