物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何改變智能鎖

相比蜂窩網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)的制式復(fù)雜而且不斷變化，如何非常好的理清不同物聯(lián)網(wǎng)制式的原理、制式特征以及應(yīng)用場景，本文試圖通過講述智能車鎖的應(yīng)用進(jìn)化，進(jìn)行說明。

首先，我們看看物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主要業(yè)務(wù)是什么。LPWA業(yè)務(wù)的主要特征包括低功耗、低成本、低吞吐率、要求廣（深）覆蓋且所涉終端數(shù)量巨大，其典型應(yīng)用包含抄表、環(huán)境監(jiān)控、物流、資產(chǎn)追蹤等，是全球各運(yùn)營商爭奪連接的主要市場。

那么，承載LPWA類業(yè)務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)包括哪些呢。LPWA承載技術(shù)包括：基于2/3/4G的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如GSM、GPRS、LTE;基于LTE優(yōu)化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，包含針對成本進(jìn)行了優(yōu)化的LTE Cat 1、針對成本與功耗進(jìn)行了優(yōu)化的LTE Cat 0及eMTC技術(shù);基于全新空口設(shè)計的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如NB-IOT;基于非蜂窩承載的技術(shù)，如LoRa、Sigfox等。

最后，我們看看如何針對智能單車的智能鎖，來區(qū)分下幾種網(wǎng)絡(luò)制式之間的區(qū)別。

一、短信開鎖，GSM模塊

第一代摩拜共享單車，車鎖內(nèi)置的是GSM 模塊，用戶手機(jī)掃描車體二維碼，大約10秒左右，電機(jī)帶動和鎖鞘“啪”的一聲，解鎖成功。

GSM 模塊的原理是采用短信解鎖，智能車鎖與插了SIM卡的功能手機(jī)類似，10秒左右的解鎖時間也正是短信投遞的時間。

短信解鎖的方式有其優(yōu)勢，開鎖比較穩(wěn)定，開鎖不需要通過GPRS/3G流量。

但同時，短信解鎖的方式也有很大的劣勢，比如鎖需要始終與網(wǎng)絡(luò)保持長連接的，就是說這個“手機(jī)”始終是開機(jī)的狀態(tài)，時刻要接收信號，而目前GSM終端待機(jī)時長（不含業(yè)務(wù)）僅20天左右，這之間的耗電就需要通過其他方式轉(zhuǎn)化為電能為其充電。

二、GPRS開鎖，GPRS/3G模塊

接下來共享單車的開鎖速度有了明顯提升，這主要是采用了由服務(wù)器通過GPRS/3G流量開鎖的方式。

GPRS開鎖的好處是等待時間明顯剪短，從短信開鎖的10秒左右，變成了3秒內(nèi)開鎖，提升了用戶體驗。而且隨著網(wǎng)絡(luò)流量價格的降低，在頻繁使用過程中要比短信更便宜，獲取的信息量也更大。

GPRS開鎖的劣勢是，GPRS信號覆蓋并不是全方位的，一旦有了遮擋或者阻礙物，就會產(chǎn)生信號黑點，而且相比其他網(wǎng)絡(luò)制式，GPRS網(wǎng)絡(luò)的死角還相當(dāng)多。

如果采用3G或者4G模塊的話，解決了信號覆蓋的問題，但是4G通信模塊成本過高，一般需要200元人民幣以上。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，雖然國內(nèi)已經(jīng)有多家蜂窩通信模塊廠商，但現(xiàn)有蜂窩通信技術(shù)的高功耗、高成本的硬傷，還是不如其他制式更有優(yōu)勢。

三、藍(lán)牙解鎖，短距連接

藍(lán)牙開鎖的原理是通過業(yè)務(wù)層校驗，手機(jī)下載指令加密包，再將包發(fā)送到藍(lán)牙，從而完成解鎖的。是讓手機(jī)跟車鎖直接交互的一種短距連接方式。

單純的藍(lán)牙解鎖有大量的弊端，首先各家手機(jī)商（這里主要指安卓手機(jī)）藍(lán)牙的芯片版本兼容太差，華為能開的話，魅族和小米不一定，何況市場上數(shù)十種安卓手機(jī)，同樣是華為的在不同的版本都有兼容問題，目前的主要原因是因為采購的藍(lán)牙芯片差異太大。

拿小藍(lán)小鳴單車為例，除了IOS系統(tǒng)外，失敗率高達(dá)80%，而且藍(lán)牙的故障率相對較高。

藍(lán)牙解鎖的優(yōu)點是，可以通過藍(lán)牙輔助流量開鎖。服務(wù)器只需用流量連接用戶手機(jī)，再由手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送開鎖指令到智能鎖。這樣一來，開鎖功耗大大降低，也不需要依賴鎖中模塊的信號強(qiáng)度，提高穩(wěn)定性。4G手機(jī)的流量速度也保證了開鎖時間，開鎖不穩(wěn)定、開鎖時間慢、耗電等所有問題都可以得以解決。

當(dāng)然藍(lán)牙解鎖的很大問題是，用戶需要手動打開藍(lán)牙，并能夠準(zhǔn)確定位對應(yīng)的車輛才行。

四、LTE IoT開鎖，eMTC/NB-IoT模塊

5月23日，國內(nèi)開啟首個 eMTC/NB-IoT/GSM（LTE Cat M1/NB1和E-GPRS）多模外場測試，摩拜單車參與了多模LTE IoT外場測試。

eMTC/NB-IoT聚焦于低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)。

我們先看一下其與上述幾種物聯(lián)網(wǎng)制式相比，顯著的優(yōu)勢。

一是低功耗，軟件方面可以通過物理層優(yōu)化、新的節(jié)電特性、高層協(xié)議優(yōu)化及操作系統(tǒng)優(yōu)化實現(xiàn);硬件實現(xiàn)低功耗可通過提升集成度、器件性能優(yōu)化、架構(gòu)優(yōu)化等幾種方式。最終的效果是，終端電池壽命理論狀態(tài)將可以達(dá)到10 年。

二是低成本，相較于3G模組20美金成本，多模LTE IoT模組通過規(guī)模商用將使成本減半。目前NB-IoT芯片在—百萬左右量產(chǎn)級別上，價格為5美元/個，在千萬到億量產(chǎn)級別上價格可以下降至1美元/個。同時，運(yùn)營商模組補(bǔ)貼的政策也將大大降低產(chǎn)品價格，芯片和模組的成本在短期內(nèi)會降低，從而替代傳統(tǒng)的GSM、GPRS通訊模組場景，加速應(yīng)用的落地。

三是廣深覆蓋，NB-IoT 覆蓋半徑約是GSM/LTE 的4 倍，eMTC覆蓋半徑約是GSM/LTE 的3 倍。

四是海量終端連接，eMTC/NB-IoT經(jīng)過優(yōu)化，基本可以達(dá)到5 萬連接數(shù)/ 小區(qū)。

當(dāng)然，摩拜單車選擇eMTC/NB-IoT制式組網(wǎng)，也有顯著的劣勢。最直接的表述，就是小馬拉大車。

NB-IoT更多適用于抄表等業(yè)務(wù)。在共享單車上部署NB-IoT有些挑戰(zhàn)，基站的切換與耗電并沒有比2G好很多，也并不優(yōu)于eMTC。其NB-IoT對數(shù)據(jù)速率支持較差，移動性弱，在實測環(huán)境中，無法滿足超過30km/小時的速度。對于共享汽車，甚至快遞業(yè)使用，都可能會產(chǎn)生制約。

考慮網(wǎng)絡(luò)的延時性、基站切換、功耗等因素，共享單車更適合于eMTC應(yīng)用，但共享單車沒有對大帶寬的需求。從帶寬供需角度看，共享單車并不需要1Mbps速率，eMTC看上去似乎也不太適合共享單車的應(yīng)用。

因此，聯(lián)合組網(wǎng)也許是個不錯的方式，未來有更多的應(yīng)用場景，也將使用到NB-IoT與eMTC互補(bǔ)，甚至需要短距連接互補(bǔ)的方式。綜上所述，通過NB-IoT與eMTC互補(bǔ)+2G與eSIM結(jié)合，才能滿足摩拜的多場景應(yīng)用需求。

結(jié)束

通過摩拜單車智能車鎖的故事我們看到，未來組網(wǎng)方式并不是非此即彼的選擇，同時不同垂直行業(yè)，不同應(yīng)用場景下，對網(wǎng)絡(luò)制式的選擇還有很長的路需要摸索。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并沒有所謂完美的解決方案出現(xiàn)，適用于2G/NB-IoT/eMTC多種連接技術(shù)的多模蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模塊，也許會成為短期內(nèi)行業(yè)主流。