(学习日记)2024.01.13:一份关于自行车定位的调研 2

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由于时间的不足与学习的碎片化,写博客变得有些奢侈。
但是对于记录学习(忘了以后能快速复习)的渴望一天天变得强烈。
既然如此
不如以天为单位,以时间为顺序,仅仅将博客当做一个知识学习的目录,记录笔者认为最通俗、最有帮助的资料,并尽量总结几句话指明本质,以便于日后搜索起来更加容易。


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2024.01.13

  • 四、共享单车智能锁

四、共享单车智能锁

  1. 短信解锁
    早期的移动通讯解锁是通过发送短信来实现解锁的,共享单车的智能锁内集成了带有独立号码的SIM卡,当用手机APP扫描共享单车上的二维码时,手机就向后台发送了这辆车特有的编号信息,后台就可以查询到这辆车的位置和状态,在确认了开锁指令之后,云端服务器就会向该车的SIM卡发送开锁短信,接收到短信之后,就会听到车锁内的电机转动和锁鞘“啪”的一声,解锁成功。短信开锁的优势在于开锁成功率比较高,开锁不需要通过GPRS/3G流量,比较省电。但其缺点在于开锁时间相对较慢,原因在于发出开锁指令之后,还需要等待短信的投递。

    一开始以摩拜为代表的共享单车的开锁过程比现在慢多了,每次开锁大概在6~10秒,但极少开锁失败。笔者很早就注册使用共享单车,对此深有体会。原因其实是最开始的共享单车,开锁并不是使用GPRS流量来控制的,而是服务器通过给自行车发短信(对,就是手机短信),响应然后开锁。6至10秒的延时也正正是短信投递的时间。

    但同时,短信解锁的方式也有很大的劣势,比如锁需要始终与网络保持长连接的,就是说这个“手机”始终是开机的状态,时刻要接收信号,而目前GSM终端待机时长(不含业务)仅20天左右,这之间的耗电就需要通过其他方式转化为电能为其充电。前期由于共享出行尚未普及,而单车是需要使用者发电维持的(相信大家都知道摩拜初代用的是轴承不是链条,靠我们骑车来发电),如果某辆车一直没人骑,等到它的电量耗尽变成一辆“僵尸车”,一旦这种情况多起来,线下维护的成本就非常高。

(学习日记)2024.01.13:一份关于自行车定位的调研 2_第1张图片

  1. GPRS开锁
    由服务器通过GPRS/3G流量开锁的方式好处是等待时间明显剪短,从短信开锁的10秒左右,变成了3秒内开锁,提升了用户体验。而且随着网络流量价格的降低,在频繁使用过程中要比短信更便宜,获取的信息量也更大。

    GPRS开锁的劣势是,如果采用3G或者4G模块的话,4G通信模块成本过高,一般需要200元人民币以上。随着物联网的兴起,虽然国内已经有多家蜂窝通信模块厂商,但现有蜂窝通信技术的高功耗、高成本的硬伤,还是不如其他制式更有优势。

  2. GPRS + 蓝牙开锁
    流量+ 蓝牙辅助开锁 将 开锁不稳定、开锁时间慢、耗电等所有问题得以一次性解决。蓝牙辅助开锁,原理是使用用户的手机蓝牙通过加密,与锁内的蓝牙配对后开锁。服务器只需用流量连接用户手机,再由手机蓝牙发送开锁指令到智能锁。这样一来,开锁功耗大大降低,也不需要依赖锁中模块的信号强度,提高稳定性。4G手机的流量速度也保证了开锁时间,这种流量蓝牙“二合一”的开锁方式可谓终极方法。

  3. LTE IoT开锁,eMTC/NB-IoT模块
    eMTC/NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IoT)市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。

    我们先看一下其与上述几种物联网制式相比,显著的优势。

    一是低功耗,软件方面可以通过物理层优化、新的节电特性、高层协议优化及操作系统优化实现;硬件实现低功耗可通过提升集成度、器件性能优化、架构优化等几种方式。最终的效果是,终端电池寿命理论状态将可以达到10 年。

    二是低成本,相较于3G模组20美金成本,多模LTE IoT模组通过规模商用将使成本减半。目前NB-IoT芯片在—百万左右量产级别上,价格为5美元/个,在千万到亿量产级别上价格可以下降至1美元/个。同时,运营商模组补贴的政策也将大大降低产品价格,芯片和模组的成本在短期内会降低,从而替代传统的GSM、GPRS通讯模组场景,加速应用的落地。

    三是广深覆盖,NB-IoT 覆盖半径约是GSM/LTE 的4 倍,eMTC覆盖半径约是GSM/LTE 的3 倍。

    四是海量终端连接,eMTC/NB-IoT经过优化,基本可以达到5 万连接数/ 小区。

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    但是,eMTC/NB-IoT制式组网也有显著的劣势。最直接的表述,就是小马拉大车。

    NB-IoT更多适用于抄表等业务。在共享单车上部署NB-IoT有些挑战,基站的切换与耗电并没有比2G好很多,也并不优于eMTC。其NB-IoT对数据速率支持较差,移动性弱,在实测环境中,无法满足超过30km/小时的速度。对于共享汽车,甚至快递业使用,都可能会产生制约。
    考虑网络的延时性、基站切换、功耗等因素,共享单车更适合于eMTC应用,但共享单车没有对大带宽的需求。从带宽供需角度看,共享单车并不需要1Mbps速率,eMTC看上去似乎也不太适合共享单车的应用。

    因此,联合组网也许是个不错的方式,未来有更多的应用场景,也将使用到NB-IoT与eMTC互补,甚至需要短距连接互补的方式。综上所述,通过NB-IoT与eMTC互补+2G与eSIM结合,才能满足摩拜的多场景应用需求。

    通过摩拜单车智能车锁的故事我们看到,未来组网方式并不是非此即彼的选择,同时不同垂直行业,不同应用场景下,对网络制式的选择还有很长的路需要摸索。随着产业的发展,并没有所谓完美的解决方案出现,适用于2G/NB-IoT/eMTC多种连接技术的多模蜂窝物联网模块,也许会成为短期内行业主流。

参考资料:
手机是如何解锁共享单车的?带你了解背后的原理
我破解了两款用蓝牙开锁的共享单车
共享单车上的智能锁,做出来有多难?
史上最全、最详细的共享单车车锁拆解(附:所用器件说明)
共享单车的核心技术原理
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