泛在无源物联网实验室的龚伟教授和袁龙志博士共同设计并搭建了第三代WiFi反向散射通信系统，该系统首次实现了反向散射通信与原生WiFi的兼容性。该项工作使反向散射系统能够利用环境中任意内容的WiFi包为载波，实现反向散射节点与WiFi设备的合法数据交互，克服了反向散射系统中载波内容的不确定性问题，对推动反向散射通信技术的大规模部署和应用具有重要意义。相关研究成果已发表在国际学术会议ACM MobiSys 2023上。
反向散射通信是一种利用已有的射频信号作为载波实现信息传输的技术，具有超低功耗、超低系统复杂度的优势，在物联网中具有极大优势。其工作过程与人看到大千世界万事万物的过程有一定的相似性。人们能够看到某一器物是因为有光线从它传播到人的眼睛里。除太阳、星星和照明灯等光源之外，人也能看到月亮、大地和楼宇等本身并不发光的物体，这是因为照射到其表面的光线会反射并传播到人的眼睛。在反向散射通信中，射频信号是信息传输的载体，反向散射节点就类似于这些不发光，但依然可以被“看到”的物体，而接收机扮演眼睛的角色。需要注意的是，反射后光线的颜色不仅由物体决定，也与入射光线的颜色有关，比如，用红色的光线照射时，绿色的物体在我们眼中就变成了黑色。类似现象也存在于反向散射系统中：节点反射后的信号在接收端的解调结果同时与载波内容和节点数据相关，这会影响节点数据的解调。事实上，这也是第一、二代WiFi反向散射通信系统存在的重大问题。但是，自然界中的变色龙（Chameleon）会主动改变自身的颜色以使反射光线颜色与环境保持一致。那么，是否可以通过调整反向散射节点的调制方式来抵消载波内容的影响？在这一思路下，课题组设计了先解析环境载波的内容，再据此调整节点调制相位的反向散射系统，最终使得反射后的信号是仅包含节点数据的合法WiFi数据包，即第三代WiFi反向散射通信系统。基于与变色龙变色原理的相似性，此系统被命名为“Chameleon”，其工作方式如下图所示。
图：Chameleon系统工作过程示意
沿前述思路，面临的主要技术困难是如何在反向散射系统中解析环境WiFi数据包内容，以及如何根据解析结果调整节点的调制策略。针对第一个挑战，研究人员观察到802.11b WiFi信号的基带处理会赋予数据‘0’和‘1’不同的包络波形，并基于此设计了差分解调技术。针对第二个挑战，研究人员通过分析实验现象发现，利用差分解调结果和目标数据的“异或”运算结果来控制反向散射调制即可消除载波内容对反射信号的影响。结合两方面的技术，节点可将包含任意内容的环境WiFi包调制为仅包含节点数据的合法WiFi包。此系统能兼容iPhone、iPad、安卓手机、笔记本电脑等WiFi设备，这对于将反向散射系统接入到WiFi网络具有重要意义，有助于推动物联网发展。
图：商用设备扫描到的载波包和节点包示意