设备互联用了什么技术？写给设计师的科普指南（上）

最近一段时间会更新一系列跟硬件、传感器相关的人机交互设计，内容包括设备互联、物体定位、人脸识别、手势识别等技术，这些内容能帮助读者在日后工作中更好地理解技术对于体验设计的意义是什么。下面直接进入正文：

在移动互联网初期，苹果 iPhone 无法通过蓝牙将照片传给 Android 手机，只能通过第三方应用例如 QQ 或者将照片保存到电脑，再用 USB 线传给 Android 手机；而 Android 手机之间可以通过蓝牙互传文件，但体验较差，因为两台 Android 手机需要蓝牙匹配后才能实现数据互传，这时候需要用户在一堆看不懂的蓝牙列表中找到对方设备后发起请求，对方输入验证码后才能完成配对工作，但是当时大部分 Android 手机使用的蓝牙 3.0 技术传输速度最高只有 24Mb/s，传输较大的文件需要很长的时间。

要完成两台设备之间的数据传输，前提是知道对方设备 ID 是多少，然后通过蜂窝网络、蓝牙、Wi-Fi 等形式将数据传输到该设备上。在 2013 年 Google 花费 2000 万美元收购了一家名为 Bump Technologies 的创业公司，它们设计的应用 Bump 允许两名用户通过手机碰一碰的形式完成照片、联系人、视频等文件的分享，更重要的是它解决了 iPhone 和 Android 无法传输的用户痛点。Bump 是如何做到碰一碰互传文件的呢？当两位用户碰一碰手机时，Bump 会将手机的位置，当前时间、IP 地址、加速度计读数以及其他传感器读数等数据发送到 Bump 服务器，Bump 服务器根据这些参数计算出哪两台设备相互碰了一下，然后通过网络将对应的文件传到另外一台手机。Bump 传输数据的交互方式是有趣且简单的，但是它始终是第三方应用，能做的事情和效率提升上是极其有限的。

苹果在 iOS7 和 OS X 10.7 上推出了 AirDrop 功能，用户只要选中文件即可传输到附近其他拥有 AirDrop 功能的设备上。使用 AirDrop 的前提是确保你要发送的人在 9 米范围内并且开启了蓝牙和 Wi-Fi。当两台设备通过蓝牙和标识码发现对方后，它们会自动建立一个点对点的 Wi-Fi 网络实现高速、加密的文件传输，同时对文件的大小和数量没有限制。AirDrop 的好处是即使两台设备没有连上网或者不在同一个 Wi-Fi 下也能使用 AirDrop，同时不会消耗双方的手机流量，小米、vivo 和 OPPO 等 Android 设备厂商联合推出了相似的互传功能。发布了 AirDrop 后，苹果基于 Apple ID、蓝牙、Wi-Fi 和网络协议为用户提供了一系列“连续互通”的服务，如下图中，我们可以了解到用户在多个苹果设备之间的工作得以简化和提升效率。

中国手机厂商也在不断发展设备互联技术。例如华为手机可以通过“碰一碰”的方式将手机界面显示在电脑屏幕上进行多屏协同，这时候用户可以在电脑上直接使用键盘鼠标来操作手机。据华为官网介绍，“碰一碰”是华为的一项多终端业务协同的解决方案技术，用户可以通过使用设备的 NFC 进行“碰一碰”交互，帮助用户将文件从发起方设备传到目标设备，例如一碰传文件；帮助用户将服务从发起方设备投放到目标设备，例如一碰投屏；帮助用户建立连接或者配对设置，例如一碰上网，大大简化了手机与其他终端设备间的协同与接续。

2020 年小米和 OPPO 先后基于 UWB 技术推出了“指一指”的功能，支持 UWB 技术的手机指向任意智能设备后都能直接控制该设备。以小米手机为例，当小米手机指向电扇，控制电风扇的卡片会自动弹出；当小米手机转向电视时，当前卡片会自动替换为控制电视的卡片。

在我们的生活中已经拥有了大量的智能设备，每次使用它们都要解锁-寻找 App-控制设备并不是最高效的解决方案。为了让我们的生活更加便捷，基于当前空间内的多设备互联互动已经成为各个科技公司的研究课题，它们主要采用的技术包括了 RFID、NFC、蓝牙、Wi-Fi、红外线、UWB 和 ID 识别，一般而言前面 5 项技术各有优缺点，各个厂商都会将它们混合使用，例如上文刚刚提及的 AirDrop 用了蓝牙和 Wi-Fi 技术。接下来会一一介绍相关细节：

RFID 和 NFC

RFID（Radio Frequency Identification）即射频识别，又称为电子标签，它是一种非接触式的自动识别技术。RFID 的工作原理是 RFID 阅读器例如带有 NFC 的手机设备，它会不断发出射频信号，即具有远距离传输能力的高频电磁波，当 RFID 标签，如下图，处于 RFID 阅读器的磁场范围内时，凭借自身感应电流所获得的能量，将存储在芯片中的产品信息或者信号传送给阅读器，阅读器接收、读取和解密信息后将数据交给信息系统进行处理。

RFID 标签有众多优点，因此大量应用于商品的生产、物流、跟踪、资产管理等场景上：

• RFID 标签的结构特别简单，只由射频芯片和天线构成，没有电池等电子器件，成本很低，只需要 0.3 元左右。
• RFID 标签能存储 1bit 至 1024bit 的信息，能反复增删信息。
• RFID 所用的材质多为 PET 材料，具有耐高温、耐腐蚀、耐用等优点。
• RFID 读写器可以一次性识别多个 RFID 标签。
• RFID 读写器可以隔着纸张、木材和塑料等非金属材料识别 RFID 标签。
• 当 RFID 标签和电池设备相连接处于通电状态时，识别距离可以高达数十米，高速公路自动收费站以及自动停车场的的 ETC 系统正是采用了该技术。

NFC（Near Field Communication）的中文全称为近场通信技术，它由 RFID 技术演变而来，属于 RFID 的其中一种，但拥有以下的不同：

• 相比 RFID 几米到数十米的传输距离，NFC 的传输距离只有 10 厘米。
• RFID 传输速度由当前频段和传输距离决定，NFC 同理，但是由于 NFC 频段较少和传输距离可以忽略不计，所以 NFC 的传输速度最大 424 Kbit/s。
• RFID 被不同组织定义了多套标准，相比之下 NFC 标准简单得多，厂商对 NFC 的接受度更高。
• NFC 拥有点对点通信模式，它能让两台具有 NFC 功能的设备在近距离范围内连接并进行点对点的数据传输。
• RFID 拥有一对一和一对多的交互方式，而 NFC 只有一对一的交互方式，相比之下 NFC 安全性更高。

基于以上的区别，NFC 更多的应用于消费类电子设领域，在门禁、公交、手机支付等领域发挥着巨大的作用。近年来各大手机厂商逐渐将 NFC 技术用于设备互联上，例如前文提及的华为“碰一碰”就是很好的案例。只要厂商提前定义好 NFC 的数据交互协议，当两台设备近距离接触时，当前要完成的交互任务、设备 ID、蓝牙、Wi-Fi 密码等关键信息就能通过 NFC 传输给对方，瞬间完成设备互联和数据传输流程，极大提升了交互效率。

跟 RFID 标签类似，通过“触碰”这个动作，NFC 标签也是一把打开 IFTTT（if this then that）大门的钥匙，实现各种各样的功能。以小米 NFC 碰碰贴为例，用户可以将不同的任务流程写入不同的碰碰贴并放置在不同位置，用户每天起床时只需要将手机触碰床前的碰碰贴就能自动打开电动窗帘和用智能音箱播放音乐；每天离开家时只需要将手机触碰门口的碰碰贴就能开启离家模式，关闭所有灯和空调，开启监控摄像头和让扫地机器人开始工作，如果结合时间参数还可以反过来开启回家模式。

Wi-Fi

相信大家对 Wi-Fi 并不陌生，Wi-Fi 是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，可以简单地理解为：只要当前设备进入了无线局域网，就能访问和操控局域网内的其他设备，如果有连接着外网的路由器就能直接无线上网。Wi-Fi 模块可以认为是推动了家用电器和物联网的发展，传统家居直接升级成智能家居。以小米的 AIoT 为例，通过米家 App，用户可以在家里或者远程看到自己家里智能设备的运行情况，前提是智能设备属于小米生态链的一部分。2018 年小米 CEO 雷军在小米 AIoT 全球开发者大会宣布小米 Wi-Fi 模组仅售 9.99 元，成本降下来后越来越多的电子产品开始往智能路线发展。

当智能设备没有触摸屏，用户如何将自己家里的 WiFi 账号和密码输入到当前设备呢？以小米空气净化器为例：

• 当用户第一次启动小米空气净化器时，空气净化器会通过 Wi-Fi 模块开启一个热点，该热点的名字已经被提前定义好并存在服务器上。
• 用户的手机打开米家 App 连接新的设备时会自动从服务器下载最新的热点名字，并自动检索当前 Wi-Fi 列表是否存在匹配的，如果检测到匹配的热点名字会直接连接该热点，这时候手机和小米空气净化器完成了设备互联。
• 接着用户在米家 App 选择家里的 Wi-Fi 账号并填写相关密码，米家 App 会将账号密码发送给小米空气净化器，接收到数据的小米空气净化器关闭热点并自动连接相关 Wi-Fi，这时候小米空气净化器已经能正常使用并和同一 Wi-Fi 下的小米生态链产品相互互联。

通过一个 Wi-Fi 模块和以上交互流程就能让一台智能设备进入局域网，局域网中的手机和智能音箱可以获得该设备的控制权限，简化交互复杂度的同时提升了用户和设备交互时的便捷性。除了小米空气净化器，绝大部分的智能家居设备都采用了该原理。最近让新设备入网的交互任务被进一步简化，拥有系统权限的 APP 可以通过 NFC 标签直接将 Wi-Fi 账号和密码发送给待入网设备，设备互联的交互难度已接近于零。

最后

由于“设备互联”这部分内容较多，所以文章会分成两部分发出，后半篇文章涉及的内容包括蓝牙、红外线、UWB 等技术，敬请期待，谢谢。

欢迎关注作者的微信公众号：「薛志荣」