張海娟++李顯娜

摘 要：可穿戴式計算機是一種新型計算機，能夠通過無線網絡技術，將使用者與計算機連接在一起，其技術要點包括了芯片技術、操作系統(tǒng)、傳感器、人機交互、上下文感知計算技術以及無線自組網技術。在可穿戴式計算機中，運用的無線網絡技術包括了WiFi，IRDA，RFID，ZigBee，UWB，GPS/北斗，藍牙等不同技術，根據工作環(huán)境、使用要求、工作頻率等不同需求，選擇不同的技術組成可穿戴式設備，使該項技術廣泛應用于各個領域。文章對可穿戴式計算機與無線網絡技術要點進行了分析。

關鍵詞：可穿戴式計算機；無線網絡技術；技術要點

可穿戴技術是一種新型智能技術，廣泛運用于很多智能設備中，它為配件與服裝提供了計算能力與感知能力，能夠在連接計算機、多媒體、無線傳播、傳感器等技術的基礎上，通過可穿戴智能裝備，穿戴到人身上，實現(xiàn)人機交互。而人們要真正運用可穿戴計算機技術為人類信息活動提供方便，必須解決一些技術要點問題。

1 可穿戴式計算機

可穿戴式計算機具有移動性、持續(xù)工作性、無線網絡通信、低功耗、解放雙手、與使用者融為一體、傳感技術、多樣性等特點[1]?？纱┐饔嬎銠C是以人機合一為主要設計理念的一種個人移動計算機技術，有機結合了芯片、操作系統(tǒng)、傳感器、顯示技術、存儲技術以及電池等各種技術，便于穿戴，用戶訪問更便利，在工業(yè)、國防、醫(yī)療、教育、科研等領域都有廣泛應用。

2 可穿戴式計算機的技術要點

2.1 芯片

可穿戴式計算機采取芯片作為計算中心是其技術發(fā)展趨勢，將調度中心、計算中心集中到一個體積小、功耗低且質量輕的芯片中，完成所需業(yè)務的調度與計算，包括處理器、內存、存儲器以及控制電路等部分[2]。在集中處理大規(guī)模數據時，可以在中央處理器外配置協(xié)處理器，為中央處理器分擔計算壓力。芯片的選擇需要根據業(yè)務需求、工作頻率、成本進行合理的選擇?？纱┐魇接嬎銠C的發(fā)展對芯片提出了更高的技術要求，低功耗、高集成度是主要要求，因此，芯片技術也有不同發(fā)展方向：通過刪除非必要功能制造新架構以降低功耗[3]；通過設計、后期封裝與制造提升芯片集成度；通過專設的低功耗處理器對應用場景中的傳感信息進行處理等技術。

2.2 操作系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)是可穿戴式計算機技術的主要技術之一，可穿戴計算機的存儲空間受到較大限制，操作系統(tǒng)需要有較高的專用度與實時性，通過實時技術、微內核技術組成的嵌入式操作系統(tǒng)，能夠為可穿戴式計算機提供強大的多外設處理能力。

2.3 無線自組網技術

無線自組網即基于一組具有無線收發(fā)功能的移動主機所組成的網絡系統(tǒng)，是不需要確定基礎設施、不需要集中控制技術所支持的臨時性的自治網絡。無線自組網能夠在任意時間，經無線信道將各節(jié)點連接為一個任意形式網狀的拓撲結構，這些節(jié)點是通信終端與路由器的結合，因此被稱為自組織網絡。網絡中任意節(jié)點都可通過任意方式實現(xiàn)動態(tài)連接，并且進行自動重組，有很強的穩(wěn)定性。

2.4 上下文感知計算技術

上下文感知計算技術是可穿戴計算機與生俱來的技術，可穿戴式計算機通過各類傳感器、信息系統(tǒng)、配置設定獲取上下文，將傳感器技術與分類識別算法技術相結合，就構成了上下文感知計算系統(tǒng)。

2.5 傳感器技術

傳感器是可穿戴式計算機獲取上下文信息的硬件系統(tǒng)，是一種小體積、小功耗、低質量、高可靠性、易集成和高穩(wěn)定性的傳感器，主要分為運動感知、環(huán)境感知、生物感知三大類。運動感知類主要感知用戶運動狀態(tài)及睡眠狀態(tài)；環(huán)境感知類主要用于監(jiān)測所需要的環(huán)境參數，為用戶出行及種類生產生活活動提供指導；生物感知主要用于感知種類生理參數。多傳感器數據融合是當前可穿戴式計算機的必然發(fā)展趨勢。這種技術主要是由多個傳感器甚至多類傳感器信息處理系統(tǒng)針對特定問題作出信息處理的技術，是按照時序對所獲取的各個傳感器上下文信息，運用一定規(guī)則進行自動化分析及優(yōu)化綜合，以作出特定決策和完成任務而采取的一種數據處理技術。

2.6 人機交互技術

人機交互技術能夠使可穿戴式計算機和用戶之間進行便捷的通訊，是一種無形的交互，能夠讓用戶隨時隨地隨意獲取信息?？纱┐魇接嬎銠C的人機交互技術是以減少雙手占用時間，提升控制靈活度，達到人機合一為目的的。因此，人機交互技術的研發(fā)始終是可穿戴式計算機的技術要點。從當前已經市場化的可穿戴式計算機人機交互技術來看，主要包括：身體數據感知、肢體動作探測、眼動追蹤、實物交互、語音輸入、肌肉生物電、環(huán)境數據監(jiān)測等輸入方式；聲音、顯示屏、頭戴式投影、環(huán)境投影、內置燈泡、振動和溫度等肢體感知信號、其他平臺界面顯示等信息輸出方式。

3 無線網絡技術

可穿戴式技術機要實現(xiàn)無線短距離信息傳輸需要通過無線網絡技術將用戶、計算機、其他移動設備之間的數據連接起來。這類技術主要包括WiFi，IRDA，RFID，ZigBee，UWB，GPS/北斗，藍牙等。

3.1 藍牙技術

藍牙技術由于其成本低、功耗低、輻射低、抗干擾能力強、安全性高、組網靈活等方式，是短距離無線通信技術的主要技術。藍牙用戶在進入新地點后，其藍牙設備就能對周圍藍牙設備進行自動查找，并實現(xiàn)通信，同時主動獲取附近的各類服務。藍牙是由微微網作為一個單位，由兩個以上擁有同一個頻道的藍牙單元設備裝置組成一個微微網，由一個藍牙單元作為主單元，其余單元則作為從單元，每一個微微網可以擁有8個左右的藍牙單元。藍牙設備之間處于平等地位，任何一個藍牙設備要和其他用戶進行無線通信，都能夠發(fā)起呼叫連接，通信結束后，呼叫連接就會解散，具有很高的靈活性。

3.2 WiFi技術

WiFi技術能夠實現(xiàn)高速率傳輸，并且有很好的移動性，通過無線信號，可穿戴式計算機能夠進行各種多媒體信息傳輸，傳輸范圍超過100 m以上，同時能夠將用戶和網絡相連接，用戶可以接收到無線上網服務。endprint

3.3 IRDA技術

紅外數據協(xié)議（Infrared Data Association，IRDA）能夠使移動設備和計算機進行快捷的無線通信，擁有紅外接口的其他設備，也能夠實現(xiàn)數據傳輸。紅外技術需要對接才能進行無線通信，安全性較高，但傳輸距離很短，也只能進行點對點傳輸，需要通信設備之間不能有障礙，也很難實現(xiàn)擴展，因此，紅外技術在可穿戴設備上的應用范圍很狹窄。

3.4 RFID技術

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）是一種自動識別技術，能夠在不接觸目標的前提下同時識別多目標，具有讀寫速度快、存儲空間大、工作距離遠、環(huán)境適應性強、穿透性好、外形多樣化、組網靈活、成本低、安全性高等優(yōu)勢。通過標簽等應答器、讀寫器及應用系統(tǒng)組成一個RFID系統(tǒng)，通過空間視頻信號進行雙向無線信息傳輸。可穿戴計算機運用RFID標簽作為無線通信模式，利用RFID讀寫器為網絡節(jié)點，就能夠自由組建一個無線通信網絡，與其他無線網絡技術進行互補。由于RFID標簽是由天線與芯片組成，在可穿戴條件下，天線會出現(xiàn)彎曲形跡，從而影響其功能，因此，在實際應用中，需要對天線技術進行改進，使其能夠適用于可穿戴式計算機的無線通信模塊構造。

3.5 ZigBee技術

ZigBee技術是在IEEE802.15.4協(xié)議基礎上發(fā)展而來的短距離、低功耗無線網絡技術，該技術成本低、通信距離近、功耗低、網絡節(jié)點大、自組織強，在自動控制等領域有很強的適用性。但由于ZigBee技術通信范圍較為狹窄、功率較低，因此，更適用于數據流量較小的通信業(yè)務，可以用于遙測遙控、醫(yī)療護理、工業(yè)自動化、家庭自動化、農業(yè)自動化、汽車自動化等領域。

3.6 UWB技術

超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）技術是基于MB-OFDM協(xié)議發(fā)展而來，其通信機制是一種超幀結構，根據這一協(xié)議，UWB網絡中各節(jié)點都是平等的，不存在協(xié)調控制功能的節(jié)點，是一個完全的分布式網絡結構。各節(jié)點也不配置中心協(xié)調器，因此，要實現(xiàn)各節(jié)點的信息交互，就需要先進行協(xié)調，通過各節(jié)點依次進行一種信標幀廣播完成協(xié)調。這種技術是一種高速率、短距離無線通信方式，其工作頻率為非工業(yè)科學醫(yī)療（Industrial Scientific Medical，ISM）公共頻段，有很寬的傳輸寬帶，抗干擾能力極強，并且能夠滿足高速傳輸需求。

3.7 GPS/北斗

GPS/北斗是可穿戴式計算機產品發(fā)展需求的反映，隨著可穿戴式計算機功能的發(fā)展，定位成為人們日常需求之一。在可穿戴式計算機中添加GPS/北斗傳感器，增加其定位功能，由時鐘信號或者串口線連接可穿戴計算機，就能夠實現(xiàn)無線串行通信。

4 結語

可穿戴式計算機為當前市場提供了豐富多樣的可穿戴設備，廣泛應用于各個領域，為人們的日常生活、工業(yè)生產、醫(yī)療衛(wèi)生等提供了極大的便利。圍繞可穿戴式計算機及其無線網絡通信技術的各項技術開發(fā)也在不斷發(fā)展，使可穿戴式計算機具備了更為豐富的功能、更靈活的組網結構及更可靠的服務，使其市場前景更為廣闊。

[參考文獻]

[1]李媛.可穿戴計算機無線通信模塊與組網技術研究[J].城市建設理論研究（電子版），2016（11）：100.

[2]張操政.可穿戴傳感網絡節(jié)點誤差分析與數據融合算法研究[D].南京：南京郵電大學，2015.

[3]耿海龍.動態(tài)可重構穿戴計算機軟件平臺設計與實現(xiàn)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2013.endprint