共享单车的连接方式探讨

摘要：在2017年8月“IHS Markit领先技术报告论坛——中国站”上，IHS Markit高级分析师何晖女士分析了共享单车的连接方式及相关IoT的连接前景。

关键词：共享单车；NB-IoT；eMTC；互联网

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2017.9.002

共享单车是IoT（物联网）应用的一个范例，其形态很好地诠释了低功耗、广覆盖、大连接情况下的IoT的使用。

共享单车的由来是共享经济。IoT顾名思义，就是把万物都连接在一起。当把共享经济、IoT概念和自行车联系在一起的时候，就出现了新的形态，解决了短距离、便捷交通出行需求。

共享单车的整个商业链条是怎样？如图1，首先上游先有传统的自行车及零配件厂商，像永久、飞鸽、凤凰等品牌车，它们和一些主要的技术开发平台商，诸如海思、高通、MTK、展讯等芯片厂商，再加上我国的三大运营商提供信息通讯服务，整合在一起之后，把模组安装在自行车上，利用目前供应商平台应运而生了现在的共享单车。

那么，基于共享单车，又能延伸出来什么样的服务呢？

首先有高的附加值。共享单车的一些运营商可以和旅游景点合作，还有自行车俱乐部、校园等合作，另外，共享单车会产生一些大数据。你会知道你骑了多远，消耗了多少热量，未来还可能知道你的心率等健康指标。这些数据上传到云，专门的研究机构可针对这些数据做针对性的研究。另外共享单车还可以和广告商进行合作，广告可以印在车上或放在APP里等。共享单车的智能锁通信

智能锁是共享单车一个非常主要的部件。最关键的两个模块是上游平台厂商提供的，包括主芯片厂商和一些开发平台厂商。

主要有两个模块，一个是定位系统，用APP去搜可用的车在哪里，包括锁车。另一个模块是电子锁，首先用手机去扫描二维码，把车解锁。为了提高解锁速率，蓝牙和/或二维码快一些。

虽然共享单车发展的时间并不长，但解锁技术目前为止已经演进了四代（图2）。第一代例如OFO最早的自行车，即使用传统的机械锁，我们通过手机APP收到一个解锁密码，然后手工把锁打开。这个锁里面本身没有电子器件，只是简单的机械方式。

后来大家发现这种方式不太好，就出现了第二代，GSM模块十二维码。当你扫描二维码以后，后台就发送了一条短信，这条短信直接发送到嵌入的SIM卡里，告诉模块要把锁打开，然后锁就能打开了。但这还是用很传统的SIM卡来驱动电子锁，解锁速度较慢，而且很多时候找不到定位。

现在也有了第三代，加入了蓝牙。此时解锁指令是通过GSM网络发送的，不是单纯的短信方式。蓝牙连接帮助我们在5秒之内实现开锁。

第四代是加入N B-IoT（窄带物联网），今年可以看到在很多NB-IoT发布会上，共享单车被当做吉祥物进行展示。因为大家认为NB-IoT在共享单车的应用是个很鲜明的案例。因为NB-IoT在共享单车这种形态上得到了非常好的应用。NB-IoT锁的组成

最早只有基于蓝牙的锁，因为锁本身并不带有GSM和GPS，锁的所有定位都是通过蓝牙，只是最后一个使用單车的人把车停在哪里，把这个位置信息存到了云端，下一个想用车的人打开手机APP，打开的位置信息是通过上一次用户上传到云端获取的，因此单车本身并不提供任何的位置信息。后来慢慢发现这种方式存在弊端，因而又加入了GPS定位，配合蓝牙定位。后来演进到现在，就是GPS+NB-IoT+蓝牙，这个也是目前的大品牌厂商主要提供的。

图3列出来的，是目前在市面上使用较多的情况。MTK是共享单车主要的玩家，约90%以上的份额是MTK的，之前用的只不过是传统功能手机上的MT6261，只是最简单的GSM模块，就是上文所说的用SIM卡收到短信来解锁。现在用得较多的，MT2503是升级版，把GPS模块、北斗、GNSS等加进去，帮助数据通过网络的形式传输，以增强用户体验，包括扫描二维码。MTK即将推出28nm的MT2625，单模，只是针对NB-IoT。

高通主推的是MDM9206，是唯一一款采用多模方式的芯片，多模一方面使用了传统的GPRS，又加上了NB-IoT和eMTC（增强机器类通信）。当然，为了配合NB-IoT应用，高通也推出了一款单模芯片MDM9205。

展讯在共享单车领域的步伐并没有那么快，有SC6500芯片。

海思目前还在实验阶段，还没有看到芯片在共享单车上的应用，它也是基于ARM核的单模产品。

NB-IoT+eMT的优势

高通为何会出现包含eMTC多模芯片？因为NB-IoT目前是以中国为主导的，NB-IoT目前有一个小缺陷——断点连接做得不是很好，因此对于移动的物品来说支持得不是很好。虽然我们看到运营商在推NB-IoT的时候会把共享单车做案例，但是真正使用的时候，如果只有NB-IoT网络的，基本上是不行的，因为首先从一个范围到另外一个范围时，中间会断开，但是断开以后没有办法重新连接上，虽然最近标准有改进了，但是这个效果如何h还在测试。

eMTC是基于LTE协议演进而来的，适合低功耗、低时延的移动物体。人们都会说NB-IoT在共享单车中使用好，但是要结合eMTC，这样才能保证这个物体在GSM网络中的连接不会中断。

连接的物体的等级

所谓连接的物体，其实所有物体将来都可以连到物联网。所有的物体，包括手机、电脑及任何电子设备，还有所有没有电的设备，包括人和动物。所谓万物互联，可见都要连入互联网（如图4）。

首先电子设备，其实所有的电子设备，NB-IoT都能够在上面使用。在任何时候，都可以通过NB-IoT调用出来。对于一些没有电子的物体，未来会有标签（tag），贴上标签以后，这些东西就有了身份。可以用于畜牧业和食品上。因此各种各样的产品上面本身并不带电，因为有了标签，让我们可以追溯到它的历史。这也是希望未来物联可以实现的很重要的一个部分。

这些物体将是通过怎样的方式去连接？如图6，从网络表现来看，从下到上，WiFi是短距离通信。右图是在发展阶段的一些产品，LPWA （eMTC）和NB-IoT适用于长距离。NB-IoT和LoRa对于低功耗物体是非常好的选择。

eMTC和NB-IoT有何区别？LoRa和NB-IoT数据下载速率相对eMTC慢很多，但是对于那些不需要大量数据传输场合，例如只是偶尔获取数据的场合，可保证长时间的使用。因此可保证电池使用寿命够长，不需要去经常去更换。那么这种小数据的连接在移动上面，NB-IoT确实存在弱点，这个时候eMTC优势发挥出来。

图5右侧表的Vo-LTE-项，表明可以实现语音通话。可见NB-IoT还不能实现语音功能。eMTC和NB-IoT相对于传统的GSM来说，增强的效果也不太一样，但是差不多，分别是15dB和20dB。关于相同情况下的使用年限对比，目前eMTC和NB-IoT使用年限都差不多，都是5-10年。

因此，未来在广覆盖IoT应用上，NB-IoT和eMTC会在中国市场上相辅相成。eMTC适合高可靠性、对延迟敏感的关键任务型应用领域，像可穿戴、汽车、大楼安防等。NB-IoT适合共享单车（注：共享单车同时用到了eMTC和NB-IoT）。但是目前，NB-IoT还是成本较高的选择，但是我们可以把共享单车当成一种模式，所有类似于这种应用数量多、单点连接、功耗要求低的应用都可以用到NB-IoT与eMTC。例如，NB-IoT还适合用于环境检测（空气、水等检测）和社区设施方面（包括水表、电表等的抄表）。

参考文献：

[1]Zemede M无线技术和电子自动化设计软件的发展将打造物联网美好未来电子产品世界2016（5）：12-14

[2]Marena T，YaoJ物联网中的硬件安全性电子产品世界，2016（9）：T9-20

[3]王金旺物联网发展现状及未来趋势电子产品世界，2016（12）：3-5

[4]陈东坡共享单车和铜铟镓硒薄膜太阳电池注定有缘电子产品世界，2017（6）：7-8

[5]迎九，乔北中兴微电子 全面布局，打好物联网这场硬仗电子产品世界，2017（5）：27-28endprint