具体实施方式

感知区域的划分在普通的家居环境中往往是房间级的，而房间又是由墙壁分隔开的，当一个目标在某个房间中活动时，相对于该房间中的Wi-Fi设备而言，目标的活动为该房间围墙内的活动，而当目标在离开该房间到另一个房间中活动时，由于墙壁的遮挡，墙内的活动则变为了墙外的活动，所以墙天然形成了不同区域的有效划分边界。基于此，本发明提供一种无接触活动区域识别方法，通过在空间中的不同区域中部署的一个或多个Wi-Fi接收设备，利用目标在不同区域活动时在不同接收设备上造成的Wi-Fi信号差异，就可以实现精准的感知区域识别。为此，本发明将Wi-Fi接收设备两根天线上的CSI进行共轭相乘，构造了反映目标反射信号强度的指标，将墙外活动与墙内活动进行了有效的区分，然后通过对不同区域的Wi-Fi接收设备的状态进行编码映射，最终实现了对目标活动区域的精准识别。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明在感知目标无需穿戴任何设备的前提下，利用日常Wi-Fi收发环境中的发射端为Wi-Fi信号发射器，接收端是与发射端对应的Wi-Fi信号接收器，日常环境的墙体自然的将空间中分割成多个感知区域，实现精准的活动区域识别。本发明利用Wi-Fi收发设备并借助环境中的墙体实现活动区域识别的方法包括以下步骤：

S1、依据墙体划分出的区域结构和预先部署在不同区域中Wi-Fi接收设备的状态获得活动区域编码表，作为在线时活动区域识别的参考；

利用被墙划分开的不同区域中的一个或多个商业Wi-Fi设备(具有两根或两根以上天线)作为Wi-Fi信号接收设备；

活动区域编码表形成方法为：给所有区域的每个设备设置一个唯一的标号，当感知目标在区域A活动时，将区域A中的所有Wi-Fi设备(RX 1)状态设置为1，而其他区域的Wi-Fi设备(RX 2,RX 3…RX4)设置为0，以此类推，组合所有设备的状态，获得目标在所有区域活动时不同设备状态的0/1编码情况，形成活动区域编码表(如表1所示)，供在线区域识别时做参考。

表1活动区域编码表

S2、Wi-Fi发射设备利用一根天线发射数据包，不同区域的一个或多个接收设备用两根天线同时接收发射端发出的数据包，并从中测量信道状态信息(CSI)，该信道状态信息描述了信号通过无线信道传输后振幅和相位的变化，记为H(t₀+t)；

Wi-Fi信号发射设备采用传统的商业Wi-Fi设备，具有一根以上天线；

发射端为可以发射Wi-Fi信号的任何设备，接收端是与发射端使用相同频率的Wi-Fi信号接收设备，可以是包含Wi-Fi网卡的任何设备(例如手机、平板、电脑、智能手表、电视或冰箱等)。常见的商业设备一般支持连接3根天线，所以很好满足发射端使用一根天线，接收端使用两根天线的需求，且如今智能设备遍布于日常生活环境中，电视，冰箱，台灯等家用日常电器均可以通过Wi-Fi智能互联，所以很容易在不同的房间区域中找到Wi-Fi接收设备感知目标的活动。

S3、将Wi-Fi接收设备任意两根天线在N个子载波对应时刻测得的CSI信号进行共轭相乘，获得共轭相乘后新的CSI信号H_conj：

其中，H_1k(t₀+t)代表第一根天线第k个子载波在t₀+t时刻的CSI，H_2k(t₀+t)代表第二根天线第k个子载波在t₀+t时刻的CSI。商业WiFi设备在进行通信传输时，采用的是正交频分复用的编码方式(OFDM)，可以支持多个子载波同时传输，所以对两根天线的每个对应子载波进行共轭相乘，可以得到N个子载波的共轭相乘后的CSI信号。

S4、在t₀时刻，选取窗口大小为M的滑动窗口分别对N个子载波的新的CSI信号进行滑动处理，滑动步长为P，每个滑动窗口内的CSI采样可以构成了一个N*M的共轭矩阵。

其中，共轭矩阵有N个行向量，每个行向量表示单个载波在t₀时间窗口内的采样

其中，[0,Δt,...,MΔt]是相对于时t₀时刻的CSI采样间隔，Δt为采样时间。

S5、将N*M的共轭矩阵中的每一行减去该行采样的均值，即将矩阵的每一行变为0均值的向量，获得一个新的N*M的矩阵；

S6、不同区域的所有Wi-Fi设备获取的CSI都进行步骤S2-S5处理，利用新的矩阵中所有N*M个元素获取每个设备的墙内外活动区分指标σ(t₀)：

其中，x_fk(t₀+kΔt)为t₀时刻的滑动窗口内第f行第k列矩阵的元素(即第f个子载波的第k个共轭CSI采样)：

S7、将每个设备的墙内外活动区分指标σ_d(t₀)分别与阈值δ_th进行比较，得到当前的全局区域编码(σ_d(t₀)为第d个设备的墙内外活动区分指标)：

当σ_d(t₀)＞δ_th时，表明感知目标在当前设备所处区域内的活动(墙内活动)，所以该设备的状态为1，当σ_d(t₀)＜δ_th时，表明感知目标在设备所处区域外的活动(墙外活动)，所以该设备当前的状态为0，最后将不同设备的状态进行组合得到当前的全局区域编码。

S8、在步骤S1中获得的活动区域编码表中，查询当前的全局区域编码，识别目标活动区域：

若可在活动区域编码表中查询到该全局区域编码，则将目标当前区域更新为活动区域编码表中对应的区域；若在活动区域编码表中查询不到该全局区域编码，则索引区域识别记录，将上一时刻的区域更新为当前目标所在区域。

其中，只有当目标在活动时，活动区域中的Wi-Fi设备状态才为1，而当目标静止或处于区域的角落中时，所有区域中的所有Wi-Fi设备对应的状态都为0，构成的编码为(0....00)并不在活动区域编码表中，此时可以将当前区域更新为上一时刻目标所在的区域。从而不论目标是活动状态，还是静止状态都可以实现目标所处区域的识别。

实施例：

基于本发明的实施例采用日常Wi-Fi设备作为不同区域的信号接收端(如手机、路由器、电脑、电视，冰箱，台灯等，在本实施例中以小型电脑为例，但并不局限于小型电脑)，每个接收端采用两根天线接收信号。用1个常见Wi-Fi设备(如手机、路由器、电脑、电视等，在本实施例中以路由器为例，但并不局限于)作为信号发射端，用1根天线发射信号。本发明提供方法来识别目标的活动区域，具体流程如下：

1)搭建系统：

利用一台商业路由器作为Wi-Fi发射端，用多个装有商业Wi-Fi网卡小型电脑作为接收端，选用任意两个天线口分别连接两根天线，用于接收信息。本发明实例中采用Intel5300网卡来搭建系统，Wi-Fi收发端工作在5GHz的频率上，利用20MHz带宽进行通信。本实例由1个发射端、3个接收端、1台服务器组成。

2)构建活动区域编码表：

如图1a、图1b所示，整个空间被墙壁自然划分成三个区域--玄关、卫生间和卧室。在每个区域中分别有一台Wi-Fi接收端，三台接收端标号分别为RX1、RX2和RX3。如图，当感知目标在玄关活动时，对于RX 1而言是一个区域内(墙内)的活动，所以此时RX1的编码为1，而RX2和RX3由于受到卫生间和卧室墙壁的遮挡，所以对于这两个接收端来说，此时目标的活动为区域外(墙外)的活动，他们的状态为0。同理，当感知目标在卫生间活动时，此时RX2的状态为1，而RX1的状态为0,RX 3编码状态为1，基于此，组合不同设备的状态，可以得到该环境下的活动区域编码表，如表2所示：

表2活动区域编码表

利用搭建的系统和构建的编码表进行活动区域识别的流程如图2所示，包括以下步骤：

3)Wi-Fi发射器以200Hz的速率在5GHz频率上发送数据包，卫生间、卧室、玄关3个区域中的3个Wi-Fi接收器(RX1-RX3)同时接收由Wi-Fi发射器发出的数据包，每个接收器分别从两根天线30个子载波上接收到的数据包中测量CSI信号，得到每秒200个CSI采样；

4)将每个接收设备30个子载波同一时刻测得的两根天线上的CSI采样进行共轭相乘，消除相位误差，得到30个子载波的CSI共轭信号流。

5)取窗口大小为400的滑动窗口对30个子载波的CSI共轭信号流进行滑动处理，滑动步长为10，则每个滑动窗口内的CSI采样构成了一个30*400的共轭矩阵。

6)将获得的共轭矩阵中的每一行减去该行采样的均值，获得一个新的30*400的矩阵。

7)每个接收设备利用新的矩阵的所有30*400个采样计算墙内外活动区分指标σ(t₀)：

其中，x_fk(t₀+kΔt)代表t₀时刻的滑动窗口内第f个子载波的第k个共轭CSI采样，Δt在该实例中为1/200＝0.05秒。

8)每台Wi-Fi接收设备通过socket连接将计算获得的每个滑动窗口内σ(t₀)实时传输到服务器端。

9)服务器端将实时接收到的每个设备的σ(t₀)与阈值δ_th＝40进行大小比较，当某一设备的σ(t₀)＞40时，将该设备当前的状态置为1，当σ(t₀)＜40时，将该设备当前的状态置为0，最后服务器端将不同设备的状态进行组合得到当前的区域编码，例如当RX1的σ(t₀)＝50,RX2的σ(t₀)＝10,RX3的σ(t₀)＝14，则当前区域编码为(1,1,0)。

10)服务器端在2)中构建的活动区域编码表中，查询当前的区域编码，若在区域编码表中有相应的编码(1,0,0)，则将目标当前所处区域更新为编码表中对应的玄关区域，并将当前时间和区域信息记录到区域识别日志当中(Time:22:10:19Area:玄关)；若在区域编码表中查询不到该编码，则索引区域识别日志，将上一时刻的区域更新为当前目标所在区域，且记录到区域识别日志当中。

本发明还提供一种无接触活动区域识别系统，其包括活动区域编码表模块、CSI信号测量模块、新的CSI信号获取模块、共轭矩阵构成模块、新的矩阵构成模块、墙内外活动区分指标获取模块、全局区域编码模块和目标活动区域识别模块；

活动区域编码表模块依据墙体划分出的区域结构和预先部署在不同区域中的Wi-Fi接收设备的状态获得活动区域编码表；

CSI信号测量模块，Wi-Fi发射设备利用一根天线发射数据包，不同区域的一个或多个接收设备用两根天线同时接收发射端发出的数据包，并从中测量CSI信号；

新的CSI信号获取模块将Wi-Fi接收设备两根天线在N个子载波对应时刻测得的CSI信号进行共轭相乘，获得共轭相乘后新的CSI信号；

共轭矩阵构成模块选取窗口大小为M的滑动窗口分别对N个子载波的新的CSI信号进行滑动处理，滑动步长为P，每个滑动窗口内的CSI采样构成一个N*M的共轭矩阵；

新的矩阵构成模块将N*M的共轭矩阵中的每一行减去该行采样的均值，获得一个新的N*M的矩阵；

墙内外活动区分指标获取模块，不同区域的所有Wi-Fi设备获取的CSI都进行CSI信号测量模块、新的CSI信号获取模块、共轭矩阵构成模块和新的矩阵构成模块处理，利用新的矩阵中所有N*M个元素获取每个设备的墙内外活动区分指标；

全局区域编码模块将每个设备的墙内外活动区分指标分别与阈值δ_th进行比较，得到当前的全局区域编码；

目标活动区域识别模块在活动区域编码表中，查询当前的全局区域编码，识别目标活动区域。

本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各实施例中的无接触活动区域识别方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述各实施例中的无接触活动区域识别方法。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、系统、和计算机程序产品的流程图和方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和方框图中的每一流程和方框、以及流程图和方框图中的流程和方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。