可穿戴设备的关键技术及其发展可穿戴设备的关键技术及其发展0 0 引言引言移动通信技术的迅猛发展,给人们的生活带来了巨大的影响和便利.随着人们对生活质量提高的日益渴求，人体中心无线网络，这个名词逐渐进入了大家的视野。所谓的人体中心无线网络，就是以人体为中心来组建的一个无线网络,各个设备通过这个无线网络进行互联，为使用者提供某些功能和便利。同时为了不给使用者造成不便，这些设备一般而言都是分割开的功能模块,有的植入人体，有的则是可穿戴的。因此,人体中心无线网络的应用，必然会给医疗,军队装备，个人识别，导航,娱乐等行业带来不可思议的变化。1 1 概述概述可穿戴电脑外形多种多样，有的可别在腰带上，有的可放在口袋里,有的可挎在肩上，甚至可以分散地藏在衣服中.它的显示器可像护目镜一样戴在头上，镜片是特殊材料制成的。它既能表示电脑显示的内容，又不会档住现线。它使用骨感语音输入、眼控输入、手套式输入等技术，向电脑下达操作指令。使用者还可在头上戴着如耳机一样的无线电收发机，不仅能听到用脑发出的音响，还能用以收发电子邮件。它不用键盘而是用触摸板作为输入装置，科学家们还在开发戒指式输人装置、手套式输入装置。使用这样的电脑,比便携式电脑更方便，可以边行走边同因特网连接,和在家里一样，向全世界收发电子邮件。 甚至在上班的途中， 一手抓住车上的吊环， 一手操作电脑,编制所需要的报告，做到工作、乘车两不误。这样的电脑小巧玲珑，形态各异.但麻雀虽小却五脏俱全。由于它能像衣服一样穿在身上,所以携带和使用都要方便。现在以美国为首，包括日本在内的各发达国家都在开发这种新电脑，IBM 等公司正着眼开发使人们生活更显得潇洒的这类通用型电脑.可穿戴电脑对技术的要求比较高，首先就是声言输入技术。因为这种电脑很小,通常不用键盘,而且经常边走边用，用文字输入比较困难。其次,计算机要能够认识人的动作（如手势)和声音，理解人的指示，也就是识别技术。最后就是节电技术 ,才能真正意义上让可穿戴电脑大众化。不过，可穿戴电脑的前身并不光彩.上个世纪 60 年代，美国赌场里的赌客们将小型的摄像头、对讲机等机器挂在身上或放在口袋里， 以此得到同伴的信息进而在赌局中获胜.从广义角度上说，近年来为人们所熟悉的 U 盘、PDA 、MP3 和手机都是可穿戴计算机的一种。它们实现了可穿戴机的部分功能， U 盘类似于可穿戴机的 CF 机存储器；PDA就是一个小的掌上电脑；而 MP3 已经具备了处理器与存储器;手机也是一个有处理能力的随身佩戴的计算机。2 2 可穿戴电脑的关键技术可穿戴电脑的关键技术可穿戴计算机系统并不是简单地把一台PC 机微型化后分布在身体之上，它必须研究和解决许多特殊的关键技术。 我们把这些系统和关键技术称之为 “可穿戴计算技术” 。2 2。1 System on Chip1 System on Chip 体系结构设计技术体系结构设计技术该设计技术可把计算机主机的硬件集成到一个芯片里.这样,计算机就可以做得很小，而且有利于降低功耗,提高速度,尤其是可以降低成本， 缩短生产周期。 例如，Epson的 Cardio 芯片就具备了 PC 586 的性能，而且已经产品化。2 2。2 2 微小计算机多端口、高性能微小计算机多端口、高性能 I/OI/O 设计技术设计技术可穿戴计算机的主机是微小型的,但却要与多达十几台外部设备相连。因此，要求微小型计算机应具备足够数量的接口，而且要具有很高的I/O 处理能力。2 2。3 3 无线自组网络技术无线自组网络技术可穿戴计算机系统要伴随人的活动并作为一个移 动节点随时上网，多个这样的节点将构成一个特殊的网络,称之为自组网。这类网络没有固定的路由器，各节点以任意方式移 动并动态连接,每个节点都可以充当路由器,且所具有的自动重组功能还可以提高网络的抗毁能力.有人把自组网概括为“移 动分布式多跳无线网络。这类网络有如下特点:动态变化的拓扑结构；接入节点的随意性；受限且经常变化的带宽;可能出现的非对称连接;终端受限的操作;分布式控制的网络。2 2。4 4 嵌入式操作系统技术嵌入式操作系统技术现存的微机操作系统可以用于可穿戴计算机系统， 但由于可穿戴计算机的体积和存储空间十分有限，所以，操作系统应尽量压缩到“专用” 的程度，并提高实时性。因此，需要使用嵌入式操作系统，这类系统常常是实时的和微内核的，并具有极强的处理多外设的能力.2.52.5 移动数据库技术移动数据库技术可穿戴计算机系统在移动中上网、移动中访问数据库，这类移 动式的数据库管理技术将有别于固定的数据库管理。移 动数据库需满足以下四个目标:可用性与可伸缩性；可移 动性移动中访问或移动中更新；可串行性支持可串行的并发事务执行；收敛性系统总能收敛到一致状态.2 2。6 6 人机交互技术人机交互技术可穿戴计算机系统实际上既是一个实时的信息处理系统,又是一个“人机结合，以人为本”的集合体,人机关系更加自然和谐。因此，人机交互技术是可穿戴计算机系统中的关键技术， 它应解决人与计算机之间的交互问题以及人通过这种交互而提高环境感知的能力。2.72.7 基于蓝牙的无线连接技术基于蓝牙的无线连接技术可以想象，当多达十几个模块同时分布于人体之上，它们之间的连线将是十分沉重的负担， 而且是一个不可靠的因素。 而利用蓝牙近距离无线通信， 可逐步替代这些连线。2.82.8 外部设备选择与设计技术外部设备选择与设计技术可穿戴计算机系统除了主机之外就是大量的外部设备，设备的选择与设计至关重要。其中主要包括输入类设备、输出类设备、电源等。对这些设备的要求是“具有高性能指标:小体积、低功耗；符合人体特征,有利于健康；安全可靠。3 3 可穿戴设备的发展方向可穿戴设备的发展方向当今下关于可穿戴设备的质疑主要集中在两点。一是大众接受度；二是实用性。这些质疑其实都是基于我们对可穿戴设备的理解或者说误解，它的出现并不是基于“设备而它的用途也并不局限于“不用掏手机”.事实上，可穿戴设备会是移动之后,人与互联网关系的又一次转变。WPAN-个人局域网络升级个人局域网也就是PAN，是指以单个用户为中心的网络.这样的网络通过蓝牙、WiFi 或者 NFC 这样的无线技术相连,形成 WPAN(Wireless PAN）。PAN 的概念是相对于 LAN（局域网）.后者最简单的模式可以是一台笔记本通过以太网连接到其他 PC 或者打印机上。 而现在随着智能机的发展和可穿戴设备出现,WPAN 会将这一模式从便携转变为移动。在 WPAN 中,智能机将充当联网服务器的角色。而绝大部分的输入和输出将在穿戴设备上实现。 同时正如 LAN 中关键的以太网技术一样， WPAN 的推动力低功耗蓝的标准和实现都在完善中。移动设备上，iOS 率先采用了低功耗蓝牙，而 Android 4。3 也随后加入.低功耗蓝牙使手机和外设之间能以较低的代价实时双向传递大量的数据。 这将意味着在可穿戴设备上显示的不仅仅会是文字和声音,未来也会包含大量的图像和视频。丰富的产品形态当下穿戴设备的大头应该是健康管理设备或者自我量化设备，原因很简单： 技术上容易实现。健康管理设备通常是测量心率，活动强度这样的参数，尔后将数据上传到一个处理中心(比如手机）。运动爱好者、医生和病人对于这样的设备都已经体现出很大的需求和热情.但在不远的将来，穿戴设备的信息管理职能和（语音助手主打的）交互技术的就位将把健康设备推到二线.在产品外形上，智能这一概念在衣物（OMsignal）、袜子（Heapsylon）或者饰物(Misfit Shine）上都已经有了体现.这些设备的使用和佩戴就像普通的物件一样自然舒适.而关于大众接受度问题， 也已经出现 GlassUp、 Recon Jet这样的产品。智能手表方面，现在已经有Acer、AGENT、Androidly、Apple、Cookoo、Dell、EmoPulse、Foxconn、GEAK、Hyetis、I m Watch、Intel、Kreyos、LG、Metawatch、Microsoft、 Pebble、 Samsung、Sonostar、Sony、Toshiba、Vache 等品牌正在研发.所以无论在形态和领域上，穿戴设备都会迅速开枝散叶。数据：市场规模迅速增长英国市调机构 Visiongain 表示可穿戴设备今年的市场值将达到46 亿美金， 而未来五年将出现爆发式的增长.Juniper 预测 2017 年全球可穿戴设备的出货量将达到 7000 万件，对比今年的 1500 万件.ABI 在 2017 年的预测数字则是 1 亿 7000 万件。语音助手将成为重要的交互手段 Siri 和 Google Now 都是这一趋势的早期代表。将计算部署在云上，智能机负责连接和管理，而类似于 Google Glass 或者 iWatch 等设备将通过语音助手实现大部分处在移动中的交互，同时信息的回传可能会通过植入耳内一个微小的蓝牙耳机.推向大众的过程最后来是普及的问题，穿戴设备的普及的大致趋势是：第一类,专业领域的工作人员。警察/媒体需要头戴式的摄像机；对于医生，Glass 实际已经在手术和巡视病房这样的场景中使用过；还有就是工业中需要双手操作的工人 ;第二类，盲人、聋哑人需要辅助的穿戴设备；第三类，职业运动员；第四类,科技爱好者、极客。这样在一两年内，普通民众已经能看到足够多的人在用可穿戴设备了。