可穿戴计算研究及在物联网中的应用.pdf

3.6可穿戴计算研究及在物联网中的应用一、可穿戴计算的关键技术可穿戴计算技术并非是简单地把计算机微小化后直接穿戴在人们身上，它需要解决很多关键性的技术才能真正发展起来，以满足人们的应用需求。1、片上系统（SoC）片上系统（SoC）是一个微小型系统，如果说中央处理器(CPU)是大脑，那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。国内外学术界一般倾向将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器集成在单一芯片上。由于可穿戴计算系统在应用上便利性、舒适性的要求，决定了其处理系统应该是可定制的、具有特定用途的微小化产品，SoC技术正是这一问题的解决方法。2、嵌入式操作系统技术嵌入式系统诞生于微型计算机，是嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。由于可穿戴计算机系统的体积和存储空间十分有限，操作系统应尽量压缩到“专用”的程度，并提高实时性。这使得嵌入式操作系统成为必要，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能力。3、无线自组网络技术可穿戴计算系统要伴随人的活动并作为一个移动节点随时联网，多个这样的节点构成一个特殊的网络，称之为自组网。在任何时刻、任何地点，不需要现有信息基础网络设施的支持就能快速构建起一个移动通信网络，它是一组带有无线收发装置的移动终端组成的多跳频、临时性自治系统。4、移动数据库技术可穿戴计算系统需要在移动中访问数据库，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。移动数据库具备以下特性：支持多种连接协议、完备的嵌入式数据库的管理功能、支持多种嵌入式操作系统。5、人机交互技术可穿戴计算系统是一个人与计算机密不可分的集合体，因此，人机交互技术是可穿戴计算机系统中的关键技术，它解决了人与计算机之间的交互问题，人通过这种交互提高了对环境感知的能力。6、无线连接技术可以想像，当多达十几个模块同时分布于人体之上，它们之间的连接线缆将是十分沉重的负担，也是一个不可靠的因素。而采用蓝牙等近距离无线通信方式替代这些连接线缆，将彻底解决以上问题。7、高效能源技术鉴于可穿戴计算系统的长效性要求，需要一种可长期、持续、稳定的供电模式保证可穿戴计算机的有效运行，例如将人体的运动能量（行走时足底的能量、惯性能量、人体其他行为产生的能量）、热能和化学能转化为电能方式。二、可穿戴计算概念产生的背景凡是能够消除人与计算机隔阂的技术都具有强大的生命力，移动计算技术正符合这个发展趋势。可穿戴计算技术是移动计算技术的重要分支，是计算模式的重大变革。它可以解决军事、公安、消防、救灾、医疗、突发事件处理领域的特殊需求，极大地提高使用者处理信息的能力，发挥以往任何设备都无法发挥的作用。可穿戴计算的概念是在20世纪60年代提出的，但是真正进入快速发展阶段是在1997年美国“21世纪陆军勇士计划”单兵数字系统问世之后。目前世界各国（如中国、美国、法国、加拿大、德国、英国、澳大利亚、以色列、日本等）都在大力开展可穿戴计算技术及应用的研究。可穿戴计算技术体现出“以人为本，人机合一”和“无处不在的计算”的理念，有力地支持着“从人围着计算机转，转向计算机围着人转”这一重要趋势。可穿戴计算系统与人类紧密结合成一个整体，能够拓展人的视觉、听觉，增强人的大脑记忆和应对外界环境变化的能力，延伸了人的大脑与四肢，代表着计算机的一个重要的发展趋势，是一个跨学科的研究领域。可穿戴计算技术研究的核心在适应某一种应用需求的计算机体系结构、计算模型和软件方面，而计算模型的研究又涉及计算机科学、智能科学、光学工程、微电子技术、传感器技术、机械制造、通信科学、生物学、数学、生物医学、工业设计技术等多个交叉学科和技术领域。三、可穿戴计算的定义和主要特征目前，个人计算机的概念已经发生变化。大部分个人计算机仍然是以台式机的形式使用，人们只能在办公室、家庭、网吧内固定的位置上使用。更小、更轻的便携式个人计算机（即笔记本计算机）或其他手持设备（PDA）可供人们随身携带，在机场、火车以及旅行途中使用。但是笔记本计算机仍然不能够像人们使用的衣服、手表、手机一样，时时处处为人类服务。特别是一些特殊的环境中，如战场、突发事件处理的现场，人们需要一个“按需要”将微小型计算机及相关设备合理地分布在人体之上，以实现移动计算的可穿戴计算模式。实现可穿戴计算工作模式的计算设备称为可穿戴计算系统（wearablecomputingsystem）或穿戴计算机。四、可穿戴计算技术的应用1.主要研究机构全世界许多著名大学实验室已经对可穿戴计算技术做了很长时间的研究，他们多数的研究领域是健康关怀、监控系统和助理系统。与此同时，许多大型公司如IBM、谷歌、诺基亚等也对这个领域抱有极大兴趣，在可穿戴计算技术研究领域做出了杰出贡献。1）ACT实验室：ACTLab（行动与环境识别技术研究小组）是欧洲领先的研究实验室