ABC：我的钥匙不见了，谁能给它“打个电话”？

开始懂了g

远在几千年前，无线通信就存在了。当时，通信仅用在军事上(现代许多通信技术也是先从军事用途开始发展)，但有一个特权份子，为了讨女生开心，滥用通信技术，弄得很多人不开心，最后甚至导致了国家的灭亡。
那位特权份子叫周幽王，那项通信技术叫做烽火台。
; a5 |% @) I/ }/ l之后，虽然西周被灭亡了，但烽火台利用可见光的通信精神却传承下去，水手在大海中靠着光传送摩斯密码，甚至现代交通信号的红绿灯，以及最近真的很热门的LED光通信，都属于“可见光通信”的一部分。
事实上，推理小说里还有另一种可见光通信：
0 I1 G% |/ {7 d下午，耀眼的太阳将整座城市洒上一层金粉。坐在窗边发呆的ABC，突然注意到几条街外的阁楼窗口，有一道光芒规律地闪烁著。不寻常的规律性令他起疑，他数着明暗变化。短、短、短、长、长、长、短、短、短，刚好是摩斯密码的“SOS”。拿起手边的望远镜一看，镜头里出现一位年轻女孩，用镜子反射阳光，向外界发送求救讯号。
这段故事里，撇开ABC有偷窥癖好的嫌疑不提外，还有两个重点。
别软禁懂摩斯密码的女孩子，至少别给她镜子。
跟前两项光通信技术的不同之处在于，不需要准备柴火点燃烽火台，也不需要手摇发电机启动探照灯，女孩“借用”太阳光，完成了通信。
8 b3 d. `  V. E0 p0 A今年八月，华盛顿大学在著名的国际研讨会SIGDOC (Special Interest Group on the Design of Communication)上发表了一项无线通信技术，瞬间占领了各大科技媒体的版面。这项突破性的技术概念很简单，跟故事中被关在阁楼的女孩一样：
2 y' l3 a# [  j7 B2 F不须消耗能量产生无线电波，仅靠着反射周围无线电波，即可传输资料。
3 I& {! R# D4 h9 Q$ c# ?这项不需要电源的无线通信技术叫做——环境电波反射通信(Ambient Backscatter Communication)。缩写是ABC，跟前面故事里的主角一样。
( t+ B3 k7 {6 Y基本简介一般电视塔的数位无线电波可传递到100英里外，在众多建筑物阻隔的市区内，涵盖范围也有45英里。以美国四大电视台为例，在全美市区的覆盖率高达97%。如此高的覆盖率，搭配3G/4G基地台电磁波，我们生活周遭充满了电磁波信号，就像故事里阳光普照的下午，只等着工程师设计出“镜子”，来反射电磁波。
$ |$ w, L+ @9 B# |* qABC技术就是这片镜子。
这项技术运用了两组天线，目前原型(prototype)的天线还很大，像传统电视的兔耳朵天线。透过这两支天线，传输端即可“吸收周围电磁波”与“反射周围电磁波”，实现了数位通信的最基本需求：传输两种信号，代表二进位的’1’与’0’。
接收端部分，则扮演故事中的主角ABC，侦测环境电磁波的变化，解出传输资料。
5 `. M7 R/ m% U0 k, |7 h“If a device nearby is absorbing more efficiently, another will feel [the signals] a bit less; if not, then it will feel more.”－ABC计划成员，华盛顿大学助理教授Shyam Gollakota
8 q5 b5 Q$ F; a技术面介绍ABC不仅在概念上创新，技术面上也有许多难题有待克服。
好比说，环境电磁波相当杂乱随机，接收端该如何从紊乱的环境电磁波中察觉“反射”和“吸收”的变化呢？
& `% E! ^: E8 }/ s  m以方才的故事比喻，大概就是将场景从户外换到夜店，被困在包厢里的女孩用化妆镜，试图反射舞池里快速闪烁的灯光。对此，华盛顿大学提出的解决方案如下：
请女孩把化妆镜举久一点，让反射的明暗变化慢一点。隔壁包厢的ABC则计算一段时间内的平均明暗变化，借由平均来抵销快速变化的舞池灯光影响。
  Z; }- i7 }4 L% p, R, K下面第一张图是电视塔的电磁波信号，第二张是电视塔的电磁波信号加上环境电磁波反射通信。两张看起来几乎相同，也几乎没有任何规律。

ABC：我的钥匙不见了，谁能给它“打个电话”？

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ABC：我的钥匙不见了，谁能给它“打个电话”？

供图/赖以威
第三张是将第二张图里，每一段时间内的电磁波讯号平均。可以很明显地看见这时电磁波讯号有高低之分，对应的即是’0’与’1’。
此外，还有许多难题得克服。例如，接收端没有电池，仅从环境电磁波中擷取些许能量供作接收所需。因此华盛顿大学团队捨弃了数位信号处理，以类比电路实现整个系统。
ABC效能下面的两张图是ABC技术模拟结果。

ABC：我的钥匙不见了，谁能给它“打个电话”？

/ c8 f: w) d) _$ x( q左边是室内，右边是室外，x轴表示传输距离，y轴表示错误率，不同颜色的线表示不同传输速率，传输速率越高，越容易出错。可以看见，因为数位电视信号在室内会大幅衰减，因此室内(左边)的性能比较差。以错误率1%、传输速率1kbps(每秒千位元)来说，这项技术目前在室内与室外的有效传输距离大约是50和100公分。
9 O* l- r( I4 t" V2 |1 _现有技术比较“啊？只能传50公分，传输速率还只有1kbps？”
( Q6 m' j6 h( m- ]) S3 C2 \3 F有些读者看到这里可能会觉得被骗了。
% I& P2 X* X0 N; K$ i请别着急，ABC当初设计的目的就不是为了取代4G或WiFi。跟它最相似的现有技术是RF-ID。比起大部分实际运用的RF-ID，也就是各位手中的悠游卡或电子钱包比起来，这样的传输距离跟传输速率(扣钱绝对用不到1kbps)都优异许多。
此外，ABC还有两大优势：
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使用RF-ID时，传输端(读卡机)必须发出约1瓦的能量，但ABC不需要。        搭载RF-ID的物品不能彼此沟通。好比，没办法互碰两张悠游卡或电子钱包，就将卡内餘额过户给对方。但每一个搭载ABC的物品都能直接彼此沟通。华盛顿大学的成果展示中即有一项是将量贩店的商品全都装上ABC。当商品上架后，商品们便可以互相确认有没有被放在正确的位置。

“嗨，我是品客洋芋片。”
0 N4 U: {+ w3 w“兄弟，这里每个人都是减肥商品，你肯定站错位置了。”
“真的吗，该死。可以请最靠近柜台的减肥药帮我跟店员说一声吗？”
! u. [, g# I! f' l: d( h: r差不多就是这样的感觉。
结语无线感应网路(wireless sensor network)是未来一项很重要的技术。
无线感应网路是指在一个区域内撒下许多感应器，再利用感应器搜集资料，监控、进而动态调整环境。例如，将一间办公室的每个座位都布建温度侦测器，即可监控每个座位的温度，动态调整不同出风口的冷气。
无线感应网路的应用相当广泛，跟近年来热门的物联网(Internet of Things, IoT)、机器对机器通信(Machine to Machine, M2M)都有密切关连。无线感应网路如今发展的关键之一就是“无线感应器的供电来源”。因为感应器的数量很大，布建与回收成本高，要是动不动就得换电池，恐怕还不如每位员工在座位上摆温度计，每小时上网填资料比较快(在台湾这种事好像有可能会发生)。
8 U; X6 ~* @6 N  M9 Q( ~ABC技术受到瞩目的原因在于，它或许可以解决感应器供电这个问题，进而推动众多无线感应网路应用的实现。
想想看，假如太阳眼镜、钥匙，许多东西都装上ABC后，当你出门前发现钥匙不见时，只需对著手表上的ABC说：
5 P% ~6 A& u. i0 [6 d) g“hi，你知道钥匙在哪吗？”
“太阳眼镜在桌上，我问问看它。”
$ L/ f: q/ s$ n: I“我这附近没有，我问问看床底下的手表吧。”
“怎么可能在这边，我这边只有几片奇怪的光碟…别担心，只要你不是将钥匙遗落在一个很偏远，周围都没有其他ABC的地方，大伙儿都能帮你找出来的。”
这样的技术，应该只有锁匠不希望看到它实现吧。
7 v0 H# R9 Q1 D1 r* D: t& e编者注：本文作者頼以威为数学博士，现任职台湾中央研究院的EE PhD，擅长用理工思维来观察生活，推广数学教育，现为台湾联合报开设专栏《阅读数学》。为便于阅读，我们在作者原文上做出了部分修改。
* Q; Y" z& ?- O& f! `感谢：简韵真、张声瑞、周钦华。
, f5 m7 a. v" ?! I) W  w本文原载于有物報告，由本文作者授权发表。

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家的感觉

我真这样想过。。?(?益??)