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廣州拙進通信技術有限公司 高遠

摘(zhai)要： 本文主要對應用于智慧校園場(chang)景的(de)學生手環與用戶(hu)體驗進行了比較分析，供教育部門、學校、集成(cheng)商選型參考。

關鍵(jian)詞：RFID學生手(shou)環(huan) 智能學生手(shou)環(huan) 智慧(hui)校(xiao)園

1. 引言(yan)

近年來，各地(di)智慧校園建設如火如荼，在(zai)智慧校園建設中，客戶已經不再滿足于傳統以IC卡為核心的一卡(ka)通應(ying)用，而是希望建設涵蓋無(wu)感知出入校考勤、班級考勤、校內定位、運動/健康檢測、食堂(tang)消費、門禁、儲物柜管理等(deng)綜(zong)合(he)應用解決方案。同(tong)時，隨著消費級可穿戴設備的普及，客戶希望學生或者老師的身份識別不僅是使用傳統IC卡，而是使用學生(sheng)手環，實現綜合應用。

隨著新高中考改革逐步擴大，校園(yuan)客戶對上述需求愈加強烈。各地都有學(xue)校選擇(ze)不同技術方案進行了(le)建設試點，有成功，有失(shi)敗。

本文對前期試(shi)點的主要技術方案以及用戶體驗做技術分析，供教育主管部門、校園客戶、集成商參考。偏頗之處，歡迎指(zhi)正。

2. 學(xue)生手環主要功能

   目前，學生手環功能上大致分為2種：

● 帶GPS定位的電話手表。 此形態產品包括GPS定位、電話、短信、NFC一卡通等應用功能。由于GPS定位在校園內使用精度不準，有月租費、電話功能涉及到課堂偵聽等問題，難以在校園大規模普及，以家長自行購買為主。

● 智能學生(sheng)手環。此形態產品主要實現校門出入考勤(qin)、校內(nei)定位、計步(bu)、心率、NFC一卡通(tong)、電子表等功能。是目(mu)前智慧校園選擇的主要的可穿戴產品形態。下(xia)面主要對學生手環在校園應用中的技術方(fang)案(an)進行分析。

3. 學生(sheng)手環(huan)在智慧校園應(ying)用場景與用戶體驗分析

● 校門無感知進出考勤：學生批量通過校門時自動進行無感識別考勤。用戶體驗的核心是考(kao)勤進出識別速度與進(jin)出判斷準確率。

● 班級考勤：班級(ji)考勤的核心體驗在于考勤識別的速度以及相鄰教室間的誤判率。

● 位置(zhi)管理：區域批量識別的速度與(yu)準確率。如教學(xue)樓二樓與三樓之間不會誤判，不會出現學生(sheng)在相鄰樓層間漂移的現象。

● 計步、心率數據采集速度：設備采集手環計步、心率數據的采集速度。

● 一卡(ka)通：刷卡(ka)時的用戶體驗，速(su)度快，識(shi)別高度好。

● 充電續航能力：充電(dian)一次至少使用30天這是對學生手環的基本要求。

4. 學生手環技術分析比較

前(qian)期學校市場學生學生手環主要有2種技術方案，一種是低功耗藍牙BLE4.0單通道方案。一(yi)種是RFID+BLE雙通道方案。下面主要對這兩種技術方案基本原理與技術性能進行分析。

4.1. 低(di)功(gong)耗藍牙BLE4.0單通道方案

低功耗藍牙BLE4.0單通道方案采用消費級的標準藍牙手環方案，配合藍牙基站，實現數據采集與通信。系統原理圖如下：

 前期采用此技術方案的手環在實(shi)際應用中用戶體驗較差，主要表現如下：

1) 校(xiao)門無(wu)感知進出考勤識別準確率低：

學生批量進出校門時會出現識別不全，識別準確率低，受校園環境的影響，此(ci)技術方案校門無感考勤識別準確率低于60%。 這個指標校方與家長難以接受。前期試(shi)點項(xiang)目失敗原因中(zhong)這是主因。

2) 班級考勤

班級(ji)考勤中相鄰教室誤判率高。此方案必須結合學生名單做過濾才可(ke)以用于班級考勤，無法反映教室學生實際情況。

3) 區域(yu)定位：

      此應用場景，BLE單通道手環無法避免學生(sheng)在相鄰樓層間漂移的現象。

4) 計(ji)步、心率數據采集速度：

此應用場景中，設備采集手環計步、心率數據需(xu)要(yao)學生在教室上課時長時間穩定在固定區域里才能采集完整，采集速度慢。

5) 充電續航能力：

要實現較好校園用戶體驗的情況下，BLE手(shou)環一次充電的續航時間難以超過15天。

     BLE單通道學生手環在校園應用場景中用戶(hu)體驗不佳的核心原因是BLE技術在校園場景中存在原(yuan)理(li)性缺陷。簡要分析如下：

● BLE單通道學生手環利用藍牙信號進行區域識別與進出(chu)判斷，而BLE信號是2.4G微波波段，信號本身的傳播沒有明確的覆蓋邊界。這個在我們平時手機連接藍牙手環或者耳機有直觀的體驗，信號的距離時遠時近。這是BLE單通道手環在校門進出判斷、班級考勤、區域定位應用中準確率很低的一個根本原因。

● BLE基(ji)站獲取BLE單通道手環數據是通過獲取手環的廣播數據以及連接通信數據。為了提高識別速度，手環需要以較高的廣播頻率進行廣播，這個是BLE手環用于校園場景續航力差的主要原因。

4.2. RFID+BLE雙通道學生手(shou)環方案

RFID+BLE雙通道學生手環方案采用了RFID與BLE雙通信通道。校園場景應用中主要采用RFID通信通道，BLE通信通道主要用于與手機BLE進行通信，實現非校園場景下標準的運動手環功能。

RFID+BLE雙通道學生手環技術在(zai)校園應用場景中用戶體驗分(fen)析如下：

1) 校(xiao)門(men)無感知進出考勤識別準確率高

采用RFID技術實現校門無感知考勤，可以實現99.6%以上的考勤識別率。RFID通信技術可以實現精準的信號覆蓋邊界，配合良好設計的進出判斷算法，可以實現接近100%的校門考勤準確率。詳細技術原理可以參看拙進通信網站www.gdm2m.cn。

2) 班級考勤

采用RFID技術可以實現100%的班(ban)級(ji)實時考勤準確率，不依賴課表名單過濾，不會出現相鄰教室誤判。 其原理與校門考勤類似。

3)  區域定位

      由于RFID信號具備良好的信號覆蓋邊界，不存在無線信號的漂移，也就不存在學生在樓層間漂移的現象。

4) 計(ji)步、心率數據采集速度

計步、心率數據通過RFID通道采集傳輸，使用專門優化的通信協議，可以實現快速大批量的數據采集。 

5) 充(chong)電續航能力：

RFID+BLE雙通道學生手環的BLE部分，平時處于非工作狀態，BLE廣播頻率可以設定較低，而RFID通道通信部分平時處于關閉狀態，只在校門、教室等特定區域短時工作，每次持續時間為毫秒級，整體功耗大幅下降，可以實現一次充電，使用30天的應用體驗。

5. 技術比較匯總

基于上述技(ji)術原理分析， BLE單通道學生手(shou)環技術與RFID+BLE雙通道學生手環技術比較匯總如下表。