浅谈可穿戴计算技术及其应用

　　一。 概述

　　可穿戴计算技术是一种将计算机"穿戴"在人体上进行各种应用的国际性前沿计算机技术，是智能环境的一个主要研究课题。

　　普适计算之父马克·维瑟（Mark Weiser）对智能环境是这样描述的："这是一个由传感器、驱动器、显示器和计算机元素组成的物理世界，这些元素无缝嵌入到我们生活中的物件中，通过不间断的网络连接在一起"。智能环境为人们提供了一个有趣的数字世界，不停运转的各种智能设备使我们的生活变得更加舒适和便利。

　　可穿戴计算技术（Wearable Computing），目前国际上尚无较明确和完备的定义，国际上公认的可穿戴计算技术的先驱者，加拿大的斯蒂夫·曼恩（Steve Mann）教授认为可穿戴计算机系统具有这样的特征："属于用户的个人空间，由穿戴者控制，同时具有操作和互动的持续性"。正如人类将计算机作为外部设备使用一样，在一个可穿戴计算机系统中，计算机可以将人类的头脑和身体变成它的一个外部设备。同时，可穿戴计算机和人类之间的互动是持续性的，更重要的是，为了满足用户不中断正在进行的任务，可穿戴计算机还能够进行多任务操作。如果一台计算机是"可穿戴的"，那它将伴随在我们的日常生活中随时提供帮助，它就像穿衣服或其他形式的穿戴一样，尽可能的不引人注意。

　　二。 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。

　　三。 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之一，专注于普适计算、可穿戴计算和移动技术，隶属于荷兰埃因霍温科技大学电气工程学院。ACTLab利用多模式普适传感器技术通过对活动和环境的识别来解释人类行为，他们的研究重点是信号处理、模式识别和机器学习技术。

2） 麻省理工学院（MIT）媒体实验室：该实验室为可穿戴计算技术的研究作出了重大贡献，他们致力于研发最新的计算机科技