QuadRF สามารถตรวจจับโดรนและมองเห็น WiFi ทะลุกำแพงได้

 (jeffgeerling.com)
1 คะแนน โดย GN⁺ 3 시간 전 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp
  • QuadRF คือวิทยุแบบ phased array แบบพกพาที่ผสาน Raspberry Pi 5 เข้ากับบอร์ด FPGA ที่มีการจับเวลาในระดับพิโควินาที เพื่อแสดงภาพสภาพแวดล้อม RF ช่วง 4.9~6GHz ด้วย beamforming และการประมวลผลสัญญาณ
  • แพ็กเก็ต WiFi ที่เคลื่อนที่อยู่ในอากาศสามารถถูกสังเกตได้โดยไม่ต้องเชื่อมต่อทางกายภาพ ทำให้ข้อมูลที่ถูกสตรีมและถอดรหัสจาก RF สามารถถูกส่งต่อไปให้คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังกว่าวิเคราะห์ต่อได้
  • ในการทดสอบ เครือข่าย WiFi 5GHz ปรากฏเป็นก้อนสีบนหน้าจอ AR และโดรน DJI Mini Pro 4 ก็ถูกตรวจจับได้ง่ายบนท้องฟ้า
  • เลน MIPI ของ Raspberry Pi 5 ถูกนำมาใช้สำหรับการสตรีม I/Q โดยรองรับการส่งข้อมูลแบบ full-duplex ความหน่วงต่ำที่เกิน 5Gbps และจัดการได้ง่ายกับเสถียรกว่า USB
  • UI ยังดูหยาบอยู่บ้าง และผลิตภัณฑ์จากคราวด์ฟันดิงก็ยากจะคาดหวังการจัดส่งทันที แต่หลังใช้งาน 1 สัปดาห์ก็พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์มากพอให้รอสินค้าที่สั่งจองล่วงหน้า

แนวคิดพื้นฐานและการใช้งานของ QuadRF

  • QuadRF เป็นวิทยุแบบ phased array ที่สร้างขึ้นโดยมี Raspberry Pi 5 และบอร์ด FPGA เป็นแกนหลัก และใช้การจับเวลาในระดับพิโควินาทีเพื่อทำการประมวลผลสัญญาณขั้นสูงและ beamforming
  • แพ็กเก็ต WiFi เคลื่อนที่ผ่านอากาศ จึงสามารถถูกสังเกตได้โดยไม่ต้องเชื่อมต่อเข้ากับเครือข่ายโดยตรง และ QuadRF ก็มีซอฟต์แวร์ในตัวสำหรับสตรีมและถอดรหัส RF
  • หากส่งข้อมูลไปยังคอมพิวเตอร์ที่แรงกว่า ก็สามารถนำไปใช้กับงานอย่าง การวิเคราะห์ทราฟฟิก WiFi ได้
  • มุมมองคือ แทนที่จะสั่งห้ามเครื่องมือ ควรทำความเข้าใจว่ามันทำอะไรได้บ้าง และใช้มันเพื่อเปิดโปงแนวปฏิบัติด้านความปลอดภัยที่ไม่ดี

ความเกี่ยวข้องกับโครงการอาร์เรย์เสาอากาศขนาด Moon-scale

  • QuadRF เป็นอุปกรณ์ที่ Martin McCormick กำลังพัฒนาอยู่ในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการที่ใหญ่กว่า ซึ่งมีเป้าหมายสร้างอาร์เรย์เสาอากาศขนาด Moon-scale สำหรับการทดลองวิทยุแบบ EME(Earth-Moon-Earth) และดาราศาสตร์วิทยุ
  • Martin McCormick เคยทำงานในทีมที่สร้าง Dishy ซึ่งเป็นเทอร์มินัล Starlink รุ่นเดิมที่ SpaceX
  • ระบบเสาอากาศ phased array นี้มีแนวทางที่จะไม่ผูกติดกับระบบดาวเทียมแบบปิด โดยมุ่งให้ผู้ปฏิบัติงานที่มีใบอนุญาตสามารถเชื่อมต่อโมดูล QuadRF หลายตัวเข้าด้วยกันเพื่อใช้ในการทดลองวิทยุ
  • เมื่อเชื่อมต่อหลายโมดูลเข้าด้วยกัน จะสามารถทำได้ถึง 1.15MW EIRP ซึ่งหมายถึงเกนของเสาอากาศแบบกำหนดทิศทางที่สูงมาก
  • ตัว QuadRF ที่ย่อส่วนให้พกพาได้นั้นยังไม่แรงพอจะส่งสัญญาณไปถึงดวงจันทร์ แต่ก็มีประโยชน์สำหรับแอปพลิเคชัน SDR ภายในพื้นที่และการแสดงภาพสภาพแวดล้อม RF ในช่วง 4.9~6GHz

การทดสอบต้นแบบและลำดับการใช้งาน

  • ได้ขอต้นแบบจาก Martin McCormick เพื่อทดสอบร่วมกับพ่อ และก็ได้สั่งจองล่วงหน้าผ่าน Crowd Supply แยกไว้อีกด้วย
  • ราคา ชุดพื้นฐาน ของ Crowd Supply อยู่ที่ 499 ดอลลาร์
  • เมื่อเปิดเครื่อง Raspberry Pi จะบูตขึ้นมาและสร้าง WiFi hotspot
    • ผู้ใช้จะเชื่อมต่อเข้ากับ hotspot นั้น แล้วเข้าไปที่ http://quadrf/
    • หน้านี้จะเปิดเซสชัน VNC ภายในเบราว์เซอร์
    • สามารถรัน GNU Radio, ซอฟต์แวร์ SDR และเครื่องมือแสดงภาพ RF แบบ AR ที่ปรับแต่งมาโดยเฉพาะได้
  • แม้ UI โดยรวมจะยังค่อนข้างหยาบ แต่เมื่อคำนึงว่าทุกอย่างรันอยู่บน Raspberry Pi 5 ก็ถือว่าประสิทธิภาพน่าประทับใจ

การแสดงภาพ RF แบบ AR และผลการสังเกตจริง

  • ในซอฟต์แวร์ที่ให้มา เครื่องมือแสดงภาพ AR ถูกยกให้เป็นฟีเจอร์ที่น่าสนใจที่สุด แต่มีประโยชน์น้อยกว่าสำหรับงาน SDR จริง
  • ผู้ใช้สามารถปรับการจัดแนวระหว่างกล้องกับ phased array และปรับ receiver gain ได้
  • เครื่องมือแสดงภาพจะแสดงความถี่ 4.9~6GHz เป็นก้อนสี
    • ในเวอร์ชันแรกยังไม่มีสเกลแสดงบนหน้าจอ
    • ในการทดสอบในสตูดิโอ เครือข่าย WiFi 5GHz ที่ทำงานอยู่บน Channel 100 หรือราว 5.5GHz ปรากฏเป็นสีฟ้าอ่อน
    • เครือข่าย WiFi รอบข้างจะเห็นเป็นสีแดงหรือสีเขียว
  • Mobile Expansion Pack มาพร้อมแบตเตอรี่แพ็กและตัวยึดโทรศัพท์ ทำให้สามารถวิเคราะห์บางส่วนของ C-band แบบเรียลไทม์ระหว่างเคลื่อนที่ได้
  • ในการทดสอบที่ให้ DJI Mini Pro 4 บินอยู่ด้านหลังสตูดิโอ QuadRF สามารถตรวจจับโดรนบนท้องฟ้าได้อย่างง่ายดาย
    • เมื่อโดรนบินไกลออกไป ก็ต้องเพิ่ม gain เพื่อให้ยังมองเห็นได้ต่อ
    • มีความเห็นว่า UI ค่อนข้างใช้งานลำบากเวลาถืออุปกรณ์เดินไปด้วย จึงน่าจะดีถ้ามี AGC หรือการควบคุม gain ที่ง่ายกว่านี้
  • แคมเปญคราวด์ฟันดิงได้รับการตอบรับเกินคาด และตัว enclosure ก็มีแผนจะเปลี่ยนจากเวอร์ชันพิมพ์ 3D ที่ใช้ทดสอบ มาเป็นแบบ ฉีดขึ้นรูป

การสตรีม RF แบนด์วิดท์สูงด้วย MIPI ของ Raspberry Pi 5

  • ส่วนที่น่าสนใจเป็นพิเศษของ QuadRF คือการใช้ เลน MIPI ของ Raspberry Pi สำหรับการสตรีม SDR I/Q แบบความหน่วงต่ำ
  • ตาม QuadRF Documentation วิธีสตรีม I/Q ผ่านคอนเน็กเตอร์ FFC MIPI สำหรับกล้องและจอของ Pi มีข้อดีหลายอย่าง
    • MIPI สามารถรองรับการส่งข้อมูลแบบ full-duplex ความหน่วงต่ำ เกิน 5Gbps ผ่านชิป RP1 ของ Pi ได้
    • เรียบง่ายและเสถียรกว่า USB
    • แทบไม่เพิ่มต้นทุนฮาร์ดแวร์ให้กับบอร์ด RF
    • รักษาการส่ง I/Q ระดับหลายร้อย MSPS ได้โดยไม่มีอาการสะดุดหรือการสูญเสียตัวอย่างสัญญาณ
  • เพื่อให้การทำงานนี้เกิดขึ้น ดูเหมือนว่าจะต้องทำ reverse engineer โปรโตคอล MIPI ที่วิ่งผ่านชิป RP1 บน Pi 5
  • ในเชิงสถาปัตยกรรม ยังสามารถเชื่อมต่อโมดูล QuadRF หลายตัวแบบ daisy chain ได้ และแต่ละโมดูลก็สามารถคำนวณ phase shift ของตัวเองได้
  • PCIe ก็อาจเป็นทางเลือกหนึ่ง แต่การใช้ MIPI ทำให้สามารถเก็บคอนเน็กเตอร์ PCIe ไว้ใช้กับสตอเรจความเร็วสูงหรือระบบเครือข่ายที่เร็วกว่าแบบมาตรฐานของ Pi ได้

ข้อจำกัดของอุปกรณ์ก่อนการผลิตและสินค้าคราวด์ฟันดิง

  • เนื่องจากเป็นผลการทดสอบอุปกรณ์ก่อนการผลิต จึงควรรับข้อมูลทั้งหมดนี้อย่างระมัดระวัง
  • ผลิตภัณฑ์จากแคมเปญคราวด์ฟันดิง ต่อให้สนับสนุนแล้ว ก็ยากจะคาดหวังว่าจะได้รับการจัดส่งในทันที
  • ตอนแรกมีความสงสัยทั้งในด้านความสนุกและความมีประโยชน์ของอุปกรณ์ phased array ขนาดเล็กแบบพกพา แต่หลังจากใช้งานมา 1 สัปดาห์ ก็กลายเป็นว่ารอสินค้าที่สั่งจองล่วงหน้าอยู่

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 3 시간 전
ความคิดเห็นจาก Hacker News

  • ผมเป็นคนทำ QuadRF เอง ถ้ามีคำถามก็ยินดีตอบ
    มีวิดีโอเดโมสั้น ๆ ด้วย: https://m.youtube.com/watch?v=QvniJk3uNyA
    แล้วก็มีวิดีโอที่ลงลึกกว่านี้: https://m.youtube.com/watch?v=zdJ9Tbm8ALg
    ผมอาจจะแนะนำ Jeff เรื่องการคาลิเบรตการจัดแนวกล้องหรือการตั้งค่า wireless gain ได้ไม่ดีนัก แต่ดูเหมือนเขาจะหาทางเองได้เกือบหมดแล้ว ตอนนี้เรากำลังปรับปรุง UI ตามข้อเสนอของเขา และเพราะมันเป็นโอเพนซอร์ส คุณก็ปรับแต่งเองได้ด้วย
    AR แบบ RF เป็นเพียงหนึ่งในหลายการใช้งานของ 4x4 MIMO software-defined radio ที่เราสร้างขึ้นใหม่ทั้งหมดตั้งแต่ต้น ตัว AR ทำงานโดยเว็บแอปสตรีม RF point ออกมา แล้วเบราว์เซอร์บนมือถือ/แล็ปท็อปก็นำไปผสานกับภาพจากกล้องในเครื่องแบบเรียลไทม์ เราหมกมุ่นกับ latency ต่ำและเฟรมเรตสูงเพื่อให้มันรู้สึกเหมือน AR จริง ๆ รายละเอียดทางเทคนิคอยู่ที่ https://QuadRF.com/

    • ส่วนที่น่าสนใจจริง ๆ ตรงนี้คือ Custom ADC ดูเหมือนจะเป็น ADC แบบ oversampled 1-bit ΣΔ น่าจะราว ๆ 704 MSPS และเหมือนใช้ทรานซิสเตอร์เดี่ยวแบบ differential จับสัญญาณเข้ากับ LVDS RX ของ FPGA
      ดูเป็นวิธีที่ฉลาดในการลดต้นทุนและจำนวนขา แต่ปกติ clock tree ของ FPGA มักมีประสิทธิภาพด้าน jitter ไม่ดีนัก ถ้าไม่ใช้ PLL ภายในก็น่าจะลด spurious ได้ แต่ก็ยังเลี่ยง clock buffer ไม่พ้น
      ในเอกสารก็ระบุไว้ว่ามันอาจแย่ลงได้อีกจาก noise ของ switching regulator ความสนุกของการไล่ล่าแหล่งกำเนิด RF noise สินะ
    • สินค้าดูน่าสนใจมาก แม้ผมยังไม่รู้ว่าจะเอาไปใช้อะไร แต่ก็สั่งจาก Crowd Supply ทันที
      ผมสงสัยว่าทำไมถึงเลือกช่วงความถี่ 4.9~6GHz ถึงแม้มันจะใช้แสดงภาพ WiFi ความถี่สูงได้ แต่ก็คงไม่รองรับ WiFi 2.4GHz หรือ Bluetooth ถ้าจะรองรับย่านนั้นด้วย ฮาร์ดแวร์หรือเสาอากาศจะซับซ้อนและแพงขึ้นมากไหม?
    • เป็นโปรเจ็กต์ที่เจ๋งมากและผมติดตามมานานแล้ว อยากรู้ว่ากำลังเปลี่ยนทิศจากสาย ดาราศาสตร์วิทยุ Earth-Moon-Earth หรือเปล่า
      ตอนที่ผมบุ๊กมาร์กไว้ครั้งแรก เว็บไซต์ยังอยู่ที่ https://open.space
    • ถ้าวางอุปกรณ์นี้สองตัวให้ห่างกันพอสมควร จะได้ ข้อมูล 3D/4D ที่ดีกว่าเดิมไหม?
    • เจ๋งมาก ผมเห็นคำอธิบายสั้น ๆ ว่าอาจใช้กับ mesh network ได้ อยากรู้ว่ามีคำอธิบายละเอียดขึ้นหรือมีลิงก์ให้อ่านเพิ่มเติมไหม?

  • ผมไม่แน่ใจว่าคำว่า “มองเห็น WiFi ผ่านกำแพง” หมายถึงอะไร ใครก็ตามที่เคยใช้ WiFi ก็รู้ว่ามันทำงานทะลุกำแพงได้อยู่แล้ว
    ถ้าพยายามเชื่อม WiFi ในอพาร์ตเมนต์ก็มักจะเห็นเครือข่ายอื่นขึ้นมาอีกเป็นสิบ ๆ เครือข่าย เพราะงั้นพาดหัวนี้เลยดูแทบจะเป็น คำพูดที่ไม่มีความหมาย

    • ถ้าตีความคำว่า “เห็น” ว่าหมายถึง การทำให้มองเห็นเป็นภาพ ผมว่าก็พอเข้าใจได้นะ

  • ในแง่ที่มันทำให้จินตนาการได้ว่ารัฐบาลทำอะไรได้บ้าง ผมเพิ่งอ่านข่าวนี้ก่อนเข้า HN ไม่กี่นาที แล้วก็มาเจอโพสต์นี้พอดี
    [0] https://www.prnewswire.com/news-releases/the-future-takes-fl...

  • สักวันหนึ่งผมอยากสร้างอะไรแบบนี้สำหรับ เสียง บ้าง ถ้ารู้ได้ว่าเสียงมาจากทิศไหนและไกลแค่ไหนก็คงดีมาก
    ในสเกลเล็กก็ใช้หาได้ว่า “ชิ้นส่วนไหนกำลังส่งเสียงเอี๊ยด?” ส่วนสเกลใหญ่ก็ใช้ดูว่า “เสียงดังสนั่นนั่นมาจากไซต์ก่อสร้างที่อยู่ไปอีกกี่บล็อกกันแน่?”

    • Fluke ทำ acoustic imager มาพักใหญ่แล้ว และใช้สำหรับตรวจหารอยรั่ว
      https://www.fluke.com/en-us/product/industrial-imaging/fluke...
    • ที่จริงการทำภาพเสียงแบบเรียลไทม์เคยเป็นโปรเจ็กต์ของผมตอนปีหนึ่งเมื่อ 20 ปีก่อน และอาจเป็นจุดเริ่มที่นำไปสู่การทำแอป AR นี้บน QuadRF ก็ได้
      ถ้าดูรวม ๆ แล้ว เวอร์ชัน RF นี้ ยากกว่าประมาณ 200 เท่า
    • คุณน่าจะลองไปที่ Orfield Labs ในมินนิโซตา
    • ไม่แน่ใจว่าคุณเคยเห็นไหม แต่ตอนนี้เริ่มมีสินค้าที่ออกสู่ตลาดแล้ว แม้จะยังไม่ถึงขั้นตรวจจับระยะทางได้ แต่มันใกล้กับแนว “ตรงไหนกำลังส่งเสียงเอี๊ยด?” มากกว่า
      https://www.youtube.com/watch?v=l8-5lSVCR2w
    • โปรเจ็กต์เจ๋ง ๆ นี้ก็น่าจะน่าสนใจมาก
      https://ribbonfarm.com/2016/06/29/the-daredevil-camera/

  • แอปแสดงภาพทำให้นึกถึงกล้องถ่ายภาพความร้อน
    ผมเคยได้ยินข้อกล่าวอ้างว่าอุปกรณ์บางชนิด โดยเฉพาะทีวี มี 5G cellular uplink ลับ ซ่อนอยู่ แต่ก็ไม่เคยเห็นมีการระบุรุ่นที่ชัดเจน
    ถ้ามีรุ่นแยกที่รองรับย่าน RF ที่ใช้กันแพร่หลายกว่านี้มากขึ้น คนก็คงเดินสำรวจกันเองแล้วตรวจสอบของจริงได้
    เสริมอีกนิดว่า หน่วยงานสามตัวอักษรทั้งหลายคงมีเทคโนโลยีแบบนี้ไว้ใช้เป็นเครื่องมือตรวจหาอุปกรณ์ดักฟังมานานมากแล้ว

    • แล้วค่าเชื่อมต่อ 5G แบบนั้นใครเป็นคนจ่ายให้ผู้ให้บริการ? แล้ว FCC จะพังขนาดยอมให้อุปกรณ์ไร้สาย ที่ไม่ถูกเปิดเผย อยู่ในสินค้าผู้บริโภคเลยหรือ?
    • บน HN จะมีคนพูดเรื่องแบบนี้เป็นระยะ แต่ผมยังไม่เคยเห็นตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมเลย ถ้าคุณรู้จัก โมเด็ม 5G ลับ ที่ใช้สอดส่องผู้คนจริง ๆ ก็อยากให้แชร์นะ

  • ถ้าเอาสิ่งนี้ใส่ใน แว่นอัจฉริยะ ได้ก็น่าสนใจมากจริง ๆ

  • ผมอ่านผ่าน ๆ แล้ว นี่คือการตรวจจับโดรนบนท้องฟ้าใช่ไหม? ไม่แน่ใจว่าผมเข้าใจถูกหรือเปล่า
    พอนึกถึงสิ่งที่กำลังเกิดขึ้นในยุโรปตะวันออกตอนนี้ ก็ดูมีแนวทางประยุกต์ใช้ด้าน การป้องกันประเทศ ได้เหมือนกัน

    • มันตรวจจับโดรนที่ปล่อยสัญญาณ RF ในย่านความถี่เดียวกัน โดรนจำนวนมากที่ใช้ในยูเครนหันไปใช้ สายใยแก้วนำแสงแบบ tether เส้นบาง ๆ ก็เพราะหนึ่งในมาตรการต้านโดรนยุคแรกคือการรบกวนความถี่ที่ผู้ควบคุมใช้กันตรง ๆ
      ตอนนี้ก็มีวิธีต้านโดรนที่ล้ำกว่านั้นแล้ว เช่น ยิงไมโครเวฟพลังงานสูงแบบมีทิศทางเพื่อทำลายวงจร
    • นี่คือการหาแนวทิศทางคลื่นวิทยุด้วย phased array ที่ค่อนข้างมาตรฐานมาก และคาลิเบรตมาสำหรับย่านความถี่ WiFi โดยเฉพาะ อุปกรณ์แบบนี้มีอยู่แล้วในงานแสดงด้านกลาโหมแทบทุกงาน
      เพราะอย่างนั้นจึงมีการรบกวนเพื่อทำให้อุปกรณ์พวกนี้ใช้งานไม่ได้อยู่ทั่วไป และทำให้ UAV จำนวนมากตอนนี้เปลี่ยนจากการควบคุมด้วย RF ไปผูกกับไฟเบอร์แทน
    • เป็นไปได้มากทีเดียว
      ราว 5 ปีก่อนการรุกรานของรัสเซียในปี 2022 เพื่อนคนหนึ่งที่เรียนวิศวกรรมไฟฟ้ามาแบบนอกเส้นทางปกติไปทำงานกับบริษัทที่สร้างเรดาร์ติดตามโดรน
      ของนั้นเป็นระบบ active และในเชิงแนวคิดก็คล้ายเรดาร์ของระบบป้องกันภัยทางอากาศ แต่มีขนาดเล็กกว่าและทำงานได้รวดเร็วกว่า
      อุปกรณ์ในโพสต์นี้เป็น ระบบ passive ที่มองหาตัวส่งสัญญาณของโดรน ลิงก์สื่อสารเป็นจุดอ่อนที่ชัดเจนของโดรน จึงตรวจจับและรบกวนได้ และด้วยเหตุนี้ การแพร่หลายของโดรนโจมตีร้ายแรงที่ทำงานได้แบบไม่ระบุตัวตนจึงดูแทบจะหลีกเลี่ยงไม่ได้

  • UI และผลลัพธ์ของแอปแสดงภาพดูคล้ายกับที่เห็นใน acoustic camera

  • สงสัยว่าเครื่องมือนี้จะช่วยเรื่อง การทดสอบความสอดคล้อง EMC ได้ไหม TinySA ของผมต้องใช้ LNA และก็สงสัยว่าอุปกรณ์นี้จะมี noise floor ต่ำพอสำหรับงานที่ต้องการหรือเปล่า

    • ผมไม่คิดว่าคนที่ทำ EMC/EMI ระดับมืออาชีพจะมองหาอุปกรณ์นี้สำหรับการทดสอบแบบนั้นนะ พวกเขามีเครื่องมือทดสอบที่จำเป็นสำหรับงานนี้อยู่แล้ว
    • สำหรับงานแบบนั้นมันคงไม่ค่อยเหมาะนัก มันค่อนข้าง แบนด์แคบ และก็ไม่ใช่ความถี่ที่ปัญหา EMC มักเกิดกันด้วย ย่าน 5~6GHz ไม่ค่อยมีแนวโน้มว่าจะมีอะไรแผ่ออกมาที่ความถี่นั้น เว้นแต่จะตั้งใจส่งที่ความถี่นั้นอยู่แล้ว

  • น่าสนใจดี SDR มีของราคาจับต้องได้มาสักพักแล้ว แต่พลังประมวลผลที่ต้องใช้จัดการ WiFi และสัญญาณดิจิทัลอื่น ๆ กลับหาได้ยากพอสมควร
    ถ้าสมมุติว่าในอนาคตเราซื้อ RAM ได้จริง ผมคิดว่าอุปกรณ์สำหรับผู้ใช้ระดับ prosumer เพื่อวิเคราะห์สัญญาณดิบจะออกมาอีกเยอะมาก

    • มี SDR รุ่นไหนที่คุณนึกถึงเป็นพิเศษไหม? ผมคิดว่าดองเกิล v2 ไปไม่ถึงย่าน WiFi และเพิ่งมาสนใจอยากเรียนรู้ SDR ไม่นานนี้เอง เผื่อจะช่วยให้เข้าใจแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดีขึ้น