可穿戴設備發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1、研究與開發(fā) Research & Development52打小,，23 4 CJiin匕門出 miu J凸uimll Ekgifi!技沁House. All rishis rs.crvcc, httpw.ciki.nct研究與開發(fā) Research & Development52打小,，23 4 CJiin匕門出 miu J凸uimll Ekgifi!技沁House. All rishis rs.crvcc, httpw.ciki.nct可穿戴設備發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢封順天中國電信股份有限公司北京研究院 北京100035摘 要 目前可穿戴設備尚沒有標準的分類，文章從設備的物理形態(tài)、應用類型和通信方

2、式對可穿戴設備進行劃 分，為可穿戴設備研究提供分類依據(jù)。并通過對驅(qū)動可穿戴設備的芯片、智能操作系統(tǒng)、電池和人機交互技術現(xiàn)狀 和發(fā)展分析，為可穿戴設備的發(fā)展提供預測依據(jù)。關鍵詞 可穿戴計算；可穿戴設備：可穿戴分類引言可穿戴設備是一個潛力巨大的新興市場，隨著越來 越多的可穿戴設備投入市場，可穿戴設備正逐步為社會 大眾所接受。可穿戴市場已成為全球范圍內(nèi)快速增長的 高科技市場之一，頻繁得到資本的青睞。面對林林總總的可穿戴設備，可謂“亂花漸欲迷人 眼”?？纱┐髟O備缺少分類標準，也缺少未來發(fā)展趨勢 的評判標準。本文通過對可穿戴設備的現(xiàn)狀研究、整理 可穿戴設備分類，并對驅(qū)動可穿戴設備的技術發(fā)展現(xiàn)狀 進行研究

3、，管窺可穿戴設備的發(fā)展趨勢。1可穿戴設備現(xiàn)狀可穿戴設備定義可穿戴設備也稱可穿戴計算設備，目前并沒有統(tǒng)一 的概念定義。麻省理工學院的媒體實驗室對可穿戴計算 的定義是電腦科技結合多媒體和無線傳播以不突顯異物 感的輸入或輸出儀器如手飾、眼鏡或衣服進行連接個人 局域網(wǎng)絡功能、偵測特定情境或成為私人智慧助理，進 而成為使用者在行進動作中處理信息的工具 1 O電子科技大學陳東義教授認為可穿戴設備通常以人 體為載體、通過便攜式穿戴，實現(xiàn)對應的業(yè)務功能?？?穿戴設備與人體的交互形態(tài)主要基于人體能力和設備內(nèi) 置能力配合實現(xiàn)，是計算“以人為本、人機合一”理念 的產(chǎn)物2?；谶@些定義，可穿戴設備可理解為基于人體自然

4、 能力之上的，借助電腦科技實現(xiàn)對應業(yè)務功能的設備。 人體自然能力指人類本體與生俱來的能力，如動手能 力、行走能力、語言能力、眼睛轉(zhuǎn)動能力、心臟脈搏跳 動能力、大腦神經(jīng)思維能力等；這里的電腦科技指基于 人體能力或環(huán)境能力通過內(nèi)置傳感器、集成芯片功能實 現(xiàn)對應的信息智能交互功能?？纱┐髟O備起源最早的可穿戴設備可追溯到便攜式計算器時代， 如以腕表的方式集成計算器的功能方便人們隨時隨地進 行簡單的數(shù)字運算。隨著技術的進步，越來越多的計算 功能被集成到可穿戴設備上。從穿戴式電腦到穿戴式 設備，業(yè)界對可穿戴的定義進一步明確，認為可穿戴設 備需要包含“可穿戴的形態(tài)”、“獨立的計算能力”、 “專用的程序或功能

5、”這三類基本屬性。例如 2006年Eurotech公司推出的手腕式電阻觸屏電腦，如圖 1所 示，符合傳統(tǒng)對可穿戴設備的定義。但這樣的設備消費 者并不買賬，很大一方面就是類似的設備用戶體驗并不 友好，另外也沒有凸顯和傳統(tǒng)電腦的區(qū)別。可見除了上述三類基本屬性外，可穿戴設備最重要 的一個屬性是“用戶體驗”友好，可融入到人體自然穿 戴中，穿戴起來不顯唐突。另外要突出和傳統(tǒng)電腦的區(qū) 別，一個差異屬性就是“感知能力”，即通過內(nèi)置芯片研究與開發(fā) Research & Development54小“二 口J Chin 門 c門出 mic Jnum 力 EIwitl!技沁 I * d id ishin r Ha

6、usc. AlJ rishis i, htt p w.c iki. nResearch & Development 研究與開發(fā)53 2n 14 Chinii 4亡：出 mic J 口 ueW 日叱小技沁 Pmhtishinr House. aIJ ri hl 盯 h cm, http w.c iki, n 4傳感器可感知穿戴者或周圍環(huán)境屬性信息，為業(yè)務處理 提供更多的基礎信息輸入。隨著物聯(lián)網(wǎng)、傳感技術、芯 片技術和智能操作系統(tǒng)的發(fā)展，可穿戴設備和人體結合 程度越來越緊密，用戶體驗也更加友好，更多的可穿戴 設備被投入到市場。圖i手腕式電阻觸屏電腦可穿戴設備典型應用分析按照聯(lián)合國人口老齡化標準，全

7、球現(xiàn)已進入老齡 社會，40年后全球老齡化程度與目前發(fā)達國家相當。 健康和醫(yī)療領域被公認為可穿戴設備最有發(fā)展?jié)摿?、?場規(guī)模最大的一個領域。健康領域的可穿戴設備以輕量 化的手表、手環(huán)和配飾為主要形式，實現(xiàn)運動或戶外數(shù) 據(jù)如心率、步頻、卡路里消耗等指標的檢測、分析與服 務。醫(yī)療領域的可穿戴設備以專業(yè)化方案提供血壓、心 率等醫(yī)療體征的檢測和處理，形式較為多樣，包括醫(yī)療 手表、手機附件等。常見的可穿戴健康和醫(yī)療業(yè)務應用 如圖2所示。國2健康和醫(yī)療可穿戴業(yè)務座用二醫(yī)療健康類可穿戴設備如智能手環(huán)等通過內(nèi)置傳感器采集人體指標并通過藍牙方式把數(shù)據(jù)傳遞給智能手機內(nèi)對應的app應用（圖2中）；app應用通過數(shù)據(jù)通

8、信網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)傳遞到又應的數(shù)據(jù)處理中心（圖2中、）；數(shù)據(jù)中心在接收到數(shù)據(jù)后進行業(yè)務邏輯處理，對 于一些異常指標數(shù)據(jù)可以按照業(yè)務邏輯觸發(fā)醫(yī)務人員進行進一步的分析處理 （圖2中）后反饋給用戶（圖2中 、廠可穿戴設備定期采集人體各項指標數(shù)據(jù)并進 行記錄，這個過程中醫(yī)務人員通過遠程查看方式及時掌 控各項指標，實現(xiàn)對生命全過程的健康監(jiān)控和常見疾病 的防御。我國已經(jīng)進入慢性病的高發(fā)期，患病人數(shù)多、醫(yī)療 成本高、患病時間長、服務需求大是這個時期的突出特 點。而合理的慢性疾病管理，能夠避免看急診和住院治 療，減少就醫(yī)次數(shù)，可以大大節(jié)約費用和人力成本。醫(yī) 療健康類可穿戴設備從某種程度來說符合很多人的剛性 需求，未

9、來將會更多地融入到人們的生活。可穿戴設備崛起2013年是可穿戴計算崛起之年，谷歌眼鏡、三星 智能手表等設備的發(fā)布標志著互聯(lián)網(wǎng)時代硬件創(chuàng)新達到 了新的頂峰，這些用戶體驗更為友好的可穿戴設備使人 們的身體也將由此成為一個智能終端，并影響人們的行 為模式、提高人們的行動效率，最終將改變?nèi)藗兘尤牖?聯(lián)網(wǎng)的方式和入口。在互聯(lián)網(wǎng)時代，人與計算機設備交互周期通常以 天為單位，人們可能每天使用幾次 PC電腦進行網(wǎng)絡沖 浪；移動互聯(lián)網(wǎng)時代解放了人們的雙腿，人們每間隔 幾個小時就會使用一次手機進行信息查閱，人機交互周 期縮短到以小時為單位；而在可穿戴計算時代，人與設 備的交互周期將以分鐘、秒為單位，交互頻率更大。

10、移 動互聯(lián)網(wǎng)用戶規(guī)模較桌面互聯(lián)網(wǎng)爆炸式增長事實說明業(yè) 務的交互越頻繁、業(yè)務的用戶黏性就越大，進而促進用 戶規(guī)模的擴大?；诖丝纱┐鲿r代用戶規(guī)模或比移動互 聯(lián)網(wǎng)更大，這也是資本市場垂青可穿戴設備概念的原因 所在。隨著越來越多可穿戴設備的出現(xiàn)，這些設備的形 態(tài)、應用類型五花八門，需要對其進行歸類以更好地了 解其特征和技術特點。2可穿戴設備分類目前行業(yè)尚未對可穿戴設備分類給出明確的界定方 式，本文按照可穿戴設備的物理形態(tài)、業(yè)務應用形態(tài)和 通信類型進行劃分。按照物理形態(tài)按照設備物理形態(tài)可分為眼鏡、手表、手環(huán)、手套3、項鏈、隨身插、衣服、頭箍等類型，如圖 3所示。1）眼鏡。以谷歌眼鏡為代表的可穿戴計算是

11、可穿 戴概念的最早踐行者，鏡片集成顯示屏幕實現(xiàn)內(nèi)容的展 示功能、鏡框內(nèi)置的芯片、智能操作系統(tǒng)等實現(xiàn)應用的 運行、數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡交互、自然語言的交互等功能。 通過開放SDK程序包，開發(fā)者可開發(fā)個性化的應用并運 行在眼鏡上。2）手表。手表是傳統(tǒng)穿戴式設備，在手表內(nèi)集成 計算芯片和智能操作系統(tǒng)，并通過手表顯示屏實現(xiàn)內(nèi)容 的呈現(xiàn)和交互，實現(xiàn)程序的運算是可穿戴設備對手表的 理解。目前三星、蘋果等電子廠商均在智能手表領域有 對應的產(chǎn)品。3）手環(huán)。在手環(huán)上集成傳感器感知功能芯片，通過 內(nèi)置小型顯示器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)功能，手環(huán)的應用主要 集中在健康領域。例如通過人體感知實現(xiàn)睡眠管理等。4）手套。手套是不太成功的

12、穿戴設備，市場上可見 的手套類型設備包含兩類：一是手套上集成傳感器實現(xiàn) 動作信息的感應功能，以實現(xiàn)精細化的控制操作。另外 是通過近距離的通信功能和手機綁定，實現(xiàn)耳機功能。5）項鏈。項鏈類設備常見于寵物類應用中，一般 以吊墜的方式集成芯片和操作系統(tǒng)，實現(xiàn)定位和通信的 功能。應用以平臺提供網(wǎng)頁或 app的方式進行操作。某 些項鏈設備里面還集成了語音功能，可監(jiān)控設備周圍環(huán) 境聲音。6）掛件。通過掛件內(nèi)集成傳感芯片、計算芯片和 顯示屏幕，實現(xiàn)交互功能。一般用于健康領域，如通過 內(nèi)置陀螺儀，定位芯片、加速度傳感器等通過對運動軌 跡、步伐的統(tǒng)計，計算出運動的能量消耗，給出健康提醒反饋。7）頭箍。頭箍類設備

13、更多的是偏概念類設備，目 前尚不成熟，其原理是內(nèi)置芯片感知大腦活躍度，并根 據(jù)活躍度實現(xiàn)控制輸出。目前主要在一些簡單的游戲中 使用。圖3可穿戴計算設備物理形態(tài)（依次為項鏈、掛件、頭箍）按照應用類型按照設備應用類型可分為健康類應用、游戲類應 用、安全類應用等類型。1）健康類。健康類設備主要指應用形態(tài)以滿足人 們健康需求為主，包含醫(yī)療相關設備和健身運動類相關 設備。醫(yī)療可穿戴設備如測心率的腕表等。健身運動類 設備如計步器等。2）安全類。安全類應用主要是基于位置地點或范 圍識別的安全類應用設備，如基于手環(huán)或項鏈識別佩戴 者當前所處的地理位置的設備；通過藍牙近距離通信技 術實現(xiàn)錢包防竊、小物件識別等設

14、備。3）游戲類。游戲類應用設備包含微軟Kinect體感設備等，主要滿足娛樂需求。按照通信方式設備按照與網(wǎng)絡的結合方式包含幾類：直接和互 聯(lián)網(wǎng)結合、通過中轉(zhuǎn)介質(zhì)和互聯(lián)網(wǎng)結合、和智能設備 結合。1）直接通信。通過內(nèi)置的移動通信芯片，如 GPRS、CDMA、WiFi等實現(xiàn)和網(wǎng)絡的通信功能。2）間接通信。間接通信借助智能終端的通信能力，設備以藍牙、紅外、 Zigbee等短程通信協(xié)議和智能 設備結合，智能終端作為數(shù)據(jù)節(jié)點進行通信。智能終端內(nèi)置APP或者基于網(wǎng)絡的程序借助云平臺側(cè)數(shù)據(jù)和處理 邏輯實現(xiàn)應用的呈現(xiàn)。3）端到端連接。設備以藍牙、紅外、 Zigbee等短55 1，2口14 Ch in ； 3 A

15、cu d l ic J oum Elc uremic Ptthlishini House.八 I rishis reserve程通信協(xié)議和智能設備結合，智能終端內(nèi)置APP實現(xiàn)業(yè)務的呈現(xiàn)。3可穿戴設備支撐技術及發(fā)展通過可穿戴設備分類可發(fā)現(xiàn)，支撐可穿戴計算的核 心技術主要包含芯片技術、智能操作系統(tǒng)技術和電池技 術，外圍技術包含材料技術、通信技術和人機交互等技 術。隨著技術的進步，可穿戴設備的形態(tài)和類型將會不 斷的擴展。芯片技術芯片是現(xiàn)代計算機的心臟，也是可穿戴設備的核 心，可穿戴芯片包含 CPU、DSP等類別。CPU指相對 通用的業(yè)務處理芯片；dsp是以數(shù)字信號來處理大量信 息的器件，如加速度傳感

16、器、陀螺儀、肌電感測、ir眼球追蹤和ir影響感測、骨傳導等傳感器芯片等均屬dsp范疇。可穿戴設備對芯片功耗要求較高，一般使用基于簡 單指令集的芯片以降低功耗。使用復雜指令集的芯片目 前在低功耗芯片領域并不具備競爭優(yōu)勢。如芯片產(chǎn)業(yè)鏈 條上1ntel主導設計、生產(chǎn)和銷售全部過程，這種標準化 的封閉的商業(yè)模式保證了產(chǎn)品質(zhì)量和規(guī)模，在需求相對 單一的PC時代使Intel芯片處于行業(yè)領先的霸主地位， 而在手機廠商眾多、產(chǎn)品形態(tài)非標準化的智能終端領域 Intel的競爭就處于劣勢了?？纱┐饔嬎泐I域產(chǎn)品形態(tài)會多樣、對芯片的需求 差異更大，傳統(tǒng)Intel標準化量產(chǎn)的芯片戰(zhàn)略很難具備 競爭優(yōu)勢。arm并不生產(chǎn)自己

17、的芯片處理器，而是通 過出售自己的設計給制造公司來賺錢，制造公司基于 ARM低功耗設計進行個性化開發(fā)，屬于開放產(chǎn)業(yè)鏈 條，這種商業(yè)哲學使得目前可穿戴計算領域arm占據(jù)絕對壟斷地位。Intel也意識到了這個問題，2014年在 CES上展示的Quark系列處理器4主要面向各種嵌入式 領域，其中包含可穿戴設備應用領域。基于 Quark處理 器Intel正在開發(fā)只有sd卡大小、性能卻能達到奔騰電腦級別的PCEdison(如圖4所不)，Intel的目標是基于硬 件層面的智能再造、打破封閉的產(chǎn)業(yè)鏈體系，構建出一 個新的科技生態(tài)系統(tǒng)5,如圖4所示。芯片領域的競爭 使可穿戴計算繼續(xù)延續(xù)PC硬件時代的摩爾定律，

18、arm和Intel之間的競爭最終獲利的將是整個產(chǎn)業(yè)，未來芯片 領域?qū)⒔o我們帶來更多驚喜。圖4 Edison結構示意可穿戴計算時代，CPU不是唯一的芯，單純的 CPU或DSP芯片并不是決定一款可穿戴產(chǎn)品好壞的首 要依據(jù)，一款好的可穿戴設備必是CPU和DSP的完美組合。智能操作系統(tǒng)可穿戴設備應用功能取決于設備能力和操作系統(tǒng) 功能，從最早的單片機操作系統(tǒng)到目前的智能操作系 統(tǒng)。iOS, Android等移動互聯(lián)網(wǎng)領域占據(jù)領先地位的 智能操作系統(tǒng)也有向可穿戴領域延展的趨勢。2014年3月19日，谷歌宣布轉(zhuǎn)為智能手表打造的操作系統(tǒng) Android Wear平臺發(fā)布,在用戶體驗、數(shù)據(jù)分析和后臺 支持等方面

19、都有不同于Android的地方?？纱┐髟O備的屏幕一般較小，有別于 Android的體驗，Android Wear 上用戶體驗上最大的不同表現(xiàn)在背景卡片(The ContextStream)和提小卡(The Cue Card)上。背景卡片包含一系列縱向滾動的卡片，每個卡片上 都會顯示一段內(nèi)容，當前屏幕只會顯示一張卡片內(nèi)容， 用戶可以通過滑動的方式滾動卡片來瀏覽不同的內(nèi)容。 如圖5所示。研究與開發(fā) Research & Development56打 21M 4 chin, 切出 mic J口umill Ekgmm2 1,mhlishinr Hausc. All rishis reserved, h

20、ttpw.ciki.nResearch & Development 研究與開發(fā)57提示卡允許用戶以語音的方式控制設備，當用戶說 出“Ok g00gle ”或者點擊屏幕上“ g”按鈕的時候, 提示卡就會打開，向上滑動就可以顯示被點擊的內(nèi)容列 表，如圖6所不。谷歌計劃把其Android在智能終端中的成功模式在 可穿戴領域復制，和硬件廠商的合作方式跟Android類似，采用免費開源的方法提供給硬件廠商使用，目前已 有LG、三星、華碩等廠家合作?？纱┐髟O備的屏幕導 致目前G00gle Wear的操作體驗并不友好，可穿戴設備 上的觸屏操作是否會像微軟桌面電腦上的啟動菜單一樣 成為雞肋，相信在不遠的未來會

21、有答案，我們也相信未 來將有更多轉(zhuǎn)為可穿戴設備量身打造的智能系統(tǒng)，可穿 戴設備的應用體驗也將更為友好。電池相關技術可穿戴設備本身較小，很難承載大容量的電池， 且可穿戴設備一般會保持頻繁的計算和網(wǎng)絡通信，一 般保持每天或者每周充電一次的頻率。這都對電池技 術、電源的使用管理、快速充電技術等提出較高的要求。電源容量有限已經(jīng)成了制約可穿戴計算實際應用 的重要因素之一 6。太陽能電池目前正朝向輕薄化、提高光電轉(zhuǎn)換率和 輸出功率的方向發(fā)展，未來隨著導電塑料和納米材料在 太陽能電池領域的應用，光電轉(zhuǎn)換率領域?qū)休^大的 突破。太陽能電池將有希望作為可穿戴計算設備的外包 面，提高設備的持久工作能力。電池材料

22、方面，美國伊利諾伊大學的研究人員將電池負極設計成 3Dnm結構，開發(fā)的新型電池充電只需 要數(shù)秒，既可保證超快速充電和放電，同時又能兼顧 電池的儲能容量，未來在可穿戴計算領域也將有廣泛 的應用場景。另外美國倫斯勒理工學院發(fā)明出一種紙電池，這種 電池可以隨意彎曲，并且能夠生物降解。德國開姆尼斯 電子納米技術研究院的研制出來可以令電池的厚度小于 1mm ，重量也可以控制在1g以內(nèi)，而且還可以使用低 成本的絲網(wǎng)印刷工藝進行制造，單個電池電壓為1.5V串聯(lián)多個電池就可獲得較高的電壓的電池。美國斯坦福 大學發(fā)明的納米硅電池比傳統(tǒng)充電電池的儲電量提高了 10倍。麻省理工學院研究人員設計的碳納米管超級電 池容

23、量大、充電速度快。隨著電池相關技術的發(fā)展，相信未來可穿戴設備的 續(xù)航能力將得到進一步加強。人機交互人機交互技術領域除了語音識別日益成熟外，腦機 接口技術是神經(jīng)系統(tǒng)學科相對前沿的研究領域。杜克大 學的科學家宣布通過腦機接口實現(xiàn)了狒猴遠程控制機械 臂7。未來隨著技術研究的突破，在實現(xiàn)假肢等設備的 控制等醫(yī)療應用的基礎之上，可穿戴設備的類別和范圍 也將擴大，或?qū)霈F(xiàn)影響人類自身進化進程的可穿戴 設備。4結束語通過對可穿戴設備的分類，本文為可穿戴設備研究提供了新的研究視角。通過對驅(qū)動可穿戴設備技術現(xiàn)狀和發(fā)展分析來看，未來將會有更多的可穿戴設備產(chǎn)生、融入并改善我們的生活，以往只在科幻電影中出現(xiàn)的場景將

24、會逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。參考文獻1維基百科EB/OL.2014-04-02. HYPERLINK / /wiki/交互范式2于南翔，陳東義，夏侯士戟.可穿戴計算技術及其應用的新發(fā)展J.數(shù)字通信,2012(4):13-203魔獸高端職業(yè)玩家必備強力外設用手套玩游戲EB/OL.(2009-12-04)2014-04-02. HYPERLINK / /a/20091204/000188_1.htm4英特爾將在CES展示可穿戴設備配夸克處理器EB/ OL.(2014-01-06)2014-04-02. HYPERLINK / / a/20140106/007712.htm5揭秘英特爾Edison:構建未來智能

25、硬件生態(tài)圈EB/ OL.(2014-01-22)2014-04-02. HYPERLINK http:/pad.yesky http:/ 學:控制理論與控制工程論文,20067腦機接口讓獅猴遠程控制兩個機械臂EB/OL.2014-04-02. HYPERLINK /p/207523.html /p/207523.html作者簡歷封順天工程師，研究領域包括移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，專注于業(yè)務平臺研究；多次獲得中國電信和中國電信研 究院的各類獎勵，并申請專利 5項。三Wearable Devices Development Status and TrendFeng ShuntianChina Telec

26、om Beijing Research Institute, Beijing 100035, ChinaAbstract The category and the characteristics of the wearable device are still not clear for the industry. In this paper, we will first categorize the wearable devices according to their physical property, applied domain and communication method, a

27、s the foundation of the wearable device research. We will also analyze the chip technology, operation system, battery technology and human-computer interaction related to the wearable device, which provides a reliable reference for the prediction of the development of the wearable device.Keywords Wearable Compute; Wearable Devices; Wearable Classi ?cation(上接