我是如何解決兩輪車(chē)手機(jī)接近解鎖的

能夠有時(shí)間靜下心來(lái)寫(xiě)一篇文章，傳遞一些自己的過(guò)往經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于我現(xiàn)在的境況來(lái)說(shuō)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(xiě)了一篇關(guān)于兩輪車(chē)行業(yè)控制器的“卷”像，收獲了幾千個(gè)粉絲，這對(duì)我當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)備受鼓舞。而今舊疾復(fù)發(fā)又在醫(yī)院躺了一個(gè)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(dāng)年玩藍(lán)牙解鎖的經(jīng)歷。

想來(lái)也是多年之前了，當(dāng)年所在公司的組織架構(gòu)上效仿了阿里的大中臺(tái)模式，業(yè)務(wù)端又剛剛布局了兩輪車(chē)業(yè)務(wù)，我在中臺(tái)負(fù)責(zé)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(diǎn)，對(duì)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(chē)在解鎖上的方向

早期的兩輪車(chē)沒(méi)有太多智能體驗(yàn)可言，其注重的依然是高可靠，耐摔，耐用，城市其實(shí)還是蠻少見(jiàn)的，但是農(nóng)村則有很多，農(nóng)民看待這個(gè)東西就是經(jīng)不經(jīng)得用，所以俗稱(chēng)這玩意為小電爐。

在兩輪車(chē)的啟動(dòng)和鎖車(chē)方面，最初只是機(jī)械鑰匙來(lái)控制電門(mén)鎖，甚至連報(bào)警器也沒(méi)有。

后來(lái)兩輪車(chē)學(xué)著汽車(chē)的用戶體驗(yàn)?zāi)Ｊ皆O(shè)計(jì)出了遙控鑰匙，市場(chǎng)上涌現(xiàn)出了大量的公模產(chǎn)品，3-4個(gè)按鍵，控制兩輪車(chē)的啟動(dòng)，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(wú)線技術(shù)，后來(lái)普遍使用了433Mhz的無(wú)線通信，這類(lèi)芯片在深圳已經(jīng)做到非常高的集成度，外部只需4個(gè)按鍵和天線，內(nèi)部各種編碼對(duì)碼機(jī)制都集成了，成本就幾毛錢(qián)，用量非常大，因?yàn)槌藘奢嗆?chē)的鑰匙，它還被用到各種玩具遙控，卷簾門(mén)控制，停車(chē)場(chǎng)門(mén)控等。

作為中臺(tái)部門(mén)，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(yàn)感的技術(shù)探索，于是當(dāng)時(shí)把這個(gè)技術(shù)方向就定為了接近解鎖技術(shù)。

當(dāng)時(shí)汽車(chē)的無(wú)鑰匙解鎖及一鍵啟動(dòng)等技術(shù)已經(jīng)很普遍了，于是我第一個(gè)想到的就是沿用汽車(chē)的PKE技術(shù)。

兩輪車(chē)的無(wú)感解鎖--PKE技術(shù)原理

解決一個(gè)需求的想法其實(shí)并不難，就像兩輪車(chē)上我們想沿用汽車(chē)的技術(shù)一樣,我們總能在其他行業(yè)找到類(lèi)似的應(yīng)用，但是真正實(shí)現(xiàn)起來(lái)會(huì)發(fā)現(xiàn)存在諸多問(wèn)題，汽車(chē)的PKE方案當(dāng)時(shí)基本是NXP的居多，那個(gè)方案很貴，根本無(wú)法應(yīng)用到兩輪車(chē)上，幸好有深圳的一些半導(dǎo)體公司將這項(xiàng)汽車(chē)應(yīng)用技術(shù)簡(jiǎn)化，把成本降了下來(lái)。

這里介紹一下廣芯微電子的PKE方案，專(zhuān)用于電動(dòng)車(chē)和兩輪車(chē)上面的低成本方案

有興趣的可以單獨(dú)聯(lián)系溝通（微信：AlwaysDebug）

所以，如今在兩輪車(chē)上實(shí)現(xiàn)PKE的解鎖成本非常低，可這是智能硬件時(shí)代，萬(wàn)物皆有藍(lán)牙，萬(wàn)物皆連手機(jī)，萬(wàn)物皆可上云。兩輪車(chē)市場(chǎng)的需求已經(jīng)被車(chē)聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)吹進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，車(chē)上的藍(lán)牙是必不可少的，那么為了成本的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，怎么利用藍(lán)牙這個(gè)無(wú)線技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)解鎖就變成了迫切需要解決的問(wèn)題。

二、解決測(cè)距算法和硬件問(wèn)題

印象中從2013年左右，BLE隨著智能手機(jī)的廣泛應(yīng)用也迅速的展開(kāi)了智能硬件的創(chuàng)新趨勢(shì)，當(dāng)時(shí)的智能硬件產(chǎn)品五花八門(mén)，讓人眼花繚亂，幾乎所有的產(chǎn)品加上智能兩個(gè)字就等同于加上了BLE技術(shù)，和手機(jī)通信再加上手機(jī)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(lái)。

雖然BLE在低速通信方面和手機(jī)的配合可以說(shuō)是天衣無(wú)縫，但是如果僅僅利用這種通信來(lái)解決接近解鎖的功能，這個(gè)接近的概念就顯得非常的模糊和不可靠，因?yàn)锽LE的通信距離雖然統(tǒng)一的說(shuō)法是10m，但是因?yàn)椴煌氖謾C(jī)設(shè)計(jì)以及天線類(lèi)型和發(fā)射功率的不同，通信的距離遠(yuǎn)近差異很大，空曠的時(shí)候通信距離甚至可以達(dá)到100m，但是在存在遮擋或者電磁環(huán)境干擾大的地方就會(huì)縮短為10m以內(nèi)，尤其是對(duì)于wifi的干擾，當(dāng)時(shí)記得在小米調(diào)試的時(shí)候，我們的車(chē)在小米大樓的某個(gè)位置收到各種wifi信號(hào)的干擾導(dǎo)致通信距離縮短為2-3m。當(dāng)然這里的問(wèn)題并不只是干擾的問(wèn)題，還和藍(lán)牙模塊的設(shè)計(jì)，以及模塊和整機(jī)的布局接地有關(guān)系，我會(huì)在后面詳細(xì)介紹。

那么靠通信的連接和中斷來(lái)判斷接近顯然精度是不夠的，于是我們開(kāi)始調(diào)研基于BLE的RSSI信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)判斷設(shè)備間的距離的算法，最初用我們的模組進(jìn)行測(cè)試，在空曠的情況下表現(xiàn)還是不錯(cuò)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(jìn)行標(biāo)定和擬合，以使得RSSI的值比較準(zhǔn)確的反應(yīng)距離的數(shù)據(jù)，不過(guò)這個(gè)距離的精度實(shí)際上也只有兩三米左右的精度。

然而當(dāng)我們將算法真正移植到產(chǎn)品場(chǎng)景中的時(shí)候，真正的挑戰(zhàn)才慢慢地顯現(xiàn)出來(lái)。

由于公司的中臺(tái)模式加上藍(lán)牙聯(lián)盟的認(rèn)證要求，迫使我們?cè)谒{(lán)牙的設(shè)計(jì)上必須統(tǒng)一藍(lán)牙模組的設(shè)計(jì)，因此我們整個(gè)集團(tuán)各個(gè)業(yè)務(wù)線都需要使用中臺(tái)設(shè)計(jì)的藍(lán)牙模塊，因?yàn)橹挥羞@樣藍(lán)牙模塊才可以進(jìn)行一次BQB認(rèn)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(fèi)用。

認(rèn)證的成本降低只是其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是藍(lán)牙模組的生產(chǎn)管控統(tǒng)一起來(lái)，也會(huì)避免不同業(yè)務(wù)線由于對(duì)藍(lán)牙的不熟悉而造成設(shè)計(jì)問(wèn)題，這也應(yīng)該算是硬件公司中臺(tái)架構(gòu)的一個(gè)核心思想。

說(shuō)完優(yōu)點(diǎn)肯定是有缺點(diǎn)的。

公司發(fā)展初期，研發(fā)在藍(lán)牙上沒(méi)有任何的經(jīng)驗(yàn)，我是現(xiàn)學(xué)現(xiàn)賣(mài)的自己設(shè)計(jì)了基于Nordic的藍(lán)牙模塊，抄了一個(gè)倒F天線上去，當(dāng)時(shí)對(duì)于天線性能的評(píng)估絕對(duì)是懵逼的狀態(tài)，只是對(duì)通信距離和丟包進(jìn)行了簡(jiǎn)單的測(cè)試，而這樣的測(cè)試其實(shí)只能確保通信的正常，對(duì)于通過(guò)RSSI進(jìn)行距離的評(píng)估是很差的。因此我們通過(guò)認(rèn)證的藍(lán)牙模組在測(cè)距方面出現(xiàn)了以下的各種問(wèn)題。

首先，天線的輻射方向問(wèn)題，藍(lán)牙的板載天線往往極化方向比較窄，我們第一款藍(lán)牙模塊的輻射方向特別窄，這就導(dǎo)致了不同方向上檢測(cè)到的RSSI值和距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系差異很大，在用戶場(chǎng)景上的體驗(yàn)就是，從不同的方向走近設(shè)備，解鎖的體驗(yàn)不同（和藍(lán)牙布局的姿態(tài)位置都有關(guān)系），甚至可能會(huì)失靈。而且不同的車(chē)型在應(yīng)用同一個(gè)藍(lán)牙模塊的時(shí)候，天線的性能往往也存在比較大的差異，這是因?yàn)樘炀€的回路接地的時(shí)候要考慮整個(gè)系統(tǒng)板的參考地平面，因此對(duì)于這類(lèi)應(yīng)用還是需要每一個(gè)車(chē)型藍(lán)牙天線性能進(jìn)行評(píng)估和調(diào)整藍(lán)牙天線的布局。

這里延展一下BLE的AOA定位技術(shù)，他是通過(guò)陣列天線來(lái)檢測(cè)設(shè)備的具體位置信息，這樣對(duì)于天線的方向性可以進(jìn)行一定的規(guī)避，定位精度也會(huì)更高，但是由于天線陣列需要多個(gè)以及配置相應(yīng)的收發(fā)器，還有空間的問(wèn)題，因此AOA技術(shù)在兩輪車(chē)系統(tǒng)中的應(yīng)用還尚不成熟。

其次，單純的解決了藍(lán)牙模組端的一致性問(wèn)題后，依然無(wú)法確保用戶測(cè)體驗(yàn)的可靠性，因?yàn)榇蠹矣玫氖謾C(jī)品牌型號(hào)都不一樣，這里幸虧蘋(píng)果的用戶占據(jù)了一大部分，畢竟機(jī)型單一，一致性就會(huì)好很多。而對(duì)于國(guó)內(nèi)的小米，華為，OPPO等品牌對(duì)于藍(lán)牙的設(shè)計(jì)各不相同，同一品牌的機(jī)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(wèn)題，因此藍(lán)牙接近解鎖在不同的手機(jī)上也需要做相應(yīng)的適配算法才能保障用戶側(cè)的體驗(yàn)效果。

三、借鑒毛豆3的解鎖，解開(kāi)蘋(píng)果系統(tǒng)?；顔?wèn)題

上面我們講完了在手機(jī)的接近解鎖應(yīng)用中需要關(guān)注的BLE設(shè)備端和手機(jī)端的差異化問(wèn)題，那么在體驗(yàn)端還有一個(gè)問(wèn)題是非常棘手的，那就是要保證用戶在使用接近解鎖時(shí)能夠做到不掏出手機(jī)，這樣的體驗(yàn)需要我們的APP在手機(jī)系統(tǒng)中一直處于活動(dòng)狀態(tài)，這對(duì)于Android系統(tǒng)來(lái)說(shuō)解決的方案會(huì)比較多，比如下面：

1.? 要求用戶允許始終定位

2. 允許手機(jī)打開(kāi)自啟動(dòng)功能

3. 允許后臺(tái)常駐或者關(guān)閉耗電優(yōu)化功能

4. app啟動(dòng)后臺(tái)服務(wù)，創(chuàng)建常駐的通知

但是蘋(píng)果系統(tǒng)比較封閉，而且你看蘋(píng)果那么省電，那么小的電池卻能保持那么長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間，也是得益于蘋(píng)果系統(tǒng)的嚴(yán)格管控。

當(dāng)時(shí)我們一直認(rèn)為在蘋(píng)果系統(tǒng)上無(wú)法突破這個(gè)難題，直到那一年特斯拉的毛豆3發(fā)布，居然有手機(jī)解鎖的功能，恰好公司兩個(gè)同事第一批就拿到了車(chē)，于是我也算是搶先體驗(yàn)了一把電車(chē)的接近解鎖功能，總體來(lái)說(shuō)蘋(píng)果的體驗(yàn)要比Android手機(jī)的體驗(yàn)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(shí)配置了5個(gè)BLE，分別在四個(gè)門(mén)柱和后備箱部位。首先5個(gè)位置的藍(lán)牙形成一個(gè)類(lèi)似gps的定位系統(tǒng)，大大地提高了定位精度，可以判斷手機(jī)在車(chē)的哪個(gè)部位，甚至可以判斷手機(jī)從哪個(gè)部位走來(lái)，但是對(duì)于人體的遮擋依然存在很大誤差，這也是2.4G通信的一個(gè)無(wú)法繞過(guò)的問(wèn)題。

另外，對(duì)于毛豆3是如何解決蘋(píng)果系統(tǒng)?；顔?wèn)題，我開(kāi)始還是處于懵逼狀態(tài)，只能猜測(cè)是兩家公司合作，特斯拉在蘋(píng)果系統(tǒng)建立了白名單，這樣的操作對(duì)于我們一家中國(guó)小公司來(lái)說(shuō)可能不太現(xiàn)實(shí)，不說(shuō)別的，一個(gè)lighting接口的認(rèn)證就能攔住一大部分國(guó)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(gè)藍(lán)牙的廣播信息時(shí)，才讓我發(fā)現(xiàn)端倪，原來(lái)毛豆3的5個(gè)藍(lán)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(kāi)了蘋(píng)果系統(tǒng)拉活應(yīng)用的問(wèn)題，這里的要點(diǎn)放在后面的文章中解釋如何操作。

四、閃騎俠的另一個(gè)解法和弊端

由于我們當(dāng)時(shí)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(lái)了，過(guò)了一段時(shí)間，市場(chǎng)上出來(lái)一個(gè)閃騎俠的解決方案，他利用了BLE應(yīng)用協(xié)議層的HID標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，把自己模擬成鼠標(biāo)鍵盤(pán)一類(lèi)的系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，這樣無(wú)論是蘋(píng)果手機(jī)還是Android系統(tǒng)的手機(jī)，都會(huì)去主動(dòng)連接這個(gè)HID設(shè)備，那么藍(lán)牙設(shè)備端就會(huì)根據(jù)被連接的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行鎖車(chē)和解鎖。

這確實(shí)是一個(gè)很簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)解鎖的方式，但是缺點(diǎn)也比較明顯，就是沒(méi)有接近的精度可言，有時(shí)候離著20米，還沒(méi)有看見(jiàn)車(chē)就解鎖了，有時(shí)候手機(jī)裝兜里一轉(zhuǎn)身就鎖車(chē)了，因?yàn)樾盘?hào)被身體遮擋了。

另外一個(gè)問(wèn)題就是無(wú)論是Android還是IOS，它們?cè)陔娏康偷臅r(shí)候?qū)τ贖ID設(shè)備的主動(dòng)連接是有不同策略的，這也導(dǎo)致不同的手機(jī)有不同的失敗情形，同時(shí)手機(jī)系統(tǒng)廠商也會(huì)對(duì)多次連接失敗進(jìn)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(yàn)。

五、有沒(méi)有終極的解決方案

目前來(lái)看，由于各個(gè)手機(jī)廠商不同的藍(lán)牙軟硬件設(shè)計(jì)，規(guī)模小的智能硬件公司確實(shí)很難做到各個(gè)手機(jī)品牌型號(hào)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(jī)型號(hào)，因?yàn)榧幢闶切∶组_(kāi)發(fā)的手機(jī)，很大程度上藍(lán)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(gè)方向上有什么終極方案來(lái)解決呢？

這里我提三個(gè)可行的嘗試方案：

1. 汽車(chē)連接聯(lián)盟（CCC）開(kāi)發(fā)的Carkey協(xié)議，這個(gè)協(xié)議未來(lái)方向是基于NFC，藍(lán)牙和UWB進(jìn)行距離檢測(cè)和加密通信來(lái)提高汽車(chē)的安全性和體驗(yàn)。

2. 國(guó)內(nèi)也有些聯(lián)盟，主要是國(guó)內(nèi)主機(jī)廠和手機(jī)廠參與的解決方案，但是大家不太抱團(tuán)，華為愛(ài)單干，這里有ICCOA（智慧車(chē)聯(lián)開(kāi)放聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)）發(fā)布的數(shù)字車(chē)鑰匙方案。

3. 利用更大型的APP公司解決?；顔?wèn)題來(lái)屏蔽不同手機(jī)廠商的差異性，比如微信或者支付寶這一類(lèi)的應(yīng)用。目前微信上面就有這么一個(gè)業(yè)務(wù)，似乎是想為接近解鎖提供一個(gè)統(tǒng)一的介入平臺(tái)，我在磐啟微的藍(lán)牙芯片上對(duì)接了騰訊連連的接近解鎖平臺(tái)，目前體驗(yàn)起來(lái)還不錯(cuò)，同時(shí)也在磐啟微的藍(lán)牙上面對(duì)RSSI的測(cè)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(jìn)一步溝通（微信：AlwaysDebug）