共享單車的連接方式探討

摘要：在2017年8月“IHS Markit領先技術報告論壇——中國站”上，IHS Markit高級分析師何暉女士分析了共享單車的連接方式及相關IoT的連接前景。

關鍵詞：共享單車；NB-IoT；eMTC；互聯網

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2017.9.002

共享單車是IoT（物聯網）應用的一個范例，其形態很好地詮釋了低功耗、廣覆蓋、大連接情況下的IoT的使用。

共享單車的由來是共享經濟。IoT顧名思義，就是把萬物都連接在一起。當把共享經濟、IoT概念和自行車聯系在一起的時候，就出現了新的形態，解決了短距離、便捷交通出行需求。

共享單車的整個商業鏈條是怎樣？如圖1，首先上游先有傳統的自行車及零配件廠商，像永久、飛鴿、鳳凰等品牌車，它們和一些主要的技術開發平臺商，諸如海思、高通、MTK、展訊等芯片廠商，再加上我國的三大運營商提供信息通訊服務，整合在一起之后，把模組安裝在自行車上，利用目前供應商平臺應運而生了現在的共享單車。

那么，基于共享單車，又能延伸出來什么樣的服務呢？

首先有高的附加值。共享單車的一些運營商可以和旅游景點合作，還有自行車俱樂部、校園等合作，另外，共享單車會產生一些大數據。你會知道你騎了多遠，消耗了多少熱量，未來還可能知道你的心率等健康指標。這些數據上傳到云，專門的研究機構可針對這些數據做針對性的研究。另外共享單車還可以和廣告商進行合作，廣告可以印在車上或放在APP里等。共享單車的智能鎖通信

智能鎖是共享單車一個非常主要的部件。最關鍵的兩個模塊是上游平臺廠商提供的，包括主芯片廠商和一些開發平臺廠商。

主要有兩個模塊，一個是定位系統，用APP去搜可用的車在哪里，包括鎖車。另一個模塊是電子鎖，首先用手機去掃描二維碼，把車解鎖。為了提高解鎖速率，藍牙和/或二維碼快一些。

雖然共享單車發展的時間并不長，但解鎖技術目前為止已經演進了四代（圖2）。第一代例如OFO最早的自行車，即使用傳統的機械鎖，我們通過手機APP收到一個解鎖密碼，然后手工把鎖打開。這個鎖里面本身沒有電子器件，只是簡單的機械方式。

后來大家發現這種方式不太好，就出現了第二代，GSM模塊十二維碼。當你掃描二維碼以后，后臺就發送了一條短信，這條短信直接發送到嵌入的SIM卡里，告訴模塊要把鎖打開，然后鎖就能打開了。但這還是用很傳統的SIM卡來驅動電子鎖，解鎖速度較慢，而且很多時候找不到定位。

現在也有了第三代，加入了藍牙。此時解鎖指令是通過GSM網絡發送的，不是單純的短信方式。藍牙連接幫助我們在5秒之內實現開鎖。

第四代是加入N B-IoT（窄帶物聯網），今年可以看到在很多NB-IoT發布會上，共享單車被當做吉祥物進行展示。因為大家認為NB-IoT在共享單車的應用是個很鮮明的案例。因為NB-IoT在共享單車這種形態上得到了非常好的應用。NB-IoT鎖的組成

最早只有基于藍牙的鎖，因為鎖本身并不帶有GSM和GPS，鎖的所有定位都是通過藍牙，只是最后一個使用單車的人把車停在哪里，把這個位置信息存到了云端，下一個想用車的人打開手機APP，打開的位置信息是通過上一次用戶上傳到云端獲取的，因此單車本身并不提供任何的位置信息。后來慢慢發現這種方式存在弊端，因而又加入了GPS定位，配合藍牙定位。后來演進到現在，就是GPS+NB-IoT+藍牙，這個也是目前的大品牌廠商主要提供的。

圖3列出來的，是目前在市面上使用較多的情況。MTK是共享單車主要的玩家，約90%以上的份額是MTK的，之前用的只不過是傳統功能手機上的MT6261，只是最簡單的GSM模塊，就是上文所說的用SIM卡收到短信來解鎖。現在用得較多的，MT2503是升級版，把GPS模塊、北斗、GNSS等加進去，幫助數據通過網絡的形式傳輸，以增強用戶體驗，包括掃描二維碼。MTK即將推出28nm的MT2625，單模，只是針對NB-IoT。

高通主推的是MDM9206，是唯一一款采用多模方式的芯片，多模一方面使用了傳統的GPRS，又加上了NB-IoT和eMTC（增強機器類通信）。當然，為了配合NB-IoT應用，高通也推出了一款單模芯片MDM9205。

展訊在共享單車領域的步伐并沒有那么快，有SC6500芯片。

海思目前還在實驗階段，還沒有看到芯片在共享單車上的應用，它也是基于ARM核的單模產品。

NB-IoT+eMT的優勢

高通為何會出現包含eMTC多模芯片？因為NB-IoT目前是以中國為主導的，NB-IoT目前有一個小缺陷——斷點連接做得不是很好，因此對于移動的物品來說支持得不是很好。雖然我們看到運營商在推NB-IoT的時候會把共享單車做案例，但是真正使用的時候，如果只有NB-IoT網絡的，基本上是不行的，因為首先從一個范圍到另外一個范圍時，中間會斷開，但是斷開以后沒有辦法重新連接上，雖然最近標準有改進了，但是這個效果如何h還在測試。

eMTC是基于LTE協議演進而來的，適合低功耗、低時延的移動物體。人們都會說NB-IoT在共享單車中使用好，但是要結合eMTC，這樣才能保證這個物體在GSM網絡中的連接不會中斷。

連接的物體的等級

所謂連接的物體，其實所有物體將來都可以連到物聯網。所有的物體，包括手機、電腦及任何電子設備，還有所有沒有電的設備，包括人和動物。所謂萬物互聯，可見都要連入互聯網（如圖4）。

首先電子設備，其實所有的電子設備，NB-IoT都能夠在上面使用。在任何時候，都可以通過NB-IoT調用出來。對于一些沒有電子的物體，未來會有標簽（tag），貼上標簽以后，這些東西就有了身份。可以用于畜牧業和食品上。因此各種各樣的產品上面本身并不帶電，因為有了標簽，讓我們可以追溯到它的歷史。這也是希望未來物聯可以實現的很重要的一個部分。

這些物體將是通過怎樣的方式去連接？如圖6，從網絡表現來看，從下到上，WiFi是短距離通信。右圖是在發展階段的一些產品，LPWA （eMTC）和NB-IoT適用于長距離。NB-IoT和LoRa對于低功耗物體是非常好的選擇。

eMTC和NB-IoT有何區別？LoRa和NB-IoT數據下載速率相對eMTC慢很多，但是對于那些不需要大量數據傳輸場合，例如只是偶爾獲取數據的場合，可保證長時間的使用。因此可保證電池使用壽命夠長，不需要去經常去更換。那么這種小數據的連接在移動上面，NB-IoT確實存在弱點，這個時候eMTC優勢發揮出來。

圖5右側表的Vo-LTE-項，表明可以實現語音通話。可見NB-IoT還不能實現語音功能。eMTC和NB-IoT相對于傳統的GSM來說，增強的效果也不太一樣，但是差不多，分別是15dB和20dB。關于相同情況下的使用年限對比，目前eMTC和NB-IoT使用年限都差不多，都是5-10年。

因此，未來在廣覆蓋IoT應用上，NB-IoT和eMTC會在中國市場上相輔相成。eMTC適合高可靠性、對延遲敏感的關鍵任務型應用領域，像可穿戴、汽車、大樓安防等。NB-IoT適合共享單車（注：共享單車同時用到了eMTC和NB-IoT）。但是目前，NB-IoT還是成本較高的選擇，但是我們可以把共享單車當成一種模式，所有類似于這種應用數量多、單點連接、功耗要求低的應用都可以用到NB-IoT與eMTC。例如，NB-IoT還適合用于環境檢測（空氣、水等檢測）和社區設施方面（包括水表、電表等的抄表）。

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