物聯(lián)網(wǎng)安全篇

共享單車核心技術(shù)---智能鎖

共享單車所用的智能鎖技術(shù)介紹，這個(gè)是技術(shù)宅經(jīng)常關(guān)心的。要知道一個(gè)樣機(jī)研發(fā)是需要周期的，運(yùn)營(yíng)也要一定的時(shí)間段。那么最早共享單車運(yùn)營(yíng)品牌之一的摩拜單車，傳聞僅僅開發(fā)其獨(dú)立自主品牌的單車智能鎖就使用了半年時(shí)間，那么問題來了，共享單車上的智能鎖，做出來有多難？

共享單車作為資本領(lǐng)域的寵兒，再走以前滴滴和快的成仙之路，主流科技和八卦媒體對(duì)共享單車的興趣和報(bào)道漸漸多了起來，對(duì)于一個(gè)從業(yè)十多年的技術(shù)宅男來說：“技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段也不難：在電動(dòng)車鎖里加上傳感器、GPS、3G網(wǎng)絡(luò)和芯片……”，事實(shí)上真的像眾多報(bào)道中所描述的如此“簡(jiǎn)單”嗎？

在探討共享單車上智能鎖要怎樣做出來前，共享單車是否非要智能鎖不可？這個(gè)我們要有個(gè)準(zhǔn)備的。

在如今市場(chǎng)出現(xiàn)的“百車大戰(zhàn)”中，OFO和摩拜無疑是眾多市場(chǎng)爭(zhēng)奪競(jìng)爭(zhēng)者中對(duì)受矚目的一對(duì)。摩拜單車配備了“GPRS開鎖 + GPS定位”的智能鎖，開發(fā)和生產(chǎn)成本較高，而OFO走的則是普通自行車密碼鎖，野蠻鋪貨大干快跑的策略。

橙黃大戰(zhàn)也引發(fā)了對(duì)智能鎖使用的思考

在這場(chǎng)市場(chǎng)占領(lǐng)的競(jìng)爭(zhēng)中，單純用機(jī)械鎖壓低單車成本的做法在運(yùn)營(yíng)中缺點(diǎn)已經(jīng)凸顯。幻想使用機(jī)械鎖運(yùn)營(yíng)共享單車也在具體的實(shí)踐中逐漸被證明是不可能的。共享單車上不設(shè)置智能鎖，從用戶體驗(yàn)層面到線下維護(hù)成本的層面都沒有任何優(yōu)勢(shì)。

黃方：OFO

OFO被大量用戶詬病的一點(diǎn)就是單車沒有GPS定位，用戶找車十分麻煩，為了解決這個(gè)問題OFO只能大量鋪貨，我在每個(gè)地方都有大量的車，這樣車是不難找了，但投放量的增加無疑增加了投放成本；用戶還車需要自覺打亂密碼盤，使得OFO有將近3成的車被占位私有，一次開鎖，終身使用；機(jī)械鎖為每輛編碼單車下發(fā)的密碼一樣，用戶記住密碼可跳開App解鎖，一次開鎖，全家使用；平臺(tái)根本不能監(jiān)控車輛位置，單車的狀態(tài)，車輛報(bào)廢率極高，相應(yīng)地，維護(hù)成本高得嚇人。

橙方：摩拜單車

mobike智能鎖嵌入GPS 和獨(dú)立SIM卡，不僅方便用戶取用，平臺(tái)還可能把用車需求量化，進(jìn)行動(dòng)態(tài)匹配，最重要的是積累了短途大數(shù)據(jù)。在共享單車競(jìng)爭(zhēng)的核心點(diǎn)除去投放量外，最有意義的就是用戶短途大數(shù)據(jù)的信息收集，對(duì)鋪貨位置、數(shù)量等運(yùn)營(yíng)有戰(zhàn)略性的意義。

進(jìn)入正題了，做一個(gè)搭載GSM+GPS功能的智能鎖，技術(shù)門檻有多難？

一、 智能鎖的開鎖方式的演變

首先：搞清楚智能鎖的核心問題：

A、 用戶是怎么通過手機(jī)掃碼開鎖的？

B、 智能鎖的原理是什么？

共享單車上的智能鎖從上線之處到現(xiàn)今，開鎖的方式已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)階段。

第一階段：短信解鎖：

我們都體驗(yàn)過共享單車的開鎖方式：

A、用手機(jī)掃描車上的二維碼，APP 上出現(xiàn)解鎖進(jìn)度的讀條，10秒內(nèi)就會(huì)聽到電機(jī)帶動(dòng)和鎖鞘“啪”的一聲，解鎖成功。

B、可以直接把鎖內(nèi)的 GSM 模塊當(dāng)成是當(dāng)年的插了SIM卡的黑白功能手機(jī)，10秒內(nèi)的時(shí)間，GSM 搜索網(wǎng)絡(luò)時(shí)間沒有這么短，更何況在解鎖的過程中，僅僅是用手機(jī)掃碼，沒有任何激活單車的操作，所以可以肯定鎖是始終與網(wǎng)絡(luò)保持長(zhǎng)連接的，就是說這個(gè)手機(jī)始終是開機(jī)的狀態(tài)，時(shí)刻要接收信號(hào)。

以摩拜為代表的共享單車的開鎖過程比現(xiàn)在慢多了，每次開鎖大概在6~10秒，但極少開鎖失敗。筆者很早就注冊(cè)使用共享單車，對(duì)此深有體會(huì)。原因其實(shí)是最開始的共享單車，開鎖并不是使用GPRS流量來控制的，而是服務(wù)器通過給自行車發(fā)短信（對(duì)，就是手機(jī)短信），響應(yīng)然后開鎖。6至10秒的延時(shí)也正正是短信投遞的時(shí)間。

早期的共享單車使用短信開鎖

短信開鎖的方式有其優(yōu)勢(shì)：開鎖比較穩(wěn)定，開鎖不需要通過GPRS/3G流量，比較省電。省電是非常重要的，前期由于共享出行尚未普及，而單車是需要使用者發(fā)電維持的（相信大家都知道摩拜初代用的是軸承不是鏈條，靠我們騎車來發(fā)電），如果某輛車一直沒人騎，等到它的電量耗盡變成一輛“僵尸車”，一旦這種情況多起來，線下維護(hù)的成本就非常高。

沒想到吧，最開始的共享單車是以短信作為開鎖信號(hào)！

第二階段：GPRS開鎖

這種開鎖模式，筆者曾經(jīng)參與過類似的項(xiàng)目，對(duì)于共享單車開鎖方式就直接由服務(wù)器通過GPRS/3G流量傳達(dá)指令開鎖。不再擔(dān)心電量的問題，這種變化是可預(yù)見的，因?yàn)轵T車的人多起來了嘛！通過流量直接開鎖，開鎖速度也大大提升，從原來靠短信，等待時(shí)間有時(shí)候要30秒、1分鐘（短信收發(fā)有時(shí)候還不止這么久）變成了3秒內(nèi)開鎖，照顧到很多人的用戶體驗(yàn)。但問題隨之而來：開鎖時(shí)間，開鎖成功率依賴信號(hào)，在信號(hào)不強(qiáng)的地區(qū)開鎖也是十分痛苦的。信號(hào)是個(gè)極大的問題，筆者在研發(fā)類似產(chǎn)品的時(shí)候也遇到過類似的問題。隨著技術(shù)的發(fā)展，勢(shì)必要跟新?lián)Q代。

第三階段：GPRS + 藍(lán)牙開鎖

現(xiàn)在的智能鎖采用的開鎖方式普遍使用的是流量+ 藍(lán)牙輔助開鎖，開鎖不穩(wěn)定、開鎖時(shí)間慢、耗電等所有問題得以一次性解決。藍(lán)牙輔助開鎖，原理是使用用戶的手機(jī)藍(lán)牙通過加密，與鎖內(nèi)的藍(lán)牙配對(duì)后開鎖。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(hào)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(shí)間，這種流量藍(lán)牙“二合一”的開鎖方式可謂終極方法。

二、共享單車電池續(xù)航問題

共享單車一開始不被看好，很大程度上是因?yàn)槠潆姵氐睦m(xù)航問題。

上面提到過，除去開鎖，單車需要和后臺(tái)云服務(wù)器建立了TCP/IP長(zhǎng)連接，通過心跳包的形式保持通信，與服務(wù)器同步定位的信息。顯然，定位的問題要用到鎖里面GPS 模塊（最傻的創(chuàng)業(yè)者都不會(huì)用基站這種方式定位），單單是實(shí)時(shí)定位就需要GSM + GPS的方式24小時(shí)不間斷去追蹤單車，耗電不少啊。

這就涉及到鎖的整體功耗問題了，共享單車上的智能鎖一天要用多少電？我們盡量用最最省電的方式去計(jì)算。

由于我們不可能把市面上的共享單車拿來拆掉測(cè)試，所以要另想辦法。我們從SparkFun 上找了個(gè)GSM/GPS 模塊,通過它顯示的參數(shù)來預(yù)估。

SparkFun 搜索“GSM/GPS”出來的第一個(gè)

這里介紹的參數(shù)為平均工作功耗為7mAh，加上周圍電路的功耗，預(yù)估10~12mAh基本上就是鎖最低的功耗了。

1、單車在運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)的路徑追蹤可以使用用戶的手機(jī)上傳位置，單車內(nèi)的GPS只負(fù)責(zé)跟蹤單車，只需要在一段時(shí)間內(nèi)更新某個(gè)點(diǎn)（與跟蹤美團(tuán)外賣員位置類似），這個(gè)更新時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)30秒到1分鐘。而車輛鎖上后，后臺(tái)也可以控制延長(zhǎng)心跳時(shí)間，10到15分鐘才更新一次，目前采用的 AGPS 技術(shù)也可以在2秒內(nèi)鎖定位置，工作時(shí)間不多。所以我們先把忽略GPS模塊的功耗忽略，只計(jì)算GSM模塊待機(jī)功耗。

2、GSM模塊待機(jī)功耗的計(jì)算有個(gè)更簡(jiǎn)單的方法：

可以回想下當(dāng)年諾基亞黑白板磚功能機(jī)的時(shí)代，1020mAh的電池，在輕度使用的情況下（每天發(fā)發(fā)短信類似智能鎖開鎖操作），可以待機(jī)5天左右，算下來功耗大概在8~9mAh，算上GPS模塊和周圍電路，開鎖電機(jī)，功耗大致應(yīng)該在10~15mAh。

3、電池和發(fā)電

有了對(duì)智能鎖功耗的基本認(rèn)識(shí)，自然要考慮到我們要在上面放多大的電池才能維持正常的工作？關(guān)于電池的問題，有幾點(diǎn)需要考慮到的：電池必須是可充電電池；單車的流動(dòng)性非常大，不能對(duì)一輛輛沒電的單車進(jìn)行收集和人工充電；受限于鎖體的大小，體形不能太大；電池的成本不能過高。

在市面上最符合上面條件的電池大概就是INR18650電池，單節(jié)2500mAh，由于鎖有大小的限制，一般的鎖體內(nèi)放4節(jié)這樣的電池已經(jīng)是極限了，就是10000mAh。這樣的電量，明顯最多只能支持單車兩個(gè)月的使用，意味著共享單車的運(yùn)營(yíng)者必須解決另一個(gè)問題：怎樣給單車充電？

最初的摩拜用的就是騎車發(fā)電的方式，在轉(zhuǎn)動(dòng)輪上加上花鼓來發(fā)電。所以最開始型號(hào)的單車腳踏都特別沉，很難騎。現(xiàn)在行業(yè)里普遍接受的充電方式是太陽能充電，在車籃子上加裝太陽能電池板，保證電量的供應(yīng)。

4、裝在車籃上的太陽能電池板

太陽能電池板大多采用的是PET和EVA材料，工作電壓為6V，工作電流為1A，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到18%～24%。通過特殊的封裝技術(shù)制成標(biāo)準(zhǔn)尺寸為長(zhǎng)270mm、寬175mm、厚2.2mm的太陽能電池板，這樣的太陽能電池板保證單車的供電是不成問題的。所以，我們?cè)谏钪锌吹降膸к嚳鸬墓蚕韱诬嚕刹粌H是為了方便用戶存放東西，更重要是源源不斷地為單車供電。

5、鎖體本身

隨著共享單車的普及，很多社會(huì)問題也呈現(xiàn)出來了，相信很多人都看到過“小學(xué)生亂砸亂開共享單車”“共享單車遭到破壞大面積失效”等新聞報(bào)道。共享單車被惡意破壞，暴力破壞等原因有很多，在國(guó)情下商家對(duì)鎖體的材料的選取，鎖的形狀、內(nèi)部防盜防破壞的設(shè)計(jì)就十分重要。

摩拜智能鎖幾代演變

鎖體除去要選用材料堅(jiān)固，防水防盜的材料外，還需要在鎖中加裝傳感器，在非正常移動(dòng)、被人惡意破壞時(shí)發(fā)出蜂鳴警報(bào)。

單車開鎖彈簧的老化問題，掃碼后已經(jīng)聽到了鎖開鎖成功的滴滴聲，app上也顯示已經(jīng)開鎖，可總不見鎖鞘彈開。仔細(xì)觀察才明白，原來是開鎖彈簧嚴(yán)重老化，鎖是開了，但是彈簧沒彈出，要手動(dòng)把鎖鞘拉出來，一不留神還以為這個(gè)車子壞了呢。

可見一臺(tái)共享單車上的智能鎖，鎖體上需要做的文章也不少。要做共享單車智能鎖采用的需是外殼是鋁合金材料，比普通的馬蹄鎖更輕、更牢固。經(jīng)過上十萬次的開鎖試驗(yàn)，內(nèi)置傳感器防盜放暴力破壞，蜂鳴報(bào)警器還可終端控制方便找車，這些都是初步設(shè)計(jì)開模的時(shí)候就需要考慮的事項(xiàng)。

三、共享單車云平臺(tái)

如果說智能鎖是共享單車聯(lián)網(wǎng)的核心，那么它背后用于管理運(yùn)營(yíng)的云平臺(tái)則是共享單車的靈魂。我們上面說到要從零開發(fā)一個(gè)智能鎖需要考慮到的種種麻煩相比較背后管理后端、云平臺(tái)的搭建都只不過是小兒科。

確實(shí)，一個(gè)智能鎖從開模到供應(yīng)鏈配合到生產(chǎn)成品對(duì)于小共享單車創(chuàng)業(yè)公司來說的確是個(gè)問題，但在如此細(xì)分的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境下，也根本不需要目標(biāo)在于運(yùn)營(yíng)共享單車的創(chuàng)業(yè)者去解決。不信的話各位可以去百度、淘寶搜搜“共享單車鎖”“智能馬蹄鎖”等關(guān)鍵詞。這類鎖早就有很多智能硬件工廠生產(chǎn)出來，創(chuàng)業(yè)者或直接采購或與配套工廠合作都可以很快拿到智能鎖。

問題關(guān)鍵的核心在于鎖背后的云平臺(tái)。畢竟只有共享單車的真正本質(zhì)是有效對(duì)接起車與人的需求，構(gòu)建起車與車的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，要想實(shí)現(xiàn)單車的智能化、自營(yíng)化，智能鎖的開發(fā)和生產(chǎn)只是第一步，更重要的是其背后的后端服務(wù)器、云平臺(tái)。

摩拜單車云平臺(tái)可視化數(shù)據(jù)

記得共享單車在開始之初，有好幾家品牌的服務(wù)器都曾經(jīng)出現(xiàn)過宕機(jī)、頻繁解鎖失敗的現(xiàn)象，這也是背后云平臺(tái)不能承受高并發(fā)量，實(shí)時(shí)性不足這類的問題引起的。

根據(jù)艾瑞的《2017年中國(guó)共享單車行業(yè)研究報(bào)告》，中國(guó)共享單車市場(chǎng)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到飽和，相信未來仍有不少創(chuàng)業(yè)者進(jìn)入市場(chǎng)。在創(chuàng)業(yè)之初更需要考慮的應(yīng)該是服務(wù)器、云平臺(tái)的搭建問題。如果我是創(chuàng)業(yè)者，在預(yù)算有限、單車急需盡快投入進(jìn)入市場(chǎng)的情況下，可以選擇智能硬件商家提供完整的共享單車方案，但絕對(duì)需要優(yōu)先考慮具有物聯(lián)網(wǎng)背景公司的共享單車方案，畢竟有實(shí)力搭建穩(wěn)定、高并發(fā)的后端云平臺(tái)在市場(chǎng)中非常少。