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ESP-CSI [English]

本项目的主要目的是展示 ESP-WIFI-CSI 的使用。本项目提供了 CSI 数据的获取方法、处理算法和应用案例。人体检测算法仍在优化中。基于原始 CSI 数据，用户可利用机器学习、神经网络等算法来得到更精确的结果。

CSI 介绍

信道状态信息（CSI, Channel State Information）是描述无线信道特性的重要参数，包括信号的幅度、相位、信号延迟等指标。在 Wi-Fi 通信中，CSI 用于测量无线网络的信道状态。通过分析和研究 CSI 的变化，可以推断引起信道状态变化的物理环境变化，实现非接触式智能传感。CSI 对环境变化非常敏感。它不仅能感知人或动物的行走、奔跑等大动作引起的变化，还能捕捉静态环境中人或动物的细微动作，如呼吸、咀嚼等。这些能力使得 CSI 在智能环境监测、人体活动监测、无线定位等应用中具有广泛的应用前景。

基础知识

为了更好地理解 CSI 技术，我们提供了一些相关的基础知识文档（近期更新会逐步更新）：

Espressif CSI 优势

  • 全系列支持: 所有的 ESP32 系列均支持 CSI，ESP32 / ESP32-S2 / ESP32-C3 / ESP32-S3 / ESP32-C6
  • 强大的生态: Espressif 是 Wi-Fi MCU 领域的全球领导者，将 CSI 与现有物联网设备完美结合
  • 更多信息: ESP32 提供丰富的信道信息，包括 RSSI、RF 噪声本底、接收时间和天线的 'rx_ctrl' 字段
  • 蓝牙辅助: ESP32 也支持 BLE，例如，它可以扫描周围的设备来辅助检测
  • 强大的处理能力: ESP32 的 CPU 是双核 240MHz，支持 AI 指令集，能够运行机器学习和神经网络
  • OTA 升级: 现有项目可通过软件 OTA 升级 CSI 新功能，无需增加额外的硬件成本

例程介绍

get-started

帮助用户快速上手 CSI 功能，通过基础示例展示 CSI 数据的获取与初步分析，详情查看 README

  • csi_recv 演示了 ESP32 作为接收端示例
  • csi_send 演示了 ESP32 作为发送端示例
  • csi_recv_router 演示了路由器作为发送端示例，ESP32 通过 Ping 触发路由器发送 CSI 报文
  • tools 提供辅助 CSI 数据分析的脚本 csi_data_read_parse.py

esp-radar

提供了利用 CSI 数据实现的一些应用，包括 RainMaker 云端上报和人体活动检测

  • connect_rainmaker 演示了将 CSI 数据捕获并上传到 Espressif 的 RainMaker 云平台
  • console_test 演示一个交互式控制台，允许动态配置和捕获 CSI 数据，并提供了人体活动检测的算法应用

如何获取CSI

获取路由器 CSI

  • 实现方法： ESP32 向路由器发送 Ping 包，并接收路由器返回的 Ping 回应中的 CSI 信息。
  • 优点： 只需一个 ESP32 和路由器即可完成。
  • 缺点： 依赖于路由器的条件，如路由器的位置、支持的 Wi-Fi 协议等。
  • 适用场景： 环境中只有一个 ESP32，并且检测环境中有路由器。

获取设备之间的 CSI

  • 实现方法： ESP32 A 和 B 都向路由器发送 Ping 包，ESP32 A 接收 ESP32 B 返回的 Ping 回应中的 CSI 信息，这是对第一种检测场景的补充
  • 优点： 不依赖于路由器的位置，也不受其他连接到路由器设备的影响
  • 缺点： 依赖于路由器支持的 Wi-Fi 协议和环境
  • 适用场景： 环境中必须有两个或以上的 ESP32

获取特定设备的 CSI

  • 实现方法： 数据包发送设备不断切换信道发送数据包，ESP32 A、B 和 C 都获取数据包发送设备广播数据包中的 CSI 信息，这种方法的检测精度和可靠性最高
  • 优点： 不受路由器影响，检测精度高。当环境中有多个设备时，只有一个数据包发送设备会对网络环境造成很小的干扰
  • 缺点： 除了普通的 ESP32，还需要额外的专用数据包发送设备，成本相对较高
  • 适用场景： 适用于需要高精度和多设备集群定位的场景

注意事项

  1. 外置 IPEX 天线效果优于 PCB 天线，PCB 天线具有方向性。
  2. 测试应在无人环境中进行，避免他人活动对测试结果的影响。

相关资源

  • ESP-IDF Programming Guide is the documentation for the Espressif IoT development framework.
  • ESP-WIFI-CSI Guide is the use of ESP-WIFI-CSI Description.
  • 如果您发现 BUG 或有 feature 请求, 可以在 GitHub Issues上提交。在提交之前，请检查您的问题是否已存在于现有问题中

Reference

  1. Through-Wall Human Pose Estimation Using Radio Signals
  2. A list of awesome papers and cool resources on WiFi CSI sensing