阿里妹导读：阿里20周年年会上，全球6万阿里人 "回家"，用一种特别的方式为阿里庆生。年会现场，每位阿里员工人手一只白色IoT手环，这个由102颗LED小灯组成的手环，随着现场音乐、节目节奏变幻不同色彩。别小看这只手环，它会找到你的专属座位，为马老师送礼物（组成生日快乐字样），会告诉你绿色请等待，红色请离场。总之，这项阿里巴巴#办公黑科技#今天被阿里妹首次揭秘了，这个“小玩意”有大作用哦。
作者 | 韩康
背景
大型晚会舞台灯光效果虽然够炫够亮，但身处其中的观众，往往被动参与，无法通过自己的动作、语言和状态对晚会进程产生影响，更无法和身边的人、场馆建立联系，更不要提观众和舞台、节目之间的互动了。
基于此考虑，早在2017年阿里巴巴18周年年会上，阿里巴巴企业智能事业部的工程师就研发出IoT发光手环。让每个手环通过无线电单独实时控制，随着晚会节目进程，发出不同的颜色和强度的光，并按照一定的帧率实时刷新，从而让佩戴手环的人以一种全新的方式参与到晚会之中。
时隔两年后，工程师们在原IoT发光手环的基础上，全线升级成为云手环产品。每一个手环中不仅由102颗全彩LED灯组成，并且每一颗LED灯都由中控系统控制，通过无线通讯进行调光，达到业界领先的、精确到点的实时控制技术。
除了光效变化外，增加了个性化的设置，让其可以实现诸如入离场引导、公益“摇臂种树”等实时互动体验。下面将重点介绍升级后的云手环产品的系统设计点。
20周年年会手环
设计难点
1、人、节目、场的数字化重构
阿里巴巴18周年IoT发光手环虽然完成了每个观众作为单个“像素”共同一起拼大图，播视频的效果，但也仅限于舞台灯光效果的互动，人、场、节目的数字化实时互动仍需探索。
2、大规模高密终端无线上下行数据通信
相比起18周年年会，今年年会在多个方面都提出了更高要求：首先，受控终端更多。人数再创新高，达到6万+，增加50%以上。
其次，部署场地更大。作为2022年亚运会主场馆，杭州滨江奥体的物理尺寸较黄龙体育馆大不少，整个上下行无线覆盖系统需要应对此种变化。
最后，终端实时通信。需要在高密场景，直径300米的大场地大小，完成6万+终端的实时上下行通信，进而完成实时互动。
3、手环像素级控制
在受控终端数暴增的情况下，进一步强化发光效果。在整场体育馆这个“大画板”的基础上，如何完成实时内容生成-压缩-下发-执行展现的全过程。如何在由云手环组成的“超级无线大屏”上演绎更酷炫的视频内容。
系统关键点设计
1、立体发光手环
为了达到完美的发光效果，手环采用全环发光的设计，102颗高亮LED遍布表盘、表带，消除发光死角，即除了覆盖整个表盘的LED，在两侧的表带上也嵌入了LED灯珠。
云手环外观效果和LED布局示意图
每个LED灯珠可以单独控制，独立显示颜色和亮度，继而可以在表盘及表带的平面上做显示各式形状及动画。
2、感知&互动手环
为了完成实时交互，手环硬件上配备了如下感知器件：
- 3轴陀螺仪+3轴加速度：支持通过算法实时感知佩戴者姿态、摇晃次数、摇晃节奏等动作变化模式。
- 心率传感器：可精准识别手环是否处于佩戴状态。
- 配备麦克风声音检测：支持手环周边声音强度、频谱、音乐节奏的监测。
根据传感器实时计算的需要用户体验到的反馈，可以通过本地LED阵列的动画效果和马达振动实时反馈给用户。
3、大规模超密无线传感网系统
在大型体育场馆的场景，完成无线接入覆盖历来是一个世界级的技术难题，大型赛事活动鲜有WiFi或者运营商无线网络覆盖特别成功的案例。而云手环实现全场6万+终端的实时互动，第一个要跨越的技术难点就是单个终端的实时上下行通信。
云手环通过上下行分离、冗余链路、小包重传等技术手段，实现了6万终端的实时在线，实现了高密场景下的超大规模的无线传感网节点的无缝覆盖。
通过全面实时感知并上传手环/上下行基站等设备的休眠、在离线、电量、异常信息、温度、负载、流量、业务量等关键状态，实现关键设备关键指标监控的全程全场全覆盖。
| 上下行分离
在无线传输侧，采用上下行分离的方法实现实时上下行通信。系统架构如下图所示：
手环技术架构
无线上行信道，实时信息通过非链接式的无线小包多频点快传，降低链接保持开销和高密端侧相互干扰的同时，降低部分实时性要求搞的时延。
无线下行信道，使用独立信道，长包传输媒体控制信息，提高协议效率，增加下行吞吐；通过多基站热备形式提高系统稳定性；为了降低基站要求，采用非链接、多次重传的形式完成下行QoS保障。
| 冗余链路
面对实时性最高的无线上行链路，由于终端数量庞大，为了应对终端间的同频干扰，上行实时消息采用类UDP的非链接状态协议，通过冗余部署上行接入AP，单个手环发送，多个AP同时冗余接收转发，最终聚合于云端的形式，保障上行数据成功率。
4、服务端大流量应对：6万人实时大互动支持
实时互动环节，所有人同时开始摇手，每个人每3秒上报最新消息，考虑10倍冗余链路的情形下，需要服务端TPS>20万。服务端和基站侧分别通过中间件调优和多任务聚合的方式从容应对，最终实现全场6万人实时互动。
5、大场景科技感
在IoT发光手环的基础上，通过基于GPU的多重加速压缩技术，对媒体素材进行实时压缩。使得视频流可以在带宽容量有限的情况下，依然可以顺畅传输。每个参会者作为一个发光像素，共同构建全球最大的无线大屏，演绎各种视频和复杂动效。
功能设计
基于上述系统设计点，在20周年年会上，云手环也带来了更丰富的互动与多样功能：在产品设计上，产品经理朱江认为：云手环不是一个单纯的手环硬件设备，它同时承载了人与人连接，人与场的互动，以及作为大型活动硬件的一个组成部分。结合AI大数据及云端能力，带给用户实时的沉浸式互动体验的IOT智能硬件。以下是产品功能的详细介绍。
互动公益挑战
本场晚会专门设计了公益挑战环节，通过现场观众在主持人的带动下挥舞手臂，将摆臂次数转化为能量填充公益挑战能量条，完成最后20%的公益挑战。 手环通过内置的6轴运动传感器识别用户的手势动作，可以对用户的各种摆臂动作进行精准识别，手环会自动跟随用户动作节奏，通过变换颜色给用户即时的反馈。摇臂次数被实时上报到云端。通过阿里云dataV数据大屏在现场完美呈现。
公益摇臂环节示意图
设备个性化，活动期间专属设备
每个手环背后都印有一个和设备唯一ID号对应的二维码，用户通过使用钉钉，淘宝、支付宝扫描手环背后的二维码，将个人身份与硬件设备进行授权绑定。扫码系统专门针对晚会观众身份的复杂性进行设计开发，观众在30秒时间内即可完成绑定操作。
授权绑定后，赋予了硬件设备佩戴者的信息，不再是一个冰冷冷的设备，而是成为了一个温度的智能硬件，正如手环的slogan“一直坚持，一直发光”。每位小二在晚会过程中的活动情况，情绪指数被精准感知，在BG（事业群）秀，阿里年陈（阿里年陈文化，有1、3、5、10年陈）环节被精准点亮，沸腾全场。
马老师的生日礼物
在给马老师特别礼物的环节，当主持人一句对马老师说：“全体阿里技术人给您的一个特别的礼物”，看台上所有手环立即呈现出“生日快乐”四个巨型大字，可以说是阿里全体技术人送给马老师的礼物。
入离场引导
大型活动人数众多，撤场环节安全和用户体验至关重要，云手环作为现场唯一一个能实时感知用户信息，并能够实时触达到每个用户智能硬件设备，完美的完成了现场超过6万的观众的撤场引导工作。
“红灯停，绿灯行”，依据现场指挥的指令，精准控制不同区块手环的颜色，亮起红色的代表需要暂时等待，不能离场。绿色的表示可以开始离场，并通过佩戴检测功能，对摘下放回座位的手环进行灭灯，节能环保。
总结
本次云手环通过102颗高亮LED遍布表盘、表带消除了发光死角，实现全环立体发光；通过自建上行分离式的无线覆盖网，完成了6万多手环终端高密场景下超大规模的物联网终端的实时上下行通信，构建了滨江奥体主场馆的大场景科技感，覆盖受控手环数比18周年4万终端增加50%以上；结合动作、声音、心率等多维度的实时感知和振动、LED造型闪烁能力，构建了全场沉浸式的互动体验，完成人、节目、场的数字化的一步重要探索。
作为盛大的20周年年会的一部分，在奥体现场浩如烟海的各式子系统当中，在“IoT发光手环”正式蜕变升级成为云手环，全面提升了感知能力、模式识别能力和互动能力，完成了晚会氛围营造、大场景科技感打造、现场实时互动、辅助撤场等功能，是现场大规模实时互动不可缺少重要组成部分。面对五彩缤纷的各式大型公司年会、演唱会、体育盛会，有深远的商业前景。
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