Verblüffend simpel: WLAN-Netze könnten künftig dabei helfen, Museen, Schulen und andere öffentliche Räume sicherer zu machen. Denn US-Forscher haben eine Methode entwickelt, um diese Signale zum Aufspüren von Waffen, Sprengstoffen oder anderen potenziell gefährlichen Objekten zu nutzen. Spezifische Veränderungen des WLAN-Signals verraten dabei beispielsweise, ob ein Metallobjekt oder eine Flüssigkeit im Rucksacke verborgen ist.
An Flughäfen sind sie längst Standard: Sicherheitskontrollen von Passagieren und Gepäck mittels Terahertz- und Röntgenstrahlung. Besteht der Verdacht, dass ein Koffer Sprengstoff enthält, kann sogar ein spezieller Radarroboter die Gefahr erkunden. Sprengstoff oder Gifte in Briefen lassen sich zudem mittels Terahertzstrahlung detektieren. Doch so wirksam diese Verfahren sind, für einen breiten Einsatz in öffentlichen Räumen wie Museen oder Schulen sind sie zu aufwändig und zu speziell.
Subtile Veränderungen
Doch beim Sicherheitscheck in solchen Umgebungen könnte künftig ein Medium helfen, das ohnehin schon an den meisten Orten existiert: das WLAN. Denn ähnlich wie bei Röntgenstrahlen werden auch die Radiowellen dieser Funknetze von Materialien reflektiert oder je nach Beschaffenheit von Objekten in ihren Eigenschaften modifiziert. Wie sich dies praktisch nutzen lässt, haben nun Chen Wang und sein Team von der Rutgers University in den USA demonstriert.
Für ihren Sicherheitscheck per WLAN nutzen die Forscher Informationen, die in der sogenannten Channel State Information (CSI) des WLAN-Signals enthalten sind. „Er enthält Informationen über die Amplitude und die Phase der Funksignale und spiegelt so die verschiedenen Interferenzen wider, die durch das Material und die Form von Objekten entstehen“, erklären Wang und seine Kollegen.
Material verborgener Objekte identifiziert
Um herauszufinden, ob sich in einem Koffer oder einer Tasche potenzielle gefährliche Gegenstände verbergen, wird nur ein normaler WLAN-Sender mit zwei bis drei Empfänger-Antennen benötigt. Im ersten Schritt wird das Gepäckstück direkt zwischen den Transmitter und eine der Antennen gelegt. Die WLAN- Signale durchlaufen den Tascheninhalt und werden durch die Materialien des Inhalts jeweils auf spezifische Weise modifiziert.
Ein lernfähiger Algorithmus ermittelt aus diesen Veränderungen, ob das Gepäck beispielsweise metallische Objekte oder Flüssigkeiten enthält. In Tests mit verschieden großen Rucksäcken, Taschen und Pappkartons und 15 verschiedene Objekten darin gelang es den Forschern, 98 Prozent der verborgenen Metallobjekte aufzuspüren. Bei Flüssigkeiten lag die Trefferquote im Mittel bei 95 Prozent.
Informationen zu Form, Volumen und Größe
Auch die Form eines eingepackten Objekts lässt sich mittels WLAN-Signal identifizieren, wie der zweite Schritt im Test zeigte. Dafür stellten die Forscher die Empfangsantenne näher an den WLAN-Transmitter und legten das Gepäckstück seitlich ab. Dadurch werden die Radiosignale von der Oberfläche der Objekte zurückgeworfen und abgelenkt und liefern so Informationen über deren Form und Größe.
Das Ergebnis: Bei versteckten Metallobjekten kann die WLAN-Methode deren Größe bis auf weniger als einen Zentimeter genau bestimmen. „Der durchschnittlichen Fehlerspannen für die Länge und Breite eines Metallobjekts lagen bei 0,5 und 0,3 Zentimetern“, berichten Wang und seine Kollegen. Bei Flüssigkeiten lässt sich anhand der WLAN-Signale auch das Volumen bestimmen. „Die Fehlerspanne bei der Volumenschätzung war kleiner als 35 Milliliter“, so die Forscher.
Nach Ansicht der Wissenschaftler bietet damit das ohnehin fast allgegenwärtige WLAN-Netzwerk eine gute Möglichkeit, öffentliche Räume ohne große Kosten oder Personalaufwand sicherer zu machen. Für ihre Studie haben sie jetzt bei der 2018 IEEE Conference on Communications and Network Security den „Best Paper“-Preis erhalten.
(Rutgers University, 15.08.2018 – NPO)
