阿裡妹導讀：阿裡20周年年會上，全球6萬阿裡人 "回家"，用一種特别的方式為阿裡慶生。年會現場，每位阿裡員勞工手一隻白色IoT手環，這個由102顆LED小燈組成的手環，随着現場音樂、節目節奏變幻不同色彩。别小看這隻手環，它會找到你的專屬座位，為馬老師送禮物（組成生日快樂字樣），會告訴你綠色請等待，紅色請離場。總之，這項阿裡巴巴#辦公黑科技#今天被阿裡妹首次揭秘了，這個“小玩意”有大作用哦。
作者 | 韓康
背景
大型晚會舞台燈光效果雖然夠炫夠亮，但身處其中的觀衆，往往被動參與，無法通過自己的動作、語言和狀态對晚會程序産生影響，更無法和身邊的人、場館建立聯系，更不要提觀衆和舞台、節目之間的互動了。
基于此考慮，早在2017年阿裡巴巴18周年年會上，阿裡巴巴企業智能事業部的工程師就研發出IoT發光手環。讓每個手環通過無線電單獨實時控制，随着晚會節目程序，發出不同的顔色和強度的光，并按照一定的幀率實時重新整理，進而讓佩戴手環的人以一種全新的方式參與到晚會之中。
時隔兩年後，工程師們在原IoT發光手環的基礎上，全線更新成為雲手環産品。每一個手環中不僅由102顆全彩LED燈組成，并且每一顆LED燈都由中控系統控制，通過無線通訊進行調光，達到業界領先的、精确到點的實時控制技術。
除了光效變化外，增加了個性化的設定，讓其可以實作諸如入離場引導、公益“搖臂種樹”等實時互動體驗。下面将重點介紹更新後的雲手環産品的系統設計點。
20周年年會手環
設計難點
1、人、節目、場的數字化重構
阿裡巴巴18周年IoT發光手環雖然完成了每個觀衆作為單個“像素”共同一起拼大圖，播視訊的效果，但也僅限于舞台燈光效果的互動，人、場、節目的數字化實時互動仍需探索。
2、大規模高密終端無線上下行資料通信
相比起18周年年會，今年年會在多個方面都提出了更高要求：首先，受控終端更多。人數再創新高，達到6萬+，增加50%以上。
其次，部署場地更大。作為2022年亞運會主場館，杭州濱江奧體的實體尺寸較黃龍體育館大不少，整個上下行無線覆寫系統需要應對此種變化。
最後，終端實時通信。需要在高密場景，直徑300米的大場地大小，完成6萬+終端的實時上下行通信，進而完成實時互動。
3、手環像素級控制
在受控終端數暴增的情況下，進一步強化發光效果。在整場體育館這個“大畫闆”的基礎上，如何完成實時内容生成-壓縮-下發-執行展現的全過程。如何在由雲手環組成的“超級無線大屏”上演繹更酷炫的視訊内容。
系統關鍵點設計
1、立體發光手環
為了達到完美的發光效果，手環采用全環發光的設計，102顆高亮LED遍布表盤、表帶，消除發光死角，即除了覆寫整個表盤的LED，在兩側的表帶上也嵌入了LED燈珠。
雲手環外觀效果和LED布局示意圖
每個LED燈珠可以單獨控制，獨立顯示顔色和亮度，繼而可以在表盤及表帶的平面上做顯示各式形狀及動畫。
2、感覺&互動手環
為了完成實時互動，手環硬體上配備了如下感覺器件：
- 3軸陀螺儀+3軸加速度：支援通過算法實時感覺佩戴者姿态、搖晃次數、搖晃節奏等動作變化模式。
- 心率傳感器：可精準識别手環是否處于佩戴狀态。
- 配備麥克風聲音檢測：支援手環周邊聲音強度、頻譜、音樂節奏的監測。
根據傳感器實時計算的需要使用者體驗到的回報，可以通過本地LED陣列的動畫效果和馬達振動實時回報給使用者。
3、大規模超密無線傳感網系統
在大型體育場館的場景，完成無線接入覆寫曆來是一個世界級的技術難題，大型賽事活動鮮有WiFi或者營運商無線網絡覆寫特别成功的案例。而雲手環實作全場6萬+終端的實時互動，第一個要跨越的技術難點就是單個終端的實時上下行通信。
雲手環通過上下行分離、備援鍊路、小包重傳等技術手段，實作了6萬終端的實時線上，實作了高密場景下的超大規模的無線傳感網節點的無縫覆寫。
通過全面實時感覺并上傳手環/上下行基站等裝置的休眠、在離線、電量、異常資訊、溫度、負載、流量、業務量等關鍵狀态，實作關鍵裝置關鍵名額監控的全程全場全覆寫。
| 上下行分離
在無線傳輸側，采用上下行分離的方法實作實時上下行通信。系統架構如下圖所示：
手環技術架構
無線上行信道，實時資訊通過非連結式的無線小包多頻點快傳，降低連結保持開銷和高密端側互相幹擾的同時，降低部分實時性要求搞的時延。
無線下行信道，使用獨立信道，長包傳輸媒體控制資訊，提高協定效率，增加下行吞吐；通過多基站熱備形式提高系統穩定性；為了降低基站要求，采用非連結、多次重傳的形式完成下行QoS保障。
| 備援鍊路
面對實時性最高的無線上行鍊路，由于終端數量龐大，為了應對終端間的同頻幹擾，上行實時消息采用類UDP的非連結狀态協定，通過備援部署上行接入AP，單個手環發送，多個AP同時備援接收轉發，最終聚合于雲端的形式，保障上行資料成功率。
4、服務端大流量應對：6萬人實時大互動支援
實時互動環節，所有人同時開始搖手，每個人每3秒上報最新消息，考慮10倍備援鍊路的情形下，需要服務端TPS>20萬。服務端和基站側分别通過中間件調優和多任務聚合的方式從容應對，最終實作全場6萬人實時互動。
5、大場景科技感
在IoT發光手環的基礎上，通過基于GPU的多重加速壓縮技術，對媒體素材進行實時壓縮。使得視訊流可以在帶寬容量有限的情況下，依然可以順暢傳輸。每個參會者作為一個發光像素，共同建構全球最大的無線大屏，演繹各種視訊和複雜動效。
功能設計
基于上述系統設計點，在20周年年會上，雲手環也帶來了更豐富的互動與多樣功能：在産品設計上，産品經理朱江認為：雲手環不是一個單純的手環硬體裝置，它同時承載了人與人連接配接，人與場的互動，以及作為大型活動硬體的一個組成部分。結合AI大資料及雲端能力，帶給使用者實時的沉浸式互動體驗的IOT智能硬體。以下是産品功能的詳細介紹。
互動公益挑戰
本場晚會專門設計了公益挑戰環節，通過現場觀衆在主持人的帶動下揮舞手臂，将擺臂次數轉化為能量填充公益挑戰能量條，完成最後20%的公益挑戰。 手環通過内置的6軸運動傳感器識别使用者的手勢動作，可以對使用者的各種擺臂動作進行精準識别，手環會自動跟随使用者動作節奏，通過變換顔色給使用者即時的回報。搖臂次數被實時上報到雲端。通過阿裡雲dataV資料大屏在現場完美呈現。
公益搖臂環節示意圖
裝置個性化，活動期間專屬裝置
每個手環背後都印有一個和裝置唯一ID号對應的二維碼，使用者通過使用釘釘，淘寶、支付寶掃描手環背後的二維碼，将個人身份與硬體裝置進行授權綁定。掃碼系統專門針對晚會觀衆身份的複雜性進行設計開發，觀衆在30秒時間内即可完成綁定操作。
授權綁定後，賦予了硬體裝置佩戴者的資訊，不再是一個冰冷冷的裝置，而是成為了一個溫度的智能硬體，正如手環的slogan“一直堅持，一直發光”。每位小二在晚會過程中的活動情況，情緒指數被精準感覺，在BG（事業群）秀，阿裡年陳（阿裡年陳文化，有1、3、5、10年陳）環節被精準點亮，沸騰全場。
馬老師的生日禮物
在給馬老師特别禮物的環節，當主持人一句對馬老師說：“全體阿裡技術人給您的一個特别的禮物”，看台上所有手環立即呈現出“生日快樂”四個巨型大字，可以說是阿裡全體技術人送給馬老師的禮物。
入離場引導
大型活動人數衆多，撤場環節安全和使用者體驗至關重要，雲手環作為現場唯一一個能實時感覺使用者資訊，并能夠實時觸達到每個使用者智能硬體裝置，完美的完成了現場超過6萬的觀衆的撤場引導工作。
“紅燈停，綠燈行”，依據現場指揮的指令，精準控制不同區塊手環的顔色，亮起紅色的代表需要暫時等待，不能離場。綠色的表示可以開始離場，并通過佩戴檢測功能，對摘下放回座位的手環進行滅燈，節能環保。
總結
本次雲手環通過102顆高亮LED遍布表盤、表帶消除了發光死角，實作全環立體發光；通過自建上行分離式的無線覆寫網，完成了6萬多手環終端高密場景下超大規模的物聯網終端的實時上下行通信，建構了濱江奧體主場館的大場景科技感，覆寫受控手環數比18周年4萬終端增加50%以上；結合動作、聲音、心率等多元度的實時感覺和振動、LED造型閃爍能力，建構了全場沉浸式的互動體驗，完成人、節目、場的數字化的一步重要探索。
作為盛大的20周年年會的一部分，在奧展現場浩如煙海的各式子系統當中，在“IoT發光手環”正式蛻變更新成為雲手環，全面提升了感覺能力、模式識别能力和互動能力，完成了晚會氛圍營造、大場景科技感打造、現場實時互動、輔助撤場等功能，是現場大規模實時互動不可缺少重要組成部分。面對五彩缤紛的各式大型公司年會、演唱會、體育盛會，有深遠的商業前景。
看到這裡如果你也躍躍欲試，想跟我們一起探索雲手環的奧秘，歡迎将履歷發送給我們。聯系郵箱：[email protected]，期待你的加入。
原文釋出時間為：2019-10-21
作者：企業智能事業部
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