棋子正在等待棋盘:AirTag深度解析
2021-05-03 11:17:16 小编 人浏览

 可能是全网首份苹果AirTag深度报告

编者按:本文来自微信公众号“白熊观察员”(ID:baixiong42),作者:侠盗小猫;

“ AR即将改变世界。本文既是对AirTag深度解析的第一篇,也是对下一代AR技术前瞻性深度报告的第一篇,敬请期待后续。”

新一代Apple TV很重要,薄至11mm的iMac很重要,M1芯片版iPad Pro也很重要。不过,苹果这次发布会选在了4月,可谓史无前例,绝不仅仅是为了发布上面这些产品,而是为了人类数码生活的下一个世代铺路:

苹果宣布:进入一个全新领域,即寻物装置。更出人意料的是,这一领域的首份答卷,是一个圆形电子标签,AirTag。

其实,早在2019年,苹果已经完成AirTag的研发,但是,中间经历了两年,苹果却一直咬牙忍住,因为时机未到。

在面向未来的布局上,AirTag是重要的一环,因此,它必须跟随大战略的节奏。今天,就是一个开始。

AirTag是一款直径31mm,最厚处仅8mm的小型设备,重量也仅有11g。到3mm的体积空间内,苹果以SiP先进封装集成了主控芯片、UWB(超宽频通讯)模块、蓝牙模块、RF射频模块,并塞入了实现对应通讯的天线。

AirTag拥有精准查找功能,这源于AirTag和部分新款iPhone具备的超宽频(Ultra-Wide-Band,UWB)通讯能力。

这一切,对AirTag而言,是为核心功能服务:连结虚拟与现实,让某一个虚拟应用“走出来”,与现实世界精确位置形成关联。

通过AirTag,这一切只使用最小的元件,最低的功耗。

苹果最终的目的,是构建一个庞大系统。人们在现实世界的所处与行动,都与不同的数字虚拟世界对应。虚拟世界与真实世界的定位,将精确到厘米级。

拼完这块拼图,增强现实(Augmented Reality, AR)领域才真正具有可用性。

(这是今年WWDC的官方图,AR可能会成为重头戏)

早在2017年,苹果就已经为AR技术做出深度布局:这就是ARkit框架。

它可以快速调用iPhone摄像头和传感器,再通过算法,实现真实世界测距,同时,为iOS平台的AR app开发加速。自此,苹果每年都在升级ARKit框架,即使迄今为止,苹果没有任何一款专门的AR设备。

苹果的布局不可谓不深。所以,对AirTag进行吐槽,还为时过早。当前AirTag的应用场景,不过是开胃菜,正餐还没上。

AR时代的前奏已经响起,新时代的大幕正徐徐开启。

以下为深度报告全文——

AirTag核心设计理念

外观上,圆形的AirTag就像一枚棋子,一面是圆润的白色聚碳酸酯材质外壳,类似于陶瓷手感;一面是精细打磨的不锈钢电池盖,一如往常镭射着苹果标识、关键通讯技术、设计地与产地。

说到产品结构,不得不提的是苹果“突破性”地将AirTag的电池舱设计为可拆卸式,只需要按住苹果标识的两侧并逆时针滑动约45度,就可以拆下电池盖,更换内置的CR2032纽扣电池。官方文档称单枚纽扣电池可支持产品长达1年使用。

苹果上一款用户可自行更换电池的产品,还要追溯到2003年的PowerBook G4。之所以采用如此“退步”的电池设计,归根结底是设计无比紧凑的AirTag内部空间难以容纳线圈结构,以及无线充电将对设备安全和电池健康进一步构成挑战。

毕竟,AirTag是一款直径31mm,最厚处仅8mm的小型设备,重量也仅有11g。也难怪,寻物标签的使用场景就是和容易丢失的物品系在一起,体积自然越小越好。通过下图和硬币的对比,可以直观感受它的实际尺寸。

在排除电池盖板、外壳以及CR2032后深度不到3mm的体积空间内,苹果以SiP先进封装集成了主控芯片、UWB(超宽频通讯)模块、蓝牙模块、RF射频模块,并塞入了实现对应通讯的天线。下图来自日本用户Haruki的初步拆解,环形的黑色主板背面应为SiP封装,中央部分是声学线圈马达和音腔。

合乎情理但也值得一提,电池容量和体积如此有限的AirTag,相比市面许多同类产品,并不具有连接GPS或蜂窝网络的相关元件与功能。

核心技术指标:蓝牙、超宽频与精准查找

作为寻物标签,AirTag的工作是帮助主人通过找到它自己,同时找回连系在一起的丢失物品。首次使用之前,需要使用一台系统版本在iOS 14.5或以上的iPhone完成设备添加。经过这个过程,AirTag会绑定到某个苹果账号。

添加AirTag的界面非常苹果味,和AirPods、Apple Watch以及HomePod的添加界面类似。将iPhone靠近未绑定任何账号的AirTag,即可自动弹出相关界面。

添加完成后,当用户身处与AirTag最大不超过30m的物理距离内,iPhone可以通过蓝牙与AirTag连接,并控制其发出响声。AirTag可以发出从柔和到嘹亮、与棋子体积不太相符的清晰声音,帮助主人找到它。

iPhone 11及后续的机型在距离AirTag较近(一般10m以内)的位置,会自动进入精准查找界面。在精准查找功能下,iPhone可以直接显示到AirTag直线距离,以及一直辅助用户寻找的方向箭头。

精准查找功能归功于AirTag和部分新款iPhone具备的超宽频(Ultra-Wide-Band,UWB)通讯能力。UWB原被应用于工业场景,因其通讯基于发射耗时极短的窄脉冲,十分适合通过到达时间差算法(TDOA)计算出通讯距离,实际误差可控制在厘米级范围。

苹果在iPhone 11上加入U1芯片和相应天线设计,为iPhone加入UWB通讯能力,在此之后,苹果陆续为HomePod和Apple Watch产品线的主流新产品加入UWB支持。

综上,当用户身在AirTag附近,iPhone会使用蓝牙和UWB通讯协议,准确发现AirTag的位置。有趣的是,如果AirTag被带到距离用户非常遥远的地方,这款产品依然支持向用户发送GPS定位。

如前文所说,AirTag本身无法使用GPS或蜂窝网络数据。当它被遗落或带离用户时,生成定位的奥秘是它背后的苹果Find My蓝牙网络。

早在两年前的WWDC开发者大会,苹果就公布了Find My蓝牙寻物网络,初期用于定位Wi-Fi或蜂窝数据离线的iOS设备、Mac以及Apple Watch。

Find My目前是一个拥有数以亿计节点的庞大寻物网络,所有开启Find My功能的苹果产品都是这一网络的节点。它们会在日常运行中,以极低的功耗与附近其他苹果产品通过蓝牙交换信息。在这个过程中,连接网络的设备会将当前定位和丢失设备的信息一并上报,最终呈现给失主。

一个具体的例子,假如一枚AirTag被用户遗落在路边,首先它会因为和用户iPhone连接长期中断,进入丢失模式。然后,所有经过同一条路的iPhone用户,都将为失主寻回它提供帮助——附近的iPhone会搜索到AirTag的蓝牙广播,广播中的信息会和定位一并上报给苹果。随后失主可以在Find My app中查询到AirTag的大致位置。

因此,虽然本身不具有GPS定位与联网能力,AirTag依然可以在Find My的帮助网络下为用户带来远距离定位。需要注意,受限于Find My的工作原理,通过它远距离定位AirTag时,定位的精确性与即时性无法与具备GPS或网络能力的寻物标签相提并论。这也是苹果不建议使用AirTag保护宠物或儿童的原因。

安全性解读:隐私与防盗

作为AirTag远距离定位的基础,Find My网络在设计之初就充分考虑到安全因素。苹果设备发送的用于Find My网络的蓝牙广播,其中关键信息不仅经过加密,而且加密方法引入时间因素,加密结果定期改变。第三方无法基于相同的广播信息跨地域跟踪用户;仅有失主能通过失物所属的苹果账号,从Find My中请求其定位。

就连Find My网络中上报定位的流程也通过加密机制做到了完全匿名。在不知不觉间帮助失主上报定位的用户,不用担心定位信息被以任何方式和自己发生关联。这些定位能仅能帮助确认失物的位置,不会牵涉到任何其他用户的活动轨迹。

Find My网络获得定位的途径、AirTag和其它iPhone的通讯,都受到加密机制的保护。但是,和其他所有寻物标签一样,作为基本功能的远距离定位,仍有可能被用户滥用。比如装进某个旅行箱,跟踪旅行箱的主人;又或者塞入车辆后座,获取经停的信息。一个普通人,不是AirTag的主人,或者甚至不是iPhone用户,需不需要担心这类事情发生在自己身上?

答案是,基本无需担忧。

AirTag在长时间离开主人的状态下,本身会不时发出提示音告知周围;iPhone在短时间内连续扫描到陌生的AirTag,也会发出报警,此时获得报警的用户可以主动控制该AirTag发出声音,借此将其找出。

更重要的是,轻点AirTag白色正面,可触发相关的RF标签。任何带有NFC的手机读取此标签后都会获得一个网页url,iPhone还会自动跳转到url指向的苹果官网支持页面。url指向的页面将显示该AirTag序列号,如下图所示。执法机构可以由此从苹果询得对应的绑定账号,快速完成取证。

恶意使用者将对此功能投鼠忌器。

如果AirTag与其相系的物品一同被丢失在人迹罕至地方,失主除了主动搜寻和等待Find My网络的新消息,还有别的事可做吗?有的。失主可以将该AirTag标记为丢失(注意这和AirTag进入丢失模式没有直接关系),然后对Find My网络提交一些遗失信息,如自己的联系方式。这些信息会出现在上图的页面上,告知拾得者。失主设置的遗失信息仅单次有效,内容完全由自己决定。

重要细节:买四个套装还有优惠

苹果一向在价格上把控甚严,但对AirTag却,彰显出了它独特的价值。

首先是价格。苹果给予了AirTag非常不苹果的229元单件低价,以及史无前例(又一个史无前例)的四件套装优惠,要知道哪怕是Apple Pencil笔尖这样的消耗品都不曾获得套装优惠。

然后是产品线待遇。AirTag被定位为iPhone配件,但毫无疑问获得了远远超越配件的产品待遇,比如苹果亲自为其设计了一打精美的皮质和塑料扣带,并早早开放出尺寸参数和指导文档给三方制造商,令其开发“配件的配件”。

不仅如此,苹果甚至和Hermès官方合作了AirTag带Hermès皮革款钥匙扣和行李牌等,这在此前是被iPhone和Apple Watch独占的殊遇。因为不俗的外观和盛惠2199起的“低廉”价格,这一线三件产品被称作买Hermès送AirTag的超大优惠,甚至被数码爱好者调侃为适合年轻人购入的第一件Hermès。

为AR时代铺路的先行者?

在AirTag背后,是苹果的次世代棋盘。

苹果开发AirTag,有很深的战略部署。事实上,这是一款本应在三年前面世的产品。无论是网络流传的初版包装图片,还是提交到美国联邦通讯委员会(FCC)的产品认证审批记录,都清晰显示出苹果最初的计划是在2019年发布这款产品。 

事实上,AirTag的开发几经波折,量产数度延迟,至少两次在苹果发布会的最后准备阶段被取消亮相。2019年的秋季发布会与2020年的10月发布会都是这样的例子。外界无从得知面世不断递延的准确原因,一般猜测是出于进一步优化通讯和功能考虑。

发布之前经历了锲而不舍的迭代,加上异常丰富的首发配件阵容,苹果给予AirTag的待遇远远超越寻物标签这一小众品类本来的影响力。按照苹果的一贯做法,AirTag应该仅是一个开端。它之所以获得潜心投入,是有伏笔要为未来的产品预埋。

乔布斯曾在2007年1月的发布会上,首先将初代iPhone介绍为三款产品:一款支持多点触控的iPod,一支电话,一台网络浏览器。采用同样的看法,则AirTag本身也融合了三个产品,一台蓝牙热点设备,一枚RF标签,和一款UWB通讯器。只因为融合后的产品体积过于微小,很容易让人忽略它本身是三个截然不同的产品这一事实。

关于蓝牙和UWB,在2019年苹果公布了Find My网络;同一年,支持UWB通讯的iPhone 11发布。关于射频标签的故事发生在8个月后,2020年的WWDC宣布为iOS增加名为App Clips的功能。App Clips能让设备在拍摄到特定二维码或轻触射频标签后,自动从App Store中下载并打开某个应用的减量“切片”,效果如下图。

可以看出,App Clips的存在,让用户能在特定环境迅速开启某个应用,使用其中适用的关键功能。

考虑AppClips的设计,可以帮助我们更清晰地理解AirTag的产品思路。寻物标签是结合AirTag 蓝牙功能和UWB实现的功能,但AirTag可支持的功能场景远远不止于此。Find MY基于蓝牙,可以呈现AirTag在现实世界的初步定位;UWB提供精细的近距离定位,适合小范围或室内定位;射频部分可以触发应用,开启不同的内容。

这样的产品设计,以最小的元件及功耗代价,完成了现实世界精确位置与应用功能的关联。它能帮助一个庞大系统,将人们在现实世界的所处与行动对应到不同的数字虚拟世界中。这些数字虚拟世界中的内容,也将与精确到厘米的真实世界定位,发生紧密关联。这是增强现实(Augmented Reality, AR)领域非常需要的一块拼图。早在2017年,苹果就推出能快速调用iPhone摄像头和传感器,通过算法实现真实世界测距的ARKit框架,为iOS平台的AR app开发加速。在之后的每一年,苹果都为ARKit框架提供升级和增强,迄今为止没有推出任何一款专门的AR设备。但这绝不代表未来不会。

依然是2019年,iOS 13发布之前,有开发者在底层代码中找到了苹果AR设备的UI框架,Starboard。当时不少人相信,Starboard将脱胎于iOS,用于传言中苹果开发多年的AR头戴设备。这款设备自带两个8K镜片,支持802.11ay的高速传输,并使用5nm制程的苹果自研芯片。此芯片的前序或许已经到来,因为2020年末苹果推出用于ARM Mac的M系列芯片,内部代号正是Star。

那或许就是AirTag正在等待的棋盘。

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