芯耀
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能夠有時間靜下心來寫一篇文章，傳遞一些自己的過往經(jīng)驗，對于我現(xiàn)在的境況來說也不是一件容易的事了。
最近又是病魔染身的恢復(fù)階段，上次在醫(yī)院寫了一篇關(guān)于兩輪車行業(yè)控制器的“卷”像，收獲了幾千個粉絲，這對我當時來說備受鼓舞。而今舊疾復(fù)發(fā)又在醫(yī)院躺了一個月，隨著頭腦清醒，身體恢復(fù)，感悟頗多，往事也浮上心頭，順應(yīng)泉涌的思緒回憶下當年玩藍牙解鎖的經(jīng)歷。
想來也是多年之前了，當年所在公司的組織架構(gòu)上效仿了阿里的大中臺模式，業(yè)務(wù)端又剛剛布局了兩輪車業(yè)務(wù)，我在中臺負責電子部分的研發(fā)，其中一部分任務(wù)是探索一些業(yè)務(wù)端可能需要的技術(shù)點，對于接近解鎖也算是系統(tǒng)的做了一些調(diào)研。
一、早期兩輪車在解鎖上的方向
早期的兩輪車沒有太多智能體驗可言，其注重的依然是高可靠，耐摔，耐用，城市其實還是蠻少見的，但是農(nóng)村則有很多，農(nóng)民看待這個東西就是經(jīng)不經(jīng)得用，所以俗稱這玩意為小電爐。
在兩輪車的啟動和鎖車方面，最初只是機械鑰匙來控制電門鎖，甚至連報警器也沒有。
后來兩輪車學著汽車的用戶體驗?zāi)Ｊ皆O(shè)計出了遙控鑰匙，市場上涌現(xiàn)出了大量的公模產(chǎn)品，3-4個按鍵，控制兩輪車的啟動，鎖止，以及設(shè)防功能。這種方案一般應(yīng)用的是超再生射頻無線技術(shù)，后來普遍使用了433Mhz的無線通信，這類芯片在深圳已經(jīng)做到非常高的集成度，外部只需4個按鍵和天線，內(nèi)部各種編碼對碼機制都集成了，成本就幾毛錢，用量非常大，因為除了兩輪車的鑰匙，它還被用到各種玩具遙控，卷簾門控制，停車場門控等。
作為中臺部門，肯定是要著眼于突破現(xiàn)有技術(shù)，做更智能可靠，更具用戶體驗感的技術(shù)探索，于是當時把這個技術(shù)方向就定為了接近解鎖技術(shù)。
當時汽車的無鑰匙解鎖及一鍵啟動等技術(shù)已經(jīng)很普遍了，于是我第一個想到的就是沿用汽車的PKE技術(shù)。
兩輪車的無感解鎖--PKE技術(shù)原理
解決一個需求的想法其實并不難，就像兩輪車上我們想沿用汽車的技術(shù)一樣,我們總能在其他行業(yè)找到類似的應(yīng)用，但是真正實現(xiàn)起來會發(fā)現(xiàn)存在諸多問題，汽車的PKE方案當時基本是NXP的居多，那個方案很貴，根本無法應(yīng)用到兩輪車上，幸好有深圳的一些半導(dǎo)體公司將這項汽車應(yīng)用技術(shù)簡化，把成本降了下來。
這里介紹一下廣芯微電子的PKE方案，專用于電動車和兩輪車上面的低成本方案
有興趣的可以單獨聯(lián)系溝通（微信：AlwaysDebug）
所以，如今在兩輪車上實現(xiàn)PKE的解鎖成本非常低，可這是智能硬件時代，萬物皆有藍牙，萬物皆連手機，萬物皆可上云。兩輪車市場的需求已經(jīng)被車聯(lián)網(wǎng)的風吹進了物聯(lián)網(wǎng)的時代，車上的藍牙是必不可少的，那么為了成本的最優(yōu)化設(shè)計，怎么利用藍牙這個無線技術(shù)來實現(xiàn)解鎖就變成了迫切需要解決的問題。
二、解決測距算法和硬件問題
印象中從2013年左右，BLE隨著智能手機的廣泛應(yīng)用也迅速的展開了智能硬件的創(chuàng)新趨勢，當時的智能硬件產(chǎn)品五花八門，讓人眼花繚亂，幾乎所有的產(chǎn)品加上智能兩個字就等同于加上了BLE技術(shù)，和手機通信再加上手機上的APP各種數(shù)據(jù)整合及算法，互聯(lián)網(wǎng)硬件空前的繁榮起來。
雖然BLE在低速通信方面和手機的配合可以說是天衣無縫，但是如果僅僅利用這種通信來解決接近解鎖的功能，這個接近的概念就顯得非常的模糊和不可靠，因為BLE的通信距離雖然統(tǒng)一的說法是10m，但是因為不同的手機設(shè)計以及天線類型和發(fā)射功率的不同，通信的距離遠近差異很大，空曠的時候通信距離甚至可以達到100m，但是在存在遮擋或者電磁環(huán)境干擾大的地方就會縮短為10m以內(nèi)，尤其是對于wifi的干擾，當時記得在小米調(diào)試的時候，我們的車在小米大樓的某個位置收到各種wifi信號的干擾導(dǎo)致通信距離縮短為2-3m。當然這里的問題并不只是干擾的問題，還和藍牙模塊的設(shè)計，以及模塊和整機的布局接地有關(guān)系，我會在后面詳細介紹。
那么靠通信的連接和中斷來判斷接近顯然精度是不夠的，于是我們開始調(diào)研基于BLE的RSSI信號強弱來判斷設(shè)備間的距離的算法，最初用我們的模組進行測試，在空曠的情況下表現(xiàn)還是不錯的，雖然RSSI值和設(shè)備距離之間的關(guān)系并非線性關(guān)系，但是我們可以進行標定和擬合，以使得RSSI的值比較準確的反應(yīng)距離的數(shù)據(jù)，不過這個距離的精度實際上也只有兩三米左右的精度。
然而當我們將算法真正移植到產(chǎn)品場景中的時候，真正的挑戰(zhàn)才慢慢地顯現(xiàn)出來。
由于公司的中臺模式加上藍牙聯(lián)盟的認證要求，迫使我們在藍牙的設(shè)計上必須統(tǒng)一藍牙模組的設(shè)計，因此我們整個集團各個業(yè)務(wù)線都需要使用中臺設(shè)計的藍牙模塊，因為只有這樣藍牙模塊才可以進行一次BQB認證，應(yīng)用在其他的產(chǎn)品上可以使用列名的方式以降低費用。
認證的成本降低只是其中一個優(yōu)點，另外一個優(yōu)點就是藍牙模組的生產(chǎn)管控統(tǒng)一起來，也會避免不同業(yè)務(wù)線由于對藍牙的不熟悉而造成設(shè)計問題，這也應(yīng)該算是硬件公司中臺架構(gòu)的一個核心思想。
說完優(yōu)點肯定是有缺點的。
公司發(fā)展初期，研發(fā)在藍牙上沒有任何的經(jīng)驗，我是現(xiàn)學現(xiàn)賣的自己設(shè)計了基于Nordic的藍牙模塊，抄了一個倒F天線上去，當時對于天線性能的評估絕對是懵逼的狀態(tài)，只是對通信距離和丟包進行了簡單的測試，而這樣的測試其實只能確保通信的正常，對于通過RSSI進行距離的評估是很差的。因此我們通過認證的藍牙模組在測距方面出現(xiàn)了以下的各種問題。
首先，天線的輻射方向問題，藍牙的板載天線往往極化方向比較窄，我們第一款藍牙模塊的輻射方向特別窄，這就導(dǎo)致了不同方向上檢測到的RSSI值和距離的對應(yīng)關(guān)系差異很大，在用戶場景上的體驗就是，從不同的方向走近設(shè)備，解鎖的體驗不同（和藍牙布局的姿態(tài)位置都有關(guān)系），甚至可能會失靈。而且不同的車型在應(yīng)用同一個藍牙模塊的時候，天線的性能往往也存在比較大的差異，這是因為天線的回路接地的時候要考慮整個系統(tǒng)板的參考地平面，因此對于這類應(yīng)用還是需要每一個車型藍牙天線性能進行評估和調(diào)整藍牙天線的布局。
這里延展一下BLE的AOA定位技術(shù)，他是通過陣列天線來檢測設(shè)備的具體位置信息，這樣對于天線的方向性可以進行一定的規(guī)避，定位精度也會更高，但是由于天線陣列需要多個以及配置相應(yīng)的收發(fā)器，還有空間的問題，因此AOA技術(shù)在兩輪車系統(tǒng)中的應(yīng)用還尚不成熟。
其次，單純的解決了藍牙模組端的一致性問題后，依然無法確保用戶測體驗的可靠性，因為大家用的手機品牌型號都不一樣，這里幸虧蘋果的用戶占據(jù)了一大部分，畢竟機型單一，一致性就會好很多。而對于國內(nèi)的小米，華為，OPPO等品牌對于藍牙的設(shè)計各不相同，同一品牌的機型又有高中低端，選用的基帶芯片和方案也是差異化極大，比如高通和聯(lián)發(fā)科的方案就存在差異，除了硬件差異，軟件協(xié)議上都存在一些不兼容的問題，因此藍牙接近解鎖在不同的手機上也需要做相應(yīng)的適配算法才能保障用戶側(cè)的體驗效果。
三、借鑒毛豆3的解鎖，解開蘋果系統(tǒng)?；顔栴}
上面我們講完了在手機的接近解鎖應(yīng)用中需要關(guān)注的BLE設(shè)備端和手機端的差異化問題，那么在體驗端還有一個問題是非常棘手的，那就是要保證用戶在使用接近解鎖時能夠做到不掏出手機，這樣的體驗需要我們的APP在手機系統(tǒng)中一直處于活動狀態(tài)，這對于Android系統(tǒng)來說解決的方案會比較多，比如下面：
1.? 要求用戶允許始終定位
2. 允許手機打開自啟動功能
3. 允許后臺常駐或者關(guān)閉耗電優(yōu)化功能
4. app啟動后臺服務(wù)，創(chuàng)建常駐的通知
但是蘋果系統(tǒng)比較封閉，而且你看蘋果那么省電，那么小的電池卻能保持那么長的待機時間，也是得益于蘋果系統(tǒng)的嚴格管控。
當時我們一直認為在蘋果系統(tǒng)上無法突破這個難題，直到那一年特斯拉的毛豆3發(fā)布，居然有手機解鎖的功能，恰好公司兩個同事第一批就拿到了車，于是我也算是搶先體驗了一把電車的接近解鎖功能，總體來說蘋果的體驗要比Android手機的體驗好，這引起了我極大的好奇。
一番研究后發(fā)現(xiàn)，毛豆3其實配置了5個BLE，分別在四個門柱和后備箱部位。首先5個位置的藍牙形成一個類似gps的定位系統(tǒng)，大大地提高了定位精度，可以判斷手機在車的哪個部位，甚至可以判斷手機從哪個部位走來，但是對于人體的遮擋依然存在很大誤差，這也是2.4G通信的一個無法繞過的問題。
另外，對于毛豆3是如何解決蘋果系統(tǒng)保活問題，我開始還是處于懵逼狀態(tài)，只能猜測是兩家公司合作，特斯拉在蘋果系統(tǒng)建立了白名單，這樣的操作對于我們一家中國小公司來說可能不太現(xiàn)實，不說別的，一個lighting接口的認證就能攔住一大部分國內(nèi)的智能硬件公司。
直到有一天我去用分析儀掃描毛豆3的5個藍牙的廣播信息時，才讓我發(fā)現(xiàn)端倪，原來毛豆3的5個藍牙的廣播是基于ibeacon協(xié)議的，并且廣播的內(nèi)容存在差異，于是就順利的解開了蘋果系統(tǒng)拉活應(yīng)用的問題，這里的要點放在后面的文章中解釋如何操作。
四、閃騎俠的另一個解法和弊端
由于我們當時的解決方案還是有一定的技術(shù)壁壘的，因此很多廠商并不能一下就抄出來了，過了一段時間，市場上出來一個閃騎俠的解決方案，他利用了BLE應(yīng)用協(xié)議層的HID標準設(shè)備，把自己模擬成鼠標鍵盤一類的系統(tǒng)內(nèi)置標準設(shè)備，這樣無論是蘋果手機還是Android系統(tǒng)的手機，都會去主動連接這個HID設(shè)備，那么藍牙設(shè)備端就會根據(jù)被連接的狀態(tài)來進行鎖車和解鎖。
這確實是一個很簡單的實現(xiàn)解鎖的方式，但是缺點也比較明顯，就是沒有接近的精度可言，有時候離著20米，還沒有看見車就解鎖了，有時候手機裝兜里一轉(zhuǎn)身就鎖車了，因為信號被身體遮擋了。
另外一個問題就是無論是Android還是IOS，它們在電量低的時候?qū)τ贖ID設(shè)備的主動連接是有不同策略的，這也導(dǎo)致不同的手機有不同的失敗情形，同時手機系統(tǒng)廠商也會對多次連接失敗進行解綁操作，凡此種種導(dǎo)致了基于HID等上層協(xié)議的接近解鎖方案也不是能夠得到可靠的體驗。
五、有沒有終極的解決方案
目前來看，由于各個手機廠商不同的藍牙軟硬件設(shè)計，規(guī)模小的智能硬件公司確實很難做到各個手機品牌型號的兼容，即便是小米生態(tài)鏈的公司也很難兼容小米的眾多手機型號，因為即便是小米開發(fā)的手機，很大程度上藍牙協(xié)議棧是由高通或者聯(lián)發(fā)科等公司提供的支持。
那么在這個方向上有什么終極方案來解決呢？
這里我提三個可行的嘗試方案：
1. 汽車連接聯(lián)盟（CCC）開發(fā)的Carkey協(xié)議，這個協(xié)議未來方向是基于NFC，藍牙和UWB進行距離檢測和加密通信來提高汽車的安全性和體驗。
2. 國內(nèi)也有些聯(lián)盟，主要是國內(nèi)主機廠和手機廠參與的解決方案，但是大家不太抱團，華為愛單干，這里有ICCOA（智慧車聯(lián)開放聯(lián)盟標準）發(fā)布的數(shù)字車鑰匙方案。
3. 利用更大型的APP公司解決?；顔栴}來屏蔽不同手機廠商的差異性，比如微信或者支付寶這一類的應(yīng)用。目前微信上面就有這么一個業(yè)務(wù)，似乎是想為接近解鎖提供一個統(tǒng)一的介入平臺，我在磐啟微的藍牙芯片上對接了騰訊連連的接近解鎖平臺，目前體驗起來還不錯，同時也在磐啟微的藍牙上面對RSSI的測距方面做了些算法優(yōu)化，效果如下圖，
紅色線為平滑后的距離波形，感興趣的可以進一步溝通（微信：AlwaysDebug）
