最近一段時間會更新一系列跟硬件、傳感器相關的人機交互設計，內容包括設備互聯、物體定位、人臉識別、手勢識別等技術，這些內容能幫助讀者在日后工作中更好地理解技術對于體驗設計的意義是什么。本文是設備互聯的下半部分，上半部分內容：

藍牙

藍牙也是設備互聯的常見手段，據藍牙技術聯盟預測，到了 2025 年內置藍牙模塊的設備會高達 60 億臺。這里有兩個技術細節大家平時可能沒有留意到，第一個技術細節是藍牙發布 4.0 版本后，藍牙模塊分為經典藍牙模塊和低功耗藍模塊（Bluetooth LowEnergy，BLE），它們之間無法相互傳輸數據。經典藍牙模塊能做到向低版本兼容，藍牙 5.0 能和藍牙 3.0 互傳數據，一般用于數據量比較大的傳輸，例如電腦和手機、打印機之間的文件傳輸、手機和藍牙耳機之間的音頻傳輸。由于現在的音頻體積越來越大，為了更好地滿足高帶寬傳輸，藍牙版本 3.0 后的傳輸速度可以達到 24Mbps。低功耗藍牙模塊只支持藍牙 4.0 以上的版本，但它擁有眾多好處所以受到很多廠商的青睞：

• 相比經典藍牙，低功耗藍牙擁有更高的實時響應和長連接能力。
• 經典藍牙傳輸距離一般在 2-10 米，而低功耗藍牙的有效傳輸距離可以達到 50-300 米。
• 低功耗藍牙待機和運行只需要極低的功耗，使用一粒紐扣電池就可以連續工作一年。

總的來說，我們需要處理各種事物的手機、電腦內置的藍牙會同時配備經典藍牙模塊和低功耗藍模塊；對于一些要求功耗低、響應迅速快、數據傳輸量小的智能家居、智能穿戴來說，低功耗藍牙已經能滿足絕大部分需求。

第二個技術細節是低功耗藍牙模塊（Bluetooth Low Energy , BLE）分為主設備、從設備、廣播者和觀察者 4 種工作模式，主從設備的區別是主設備是指能夠搜索別人并主動建立連接的一方，而從設備則不能主動建立連接，只能廣播連接信息等主設備連接自己，例如手表、鼠標、耳機都屬于從設備。由于主設備和主設備、從設備和從設備之間無法互聯導致一些設備無法互聯，例如都屬于從設備的車載系統和藍牙耳機，所以藍牙技術聯盟在后續的 BLE 版本中增加了主從一體的概念解決以上問題。由于目前絕大部分設備的藍牙模塊都停留在 4.0 版本，當程序員告訴你兩個設備由于技術限制時無法連接時，讀者應該第一時間考慮到主設備、從設備互聯的問題，并且通過更新的藍牙版本解決該問題。

藍牙的廣播者模式會每隔一定時間廣播一個數據包到周圍，它跟從設備有點類似，但它不能被主設備建立連接，最具代表的例子就是 Beacon 設備；藍牙的觀察者模式會持續監聽搜索周圍的廣播事件，它跟主設備工作原理相似但無法發起和從設備的連接。使用廣播者的好處是雙方無需配對，廣播者就能將信息傳輸給主設備和觀察者，例如在某些大型商場中一些商店會布置一些 Beacon 設備，它會在幾毫米-五十米范圍以 20ms 的時間間隔不斷將推送服務廣播給用戶的手機，當用戶的手機安裝了相關 APP 會自動彈出商店的優惠信息。例如星巴克很早采用了蘋果的 iBeacon 技術，當用戶走近星巴克咖啡店時，手機會收到星巴克推送的優惠券吸引用戶注意，星巴克也會推送用戶平時常喝的咖啡類型，用戶可以直接一鍵下單簡化了整個下單流程，Beacon 技術對于精準化營銷有著重要作用，但由于前期精度問題一直沒被廣泛應用。

利用藍牙的 4 種工作模式能創造出優秀的用戶體驗，例如蘋果在 2016 年發布的 Airpods 采用了藍牙 4.2 版本，可以說是徹底改變了藍牙連接手機的交互體驗。以往連接藍牙耳機需要藍牙耳機進入配對模式，手機需要到“設置-藍牙”界面搜索并配對藍牙耳機，流程較為繁瑣。對于擁有 AirPods 的用戶來說，當用戶的 AirPods 放在 iPhone 附近第一次連接手機時，用戶打開耳機充電盒后 iPhone 會自動彈出一個彈窗顯示 AirPods 的相關信息，用戶點擊“連接”就能完成 iPhone 和 AirPods 的配對任務。以上交互體驗用到的技術原理有可能是這樣的（由于相關細節蘋果沒有公布，筆者只能結合自己的技術經驗進行推測）：

• 當 AirPods 未配對藍牙時，當 AirPods 充電盒被打開后，AirPods 通過廣播者模式發出連接信號、設備 ID 和電量。
• iPhone 通過觀察者模式收到廣播信息后，在界面顯示連接彈窗和相關信息。
• 用戶點擊連接后，iPhone 的主設備模式和 AirPods 的從設備模式相連，完成配對任務。

更為人性化的地方是，當 AirPods 和一個 Apple ID 下的任意一臺設備配對成功后，它將自動出現在該 Apple ID 下所有設備的藍牙列表當中，無需再次配對。日后，如果用戶想在其他設備上使用 AirPods，可以直接在其他設備的藍牙列表選擇 AirPods 選項即可。在裝有 macOS Big Sur 的 Mac、裝有 iOS 14 的 iPhone，以及裝有 iPadOS 14 或更高版本的 iPad 上，第二代 AirPods 以及 AirPods Pro 可以在以上設備間自動切換，例如當用戶正在聆聽 Mac 上的音樂，這時用戶接聽了 iPhone 上的來電，用戶的 AirPods 會自動從播放 Mac 上的音樂切換為播放 iPhone 上的通話內容。后續讀者需要設計類似的交互體驗時，可以參考蘋果“ID 賬號+藍牙配對”的技術方法。

紅外線和 ZigBee

在沒有智能設備以前，紅外線廣泛應用于遙控器和電子設備的控制連接上，但是它距離不能太遠，方向要對準的同時中間不能有障礙，而且單向傳輸所以使用起來比較麻煩。既然如此，隨著技術的革新，為什么現在絕大部分的空調、電視都仍要采用紅外線連接技術呢？這里就不得不講解一下紅外線的連接方式了。

基于紅外線的遙控器采用紅外發光二極管來發出經過調制的紅外光波，這種光波對于人類來說是不可見的，但機器可以通過紅外接收器接收特定光波后轉換成相應的指令。也就是說，只要遙控器和機器有電，遙控器就能控制機器，免去了一大堆連接流程。紅外線遙控器對于空調以及掛在屋頂的投影儀來說尤其重要，因為用戶也不想藍牙、Wi-Fi 連接失敗后需要搬個梯子爬上去重新配對遙控器，所以在設計智能設備互聯體驗時要充分考慮各種環境因素帶來的影響。

ZigBee 這個專業術語大家可能很少聽到，可能有些小米用戶聽說過，因為市面上小米智能家庭套裝采用了 ZigBee 技術。即使小米將 Zigbee 第一次推到了大眾視野，但 2021 年小米商城中唯一一款支持支持 Zigbee 的產品“多模網關”已經顯示售罄，同時小米開發者平臺已經官宣不再推廣 Zigbee 的接入方案。

為什么 Zigbee 會被小米放棄？主要原因如下：ZigBee 的特點是支持 Mesh 組網，讀者可以簡單理解為網絡中的任何設備都能成為傳輸數據的節點，不再需要一個路由器分發數據，而且從包裝盒拿出來就能使用，無需配網非常方便。2017 年藍牙技術聯盟宣布藍牙 4.0 以上的設備能通過 OTA 升級的方式支持 Mesh 組網，而藍牙幾乎已經成了智能手機甚至智能硬件的標配，同時 Zigbee 模塊比藍牙模塊貴，所以 ZigBee 不再具備優勢，市面上支持 ZigBee 技術的設備可能越來越少。

UWB

UWB（Ultra Wide Band，超寬帶）出現在公眾視野得益于蘋果在 2019 年發布的 iPhone 11 Pro，它搭載的 U1 芯片包含了 UWB 技術，而最近剛出的 AirTag 也是采用了相關技術。其實 UWB 在 20 世紀 60 年代就用于軍事用途，直到 2002 年美國聯邦通訊委員會才發布了商用化規范，由于技術成本過高直至 2019 年才逐漸商用。

UWB 是一項具備空間感知能力的技術，它能夠精確定位其它同樣具備 UWB 模塊的設備。例如用戶的 iPhone 11 Pro 發起 AirDrop 并指向其他人的 iPhone 11 Pro 時，系統會自動識別對方并前置到列表的首位；還有在前文提到的“指一指”技術，能夠幫助用戶快速、準確地操控指定的設備，實現“指誰誰聽話”的便捷體驗。同時 UWB 最高擁有 500Mb/s 的傳輸速度，能讓用戶更快地完成數據傳輸任務，因此后續對于無線 VR/AR 有著重要作用。除此之外，UWB 技術還擁有功耗低、安全性高、抗干擾能力強等優勢，不過由于 UWB 技術 2016 年才逐漸興起，整個產業鏈仍不成熟，建設成本相對較高，而且技術標準尚未統一，導致整個 UWB 生態系統還不夠完善，目前只有少量的設備具有 UWB 技術。

設備互聯關鍵特性

從人機交互和用戶體驗的角度來看，選擇合適的設備互聯技術主要考慮體積、傳輸速度、傳輸距離、功耗和使用場景等問題，由于紅外線和 Zigbee 的使用場景較少，因此下面僅對 NFC、Wi-Fi、藍牙和 UWB 進行比較：

1. 體積

體積這個問題讀者可能之前沒留意到，如果一個設備體積越小能塞進去的芯片就越少。目前筆者從互聯網了解到的數據來看，全球尺寸最小的低功耗藍牙芯片尺寸只有 1.7mm x 2.0mm，而最小的 Wi-Fi 芯片尺寸為 6.0mm x 6.0mm，能查到的 UWB 芯片最小尺寸數據為 9.0mm x 15.0mm，這也意味著把 Wi-Fi 和 UWB 芯片加上其他模塊塞進現在流行的 TWS 耳機并不現實。如果讀者設計的產品直徑大于 4cm，也就是 AirTag 的尺寸，那么不用擔心芯片體積對于產品的影響，因為 AirTag 內部包含了低功耗藍牙、UWB 和 NFC 模塊，最后 NFC 便簽的體積可以忽略不計，類似的技術會影響后續智能織物的發展。

2. 理論傳輸速度和距離

以下不同技術（小型化）的理論傳輸速度和距離是筆者從互聯網查到的數據，如下表：

3. 功耗

NFC 便簽無需供電就能使用。BLE 和 UWB 模塊可以一顆紐扣電池使用幾個月甚至一年以上，而 Wi-Fi 功耗高一直是物聯網設備的痛點，但 2020 年英國的 Dialog 半導體公司推出了低功耗 Wi-Fi 模塊，同樣也能做到以上成績，所以高功耗不再是 Wi-Fi 的缺陷。總的來說對于任意一款芯片來說，在同等制程和封裝工藝下，往往尺寸越小，功耗就會越低，因此功耗后續不會成為影響設備互聯的重要因素。

4. 使用領域和場景

NFC、Wi-Fi、藍牙和 UWB 能同時出現在不同場景中，而且能搭配使用，所以很難定義哪些技術適合用于哪些領域或者場景中，以下內容是筆者結合了互聯網內容和自身經驗給出的建議：

NFC：針對移動支付、身份認證、快速接或切換等場景，包括門禁、公交卡、一碰連接等等。

Wi-Fi：針對需要上網或者大量數據傳輸的場景，包括需要遠程控制的智能家居設備。

藍牙和 UWB：針對實時連接和快速響應的場景，包括穿戴式設備、短距離內即可使用的智能家居設備。

未來新方向

不同科技巨頭都在推薦和使用自己的設備互聯技術和協議，智能家居設備可以任意使用藍牙、Wi-Fi、無線 USB、Z-Wave、ZigBee 等技術和協議，但這現象導致了各個設備之間難以兼容。隨著智能家居市場規模不斷擴大，國內外科技巨頭意識到亟需建立一個能夠兼容不同家居設備的標準，打破各自為營的僵局。

據悉，國外科技巨頭谷歌、亞馬遜、蘋果正在聯手開發的智能家居連接標準“Matter”，Matter 將致力于構建一套基于 IP 網絡構建以及打造連接物聯網的生態系統，用戶可以通過蘋果 Siri /HomeKit, Amazon Alexa 以及 Google Assistant 實現對智能家居的控制。在我國，京東、百度、海爾、華為、小米在內的 65 家國內企業共同成立了物聯網聯盟-開放智聯聯盟（Open Link Association，簡稱“OLA”），同樣致力于“打造物聯網統一連接標準”。相信隨著技術和協議的不斷成熟，設備互聯和跨設備交互將成為下一世代的重要體驗基礎，如果對此感興趣的讀者，可以閱讀 Cross-Device Taxonomy: Survey, Opportunities and Challenges ofInteractions Spanning Across Multiple Devices 相關論文，相關論文和翻譯版可以下載附件。

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