一 背景

　　作為本地生活的一個(gè)重要組成部分，外賣已經(jīng)進(jìn)入千千萬萬的家庭。相信很多小伙伴已經(jīng)注意到，餓了么的每一個(gè)訂單，我們都會(huì)及時(shí)向用戶通知這一單現(xiàn)在所處的狀態(tài)，比如“商戶接單”，“騎手到店”，“騎手送達(dá)”等。這個(gè)實(shí)時(shí)狀態(tài)的更新，不僅能讓用戶及時(shí)了解自己外賣到了哪里，對(duì)于整個(gè)平臺(tái)的騎手調(diào)度和時(shí)間預(yù)估都有著重要意義。

　　而在所有的節(jié)點(diǎn)中，騎手到店前后的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)“騎手到店”和“騎手取餐”對(duì)于整個(gè)平臺(tái)的價(jià)值就更為重要，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

　　時(shí)間預(yù)估

　　騎手到店的時(shí)間是騎手從接單位置到商戶位置的終止時(shí)間，而騎手離店的時(shí)間則是騎手從商戶位置到用戶位置的起始時(shí)間。掌握這些準(zhǔn)確的時(shí)間，能給時(shí)間預(yù)估模型提供準(zhǔn)確的標(biāo)簽用于模型訓(xùn)練。我們?cè)贏PP里看到的“預(yù)估配送時(shí)間”就是這樣計(jì)算出來的。同時(shí)，知道騎手在商戶位置等了多長(zhǎng)時(shí)間，我們就可以知道商戶準(zhǔn)備這一單需要多長(zhǎng)時(shí)間，也就是商戶的“出餐時(shí)間”。而掌握了準(zhǔn)確的出餐時(shí)間，我們?cè)诮o某一單找合適騎手的時(shí)候就能更加地游刃有余了。

　　騎手調(diào)度

　　當(dāng)用戶在外賣平臺(tái)下單后，平臺(tái)就會(huì)開始為這一單尋找合適的騎手來配送，這個(gè)過程就叫騎手調(diào)度。騎手調(diào)度是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要考慮同時(shí)考慮商戶，騎手和用戶的位置，還要考慮騎手身上已有的單和商戶正在準(zhǔn)備的單。一個(gè)總的原則是，讓更近的，更順路的騎手去取單。如果我們知道了騎手到店的準(zhǔn)確時(shí)間，我們就可以知道騎手在當(dāng)前時(shí)刻的具體位置，并且能夠預(yù)估出騎手在未來一段時(shí)間的大概位置。這就給我們的騎手調(diào)度提供了準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)源。

　　超時(shí)單判責(zé)

　　雖然調(diào)度系統(tǒng)會(huì)盡力保證每一單都盡快送達(dá)，但還是會(huì)有一些情況導(dǎo)致少部分運(yùn)單會(huì)超時(shí)，給用戶帶來不好的體驗(yàn)。為了提升調(diào)度系統(tǒng)的性能，減少超時(shí)單。我們首先需要知道超時(shí)的原因，從而在未來的調(diào)度中作出改進(jìn)。超時(shí)的兩個(gè)主要原因是“商戶已出餐但騎手未到店”和“騎手已到店但商戶未出餐”。在沒有明確數(shù)據(jù)的情況下，這兩個(gè)對(duì)立的原因往往會(huì)出現(xiàn)“公說公有理，婆說婆有理”的情況。如果我們能夠準(zhǔn)確獲得騎手到店的時(shí)間，這一困境就會(huì)迎刃而解。

　　二 挑戰(zhàn)

　　既然獲取準(zhǔn)確的騎手到店時(shí)間是如此重要的問題，為什么現(xiàn)有的方法還是無法很好的解決這個(gè)問題呢？這是因?yàn)榭紤]到本地生活的場(chǎng)景，要獲得準(zhǔn)確的騎手到店時(shí)間，面臨著以下幾方面的挑戰(zhàn)：

　　GPS在室內(nèi)的漂移

　　現(xiàn)在手機(jī)定位最常用的方法就是GPS定位。但無論是GPS，還是我們最近剛組網(wǎng)成功的北斗系統(tǒng)，其本質(zhì)上都需要手機(jī)里的芯片來接收地球上方的衛(wèi)星信號(hào)。但商戶的位置往往是在室內(nèi)，當(dāng)我們?cè)谑覂?nèi)環(huán)境時(shí)，GPS信號(hào)會(huì)受到建筑物的遮擋，導(dǎo)致GPS信號(hào)微弱甚至完全失去信號(hào)。這個(gè)時(shí)候GPS的精確度就會(huì)從幾米擴(kuò)大到幾百米甚至幾公里，導(dǎo)致GPS信號(hào)出現(xiàn)漂移。因?yàn)檫@一漂移現(xiàn)象的存在，我們需要?jiǎng)澏ㄒ粋€(gè)范圍來判斷騎手是否到達(dá)了商戶。當(dāng)我們用一個(gè)較小的范圍時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)“騎手已到店但我們認(rèn)為沒到”，如果我們用一個(gè)較大的范圍，那么騎手到店時(shí)間的準(zhǔn)確性則會(huì)大打折扣。

　　商戶在不同樓層的垂直分布

　　在GPS漂移之外，商戶在不同樓層的垂直分布也會(huì)給騎手到店的準(zhǔn)確判定帶來困難。當(dāng)商戶分布在不同樓層時(shí)，即使我們通過GPS判斷出騎手已經(jīng)在水平方向上到達(dá)商戶附近，但由于沒有垂直方向的信息，我們?nèi)匀粺o法準(zhǔn)確判斷出騎手到店的具體時(shí)間。如今越來越多的商戶都分布在商場(chǎng)的不同樓層，這部分訂單的騎手到店時(shí)間就很難觀測(cè)。雖然GPS會(huì)返回一個(gè)海拔信息，但在實(shí)際的應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)值往往是不夠準(zhǔn)確的。

　　商戶環(huán)境的動(dòng)態(tài)性和騎手手機(jī)的多樣性

　　一些室內(nèi)定位的方法通過收集特定環(huán)境的聲音指紋，光指紋或者磁場(chǎng)強(qiáng)度指紋來建立指紋庫，然后通過指紋對(duì)比來判斷手機(jī)所處的位置。理論上如果我們能夠采集商戶環(huán)境的指紋，并和騎手手機(jī)收到的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，就可以判斷騎手是否已經(jīng)到達(dá)商戶。但由于商戶環(huán)境的動(dòng)態(tài)性，比如裝修改造和人來人往帶來的實(shí)時(shí)擾動(dòng)，我們很難建立一個(gè)穩(wěn)定的指紋庫來進(jìn)行比對(duì)。同時(shí)，由于聲光磁的指紋收集受到手機(jī)硬件的影響，騎手手機(jī)的多樣性也對(duì)指紋庫的建立帶來很大挑戰(zhàn)。

　　基于Wi-Fi的方法的局限性

　　隨著越來越多的室內(nèi)環(huán)境有Wi-Fi信號(hào)的覆蓋，基于Wi-Fi信號(hào)的室內(nèi)定位也得到了充分研究。但基于Wi-Fi方法也有兩個(gè)局限性：一是持續(xù)的Wi-Fi掃描會(huì)帶來極大的能耗負(fù)擔(dān)，這對(duì)于工作極度依賴手機(jī)的騎手很不友好；二是出于隱私保護(hù)等原因，iOS系統(tǒng)只支持獲取當(dāng)前連接的Wi-Fi信息，而不支持獲取Wi-Fi掃描的列表，但騎手在取餐過程中很少連接商戶的Wi-Fi。這兩個(gè)原因?qū)е铝嘶赪i-Fi的定位方法無法適用于騎手到店的場(chǎng)景。

　　三 解決方案

　　當(dāng)我們把騎手到店觀測(cè)問題抽象出來，可以發(fā)現(xiàn)這是移動(dòng)感知（Mobile Sensing）領(lǐng)域經(jīng)典的“室內(nèi)定位（Indoor Localization）”或者“存在監(jiān)測(cè)（Presence Detection）”的問題。移動(dòng)感知是指利用移動(dòng)設(shè)備上的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)或聲光電磁等傳感器信號(hào)對(duì)用戶的位置，行為，場(chǎng)景等進(jìn)行感知的技術(shù)。手機(jī)上的計(jì)步功能，以及智能手表提供的心率監(jiān)測(cè)和睡眠監(jiān)測(cè)等功能，都是移動(dòng)感知技術(shù)在生活中的具體應(yīng)用。近些年來，隨著移動(dòng)設(shè)備的升級(jí)，研究者們也在探索移動(dòng)感知的新應(yīng)用，比如用Wi-Fi信號(hào)感知鍵盤敲擊和老人摔倒，用手機(jī)話筒來檢測(cè)醉駕，用新的傳感器來感知用戶的情緒和壓力狀態(tài)等。

　　這些研究也給我們的到店觀測(cè)問題提供了很多思路，比如基于Wi-Fi的室內(nèi)定位，基于特定光信號(hào)和聲信號(hào)的定位方法等。但是通過上面的討論我們可以看出，這些方法都難以很好地解決騎手到店觀測(cè)問題。針對(duì)這一情況，我們?cè)O(shè)計(jì)并部署了aBeacon系統(tǒng)，一個(gè)基于藍(lán)牙信號(hào)的移動(dòng)感知系統(tǒng)，來解決騎手到店觀測(cè)的問題。其實(shí)基于藍(lán)牙的移動(dòng)感知并不是一個(gè)全新的技術(shù)，蘋果公司在2013年提出基于藍(lán)牙的iBeacon協(xié)議用于移動(dòng)感知[1]，2016年藍(lán)牙5.0中的新特征（更低功耗，更大范圍）真正讓藍(lán)牙感知技術(shù)得以落地。藍(lán)牙移動(dòng)感知的原理就是通過在特定位置部署一些持續(xù)發(fā)送藍(lán)牙信號(hào)的Beacon設(shè)備，同時(shí)手機(jī)進(jìn)行持續(xù)的掃描來感知周圍的藍(lán)牙Beacon信號(hào)，從而來判斷手機(jī)是否到達(dá)了特定位置。

　　基于這樣的感知技術(shù)，我們建立了aBeacon系統(tǒng)，如圖1所示，系統(tǒng)由三部分組成：部署在商戶的藍(lán)牙Beacon硬件、騎手APP內(nèi)的藍(lán)牙監(jiān)聽模塊和平臺(tái)服務(wù)器上的后端模塊。在騎手配送過程中，APP上的藍(lán)牙監(jiān)聽模塊會(huì)持續(xù)監(jiān)聽周圍的藍(lán)牙Beacon信號(hào)，當(dāng)騎手到達(dá)商戶附近（比如10米范圍內(nèi)）時(shí)，手機(jī)會(huì)監(jiān)聽到該商戶內(nèi)的藍(lán)牙Beacon信號(hào)，并把該數(shù)據(jù)和當(dāng)前時(shí)間戳上傳到服務(wù)器，服務(wù)器通過和預(yù)置的Beacon地圖進(jìn)行比對(duì)，就可以得到該騎手到達(dá)該商戶的準(zhǔn)確時(shí)間。在Beacon硬件方面，我們采用了自主定制的硬件，在降低成本的同時(shí)保證了藍(lán)牙廣播的質(zhì)量，同時(shí)引入了加密技術(shù)來保護(hù)商戶的位置隱私。在手機(jī)監(jiān)聽模塊方面，我們通過設(shè)計(jì)一個(gè)動(dòng)態(tài)監(jiān)聽模塊，在保證到店判斷能力的前提下降低了能耗。

　　對(duì)比前面提到的幾個(gè)挑戰(zhàn)，我們可以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗{(lán)牙信號(hào)自身的特性，Beacon信號(hào)在室內(nèi)環(huán)境的傳播僅限于幾米到幾十米的范圍（相信大家使用藍(lán)牙耳機(jī)和鼠標(biāo)都有類似的感受），因此基于藍(lán)牙的到店判斷不會(huì)出現(xiàn)GPS那樣幾百米的誤差，可以極大提高騎手到店觀測(cè)的準(zhǔn)確性。同時(shí)，因?yàn)樗{(lán)牙信號(hào)的穿墻能力較差，因此只有當(dāng)騎手到達(dá)商戶所在的樓層時(shí)才會(huì)接收到藍(lán)牙信號(hào)，這樣就避免了商戶樓層帶來的影響。此外，我們通過標(biāo)準(zhǔn)化的部署流程，使得Beacon硬件部署在商戶的騎手取餐處的上方，避免了商戶內(nèi)動(dòng)態(tài)環(huán)境的改變對(duì)信號(hào)的影響。藍(lán)牙協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化和手機(jī)硬件的成熟化也降低了騎手手機(jī)硬件對(duì)到店觀測(cè)的影響。此外，因?yàn)樗{(lán)牙監(jiān)聽屬于非連接通信，騎手使用藍(lán)牙耳機(jī)的功能也不會(huì)受到影響。最后，和Wi-Fi相比，藍(lán)牙監(jiān)聽的功耗也很低，我們的實(shí)驗(yàn)證明，Beacon監(jiān)聽每天只會(huì)給騎手手機(jī)帶來3%的額外功耗負(fù)擔(dān)。

　　總體來說，aBeacon系統(tǒng)的主要貢獻(xiàn)在于將藍(lán)牙感知的技術(shù)真正應(yīng)用到騎手到店觀測(cè)的問題中，并解決了一系列實(shí)際應(yīng)用中的挑戰(zhàn)，比如能耗，可靠性，隱私保護(hù)等，并且從理論層面上對(duì)系統(tǒng)的成本和效用進(jìn)行分析，從而指導(dǎo)今后大規(guī)模感知系統(tǒng)的落地。

　　在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們考慮了下面的一些指標(biāo)：

　　成本

　　成本是我們上線一個(gè)商業(yè)化的系統(tǒng)所必須考慮的因素之一。aBeacon系統(tǒng)的成本包括兩部分：aBeacon設(shè)備的硬件成本，和大規(guī)模部署的成本。在硬件成本方面，我們通過對(duì)硬件的定制來降低成本。在部署成本方面，我們通過簡(jiǎn)化硬件部署的流程，從而在業(yè)務(wù)經(jīng)理的幫助下降低部署成本。

　　壽命

　　出于易用性的考慮，我們的aBeacon硬件采用了電池供電的方式。這樣電池的容量就成為了限制系統(tǒng)壽命的主要因素。但在兩年的運(yùn)行之后，我們發(fā)現(xiàn)除了電池的壽命，環(huán)境變化也是影響系統(tǒng)壽命的重要因素。

　　可靠性

　　可靠性是指在所有的騎手到店行為中，有多大比例可以被aBeacon系統(tǒng)觀測(cè)到。在實(shí)際中，可靠性受到包括部署質(zhì)量，商戶環(huán)境，騎手手機(jī)等諸多因素的影響。

　　效用

　　騎手到店觀測(cè)給整個(gè)系統(tǒng)提供了更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，它帶來的效用是基礎(chǔ)但難以直接衡量的，因此我們采用超時(shí)率這一衡量整個(gè)調(diào)度系統(tǒng)的指標(biāo)來評(píng)估aBeacon的效用。

　　在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，我們首先量化了上面的四個(gè)指標(biāo)，然后建立這四個(gè)指標(biāo)和我們要優(yōu)化的終極目標(biāo)--aBeacon帶來的累積收益--之間的量化關(guān)系。因此，我們可以在這個(gè)量化關(guān)系的指導(dǎo)下對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行權(quán)衡。

　　在這樣的設(shè)計(jì)思路的指導(dǎo)下，aBeacon系統(tǒng)的部署和運(yùn)行主要包含了兩個(gè)主要環(huán)節(jié)：

　　設(shè)計(jì)與測(cè)試

　　基于成本和設(shè)計(jì)自由度的考慮，我們選擇自主定制aBeacon設(shè)備，同時(shí)自主定制還能讓我們嵌入隱私保護(hù)等其他功能。在大規(guī)模的部署前，我們挑選了幾個(gè)商場(chǎng)進(jìn)行小規(guī)模的測(cè)試。在測(cè)試中，我們將自主定制的aBeacon設(shè)備和另一種商用的Beacon設(shè)備同時(shí)部署在商戶里。通過對(duì)比測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)采用自主定制的aBeacon設(shè)備可以在壓縮成本的同時(shí)達(dá)到和商用Beacon設(shè)備同樣的可靠性。

　　部署與運(yùn)行

　　在小規(guī)模測(cè)試后，從2018年1月開始，如圖2所示，我們?cè)谏虾５?2000余家商戶里部署了aBeacon設(shè)備。我們用一份包含“部署在哪里”、“怎么固定”、“如何綁定”等問題的部署手冊(cè)來指導(dǎo)業(yè)務(wù)經(jīng)理進(jìn)行部署。在運(yùn)行過程中，我們通過后臺(tái)收集的數(shù)據(jù)，可以對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，所有設(shè)備被分類為“健康”、“部署錯(cuò)誤”、“下線”等狀態(tài)。我們針對(duì)不同的設(shè)備還可以采取不同的維護(hù)措施，比如針對(duì)“部署錯(cuò)誤”的設(shè)備進(jìn)行重新部署。

　　另一個(gè)很重要的問題是系統(tǒng)安全和隱私保護(hù)，這也是我們?cè)赼Beacon設(shè)備的定制過程中作出的重要改進(jìn)之一。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的iBeacon協(xié)議是固定ID的明文廣播，可能導(dǎo)致系統(tǒng)的安全性漏洞。比如：

　　未授權(quán)的用戶可能通過戰(zhàn)爭(zhēng)駕駛（wardriving）[2] 的方法來反推出Beacon設(shè)備的位置，并用于其他目的。

　　惡意攻擊者可能通過在異地復(fù)制已有Beacon設(shè)備的藍(lán)牙廣播，向系統(tǒng)中注入錯(cuò)誤的位置數(shù)據(jù)。

　　針對(duì)這一問題，我們?cè)谧灾鞫ㄖ频脑O(shè)備中對(duì)藍(lán)牙廣播進(jìn)行加密，通過一種TOTP[3]的加密算法，讓所有aBeacon設(shè)備廣播的ID內(nèi)容定時(shí)進(jìn)行變更，而ID和設(shè)備位置的映射關(guān)系存在只有授權(quán)用戶可以訪問服務(wù)器。這樣極大地提高了系統(tǒng)的安全性。