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一文读懂共享单车的核心技术原理

共享单车已经成为了中国新四大发明之一,被输往了世界上很多城市。在我看来,虽然共享单车的实现并不复杂,其实质是一个典型的“+互联网”应用。应用的一边是车(物)、另一边是用户(人),通过云端的控制来向用户提供单车租赁服务。

共享单车的云端应用,是一个建立在云计算之上的大规模双向实时应用。云计算一方面能够保证共享单车应用的快速部署和高扩展性,另一方面能够应付大规模高并发场景,满足百万级数量的连接需要。(例如摩拜的云服务是建立在微软的Azure公有云服务平台之上)

a.单车数据(物联网特性的资产数据:包括单车的通信连接状态、车锁状态、使用记录等),单车数据由智能锁通过通信模块和SIM卡,经过电信运营商的网络以及运营商的物联网平台,上传到共享单车的服务平台;

b.用户数据(互联网特性的用户数据:除了用户基本信息、消费记录、用户账户和征信信息等,还包括用户的行为数据:骑行的路径和位置信息)。正如此文开头所述,共享单车是“物联网+互联网”应用,所以企业资产(单车)和用户数据是共享单车企业的核心资产。

由于共享单车一方面涉及海量的物联网数据、用户数据的管理,另一方面又要随时跟进用户需求而做功能开发和优化,所以应用之下会先构建平台服务(PaaS)。配备平台服务层,一方面能够使得应用承载百万量级的高并发数据流,另一方面又能做到资源和能力的动态调配、功能的灵活开发。

所以,摩拜不仅使用了微软的基础云服务(Azure),还使用了微软的平台服务(PaaS),包括物“Azure-Iot”平台服务、Dynamics 、CRM、客户关系管理服务、以及基于机器学习的预测分析功能等。

从摩拜1代的短信解锁和OFO 1代的手动机械解锁,到如今的蓝牙解锁、电子围栏、预约等新增的功能应用,智能锁关键、基础的功能已经逐渐确定下来,各家智能锁的差异已经不大了。目前,智能锁基本都是由控制、通信、感知、执行、供电等几大类模块组成。

控制芯片(单片机):智能锁系统的控制中枢,整体负责通信、车锁控制和状态信息收集。

移动通信芯片(Modem):内置电信运营商的Sim卡,负责与云端应用后台进行通信。

蓝牙通信模块:主要是用于连接用户手机并实现解锁、也与电子围栏的应用实现有关。

电源模块:电池、充电模块(芯片)、充电装置(太阳能电池板;电机和测速传感器等)

共享单车应用,其实就是通过“单车-云端-用户手机”之间的信息传递来完成的,其中最关键的是解闭智能锁的过程。目前,最新的“GPS定位+蓝牙”解锁和还车模式已经比较普遍。

1. 手机先扫单车上二维码,而后向云端发起解锁请求(请求中会携带扫码单车的ID信息及用户个人账号信息)。云端对用户信息、单车信息进行核查,而后将授权信息发送给手机。(步骤1、2)

2. 用户通过手机蓝牙接口将解锁指令和授权信息传递给单车的智能锁,智能锁核验授权信息后解锁,并将解锁成功的信息通知手机。(步骤3、4)

3. 手机将解锁成功的信息回复给云端,云端开始给用户计费。(步骤5、6)

4. 在用户骑行过程中,单车和手机APP会将各自的GPS定位信息上报云端应用。(步骤7)

2. 手机随即通知云端“还车成功”,云端将费用结算信息会送给手机和用户。(步骤2、3)

采用蓝牙的方式,实现手机对智能锁的解闭,能够减少智能锁的通信量(通信资费)和耗电量。不过采用蓝牙方式,稳定性和兼容性不能够完全保证。所以传统的、比较耗电的解锁方式(手动密码解锁、GSM短信或GPRS流量解锁)往往还是会被保留,作为备选。

2. 云端完成对用户和单车的信息核查,并将解锁指令发送给单车智能锁,智能锁开启后向云端回复“解锁成功”。(备注:部分共享单车在解锁信息上报过程中,智能锁会把下一次解锁的密码或秘钥也一并上报给云端)(步骤2、3)

4. 在用户骑行过程中,单车和手机APP会将各自的GPS定位信息上报云端应用。(步骤5)

从整体来看,共享单车“端-云-用户”三位一体的应用架构并不复杂,但从行业舆论对共享单车各方面的争论和点评来看,似乎共享单车的应用又要比纯正的互联网应用更复杂一些。其实,复杂就复杂在了对车的管理上。因为单车不再是属于用户的终端设备(例如手机、平板电脑)了,而是摩拜、OFO们的企业资产。

既然单车是最重要资产,就需要花心思去管理(在单车管理上,目前主要是关注:耗电、连接、零件故障、位置、使用频率)。对单车的有效管理和用户体验有极大的正相关关系,单车企业对其资产(车)管理的手段和技术必然会不断迭代和进步。

所以,如今的智能锁都会配备GPS定位的功能,以方便企业获取单车位置和移动路径;智能锁再带上蓝牙解锁的功能,减少运营商网络的通信流量和连接的不确定性,同时还能更省电;

单车企业跟进电信运营商推销的NB-Iot网络接入方案,一方面降低智能锁通信的耗电量,另一方面增加连接可靠性,更利于资产的状态跟踪;研发、测试、试运行各种电子围栏的解决方案,配合市政要求解决单车在公共场所乱停放的问题;此外,还有研发更高效稳定的供电方式、向用户提供故障反馈页面等等。

除了“玩车”外,单车企业还需要结合用户行为的大数据分析,来提升单车的使用频率。例如,工作日早晚发生的用户潮汐效应,即大量用户早上“涌灌”到工业园区,晚上下班“回流”到居民区所形成一种规律的“人口迁移”现象。

单车企业就需要考虑如何调度单车,以迎合用户集中的出行需求,以提高资产(单车)使用率。

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