可穿戴設(shè)備

李悅霖

可穿戴設(shè)備是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵參與者，能使對象通過互聯(lián)網(wǎng)與制造商、操作人員和/或其他連接設(shè)備智能交換數(shù)據(jù)，而不需要任何人工干預(yù)。

什么是可穿戴設(shè)備？

可穿戴設(shè)備是指佩戴在身體內(nèi)或身上的智能電子設(shè)備和附件，能感知佩戴者及其所處的環(huán)境。根據(jù)其與身體的接近程度，國際電工技術(shù)委員會（JEC）標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會給出了可穿戴設(shè)備的分類：

（1）接近人體的電子設(shè)備;

（2）人體上的電子設(shè)備;

（3）人體內(nèi)的電子設(shè)備;

（4）電子紡織品。

可穿戴設(shè)備是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵參與者。它們能使對象通過互聯(lián)網(wǎng)與制造商、操作人員和/或其他連接設(shè)備交換數(shù)據(jù)，而不需要任何人工干預(yù)。它們可以直接通過嵌入式無線連接進(jìn)行通信，或者通過另一種設(shè)備（例如智能手機(jī)）通信。用戶數(shù)據(jù)或其所處環(huán)境的數(shù)據(jù)在本地或外部服務(wù)器上的處理單元中進(jìn)行處理。

隨著電子產(chǎn)品越來越小型化、傳感器技術(shù)、計(jì)算能力和連接性的不斷進(jìn)步，以及電光組件和系統(tǒng)中嵌入智能能力越來越強(qiáng)的推動下，智能可穿戴設(shè)備的使用正變得日益廣泛，零部件的價(jià)格也逐漸走低。此外，新材料、新設(shè)計(jì)、能源儲存和清除技術(shù)以及新的生產(chǎn)技術(shù)的推廣使用，正在推動著智能可穿戴設(shè)備性能、功能和可用性的進(jìn)一步提高。

智能可穿戴設(shè)備可以監(jiān)測、記錄和提升我們的生活，還能幫助人們從事特殊的個(gè)人活動和職業(yè)活動。它們的能力包括控制、通信、存儲和作動。由于具有嵌入式智能和連通能力，智能可穿戴設(shè)備為病情，活動監(jiān)測、反饋和激勵(lì)，交付服務(wù)（例如藥物交付或刺激）、定位、識別、個(gè)人文本通知、信息顯示和虛擬援助等提供了獨(dú)特的機(jī)會，其應(yīng)用范圍可能是無限的。為什么連通性很重要？

連接器和電纜是我們?nèi)粘ＴO(shè)備的小部件，但它們對這些設(shè)備以及使世界正常，可靠和安全地運(yùn)行的所有主要設(shè)備的功能至關(guān)重要。如果一個(gè)連接器出現(xiàn)故障，設(shè)備和系統(tǒng)就會崩潰。因此，像Fischer Connectors這樣的公司為設(shè)計(jì)工程師和集成商提供可靠、堅(jiān)固、高性能的連接解決方案的重要性就在于此。在共享公共電源和數(shù)據(jù)總線的聯(lián)網(wǎng)可穿戴設(shè)備中，連接性可以成為關(guān)鍵的創(chuàng)新驅(qū)動因素，有助于使設(shè)備更小、更輕、更智能，同時(shí)保持或提高它們的性能。對于主要是無線的獨(dú)立可穿戴設(shè)備，主要需要連接才能充電（例如Fitbit追蹤器）。盡管如此，創(chuàng)新使不同的可穿戴設(shè)備通過共享數(shù)據(jù)和電源集線器就能聯(lián)網(wǎng)在一起（例如在戰(zhàn)術(shù)背心上）。

可穿戴設(shè)備的發(fā)展趨勢明顯，應(yīng)用案例較多。這些應(yīng)用對適應(yīng)任何環(huán)境、環(huán)境條件或任務(wù)的可穿戴設(shè)備連接的需求越來越大?？绮块T連接器的通用選擇標(biāo)準(zhǔn)是：輕便、高密度的信號和功率組合、便于移動的緊湊型、易于集成到具傳感器和數(shù)據(jù)處理功能的便攜式可穿戴解決方案中（例如物聯(lián)網(wǎng)解決方案）。

以Fischer Connectors公司為例。借助其新開發(fā)方法，F(xiàn)ischer Freedom系列為連接解決方案開辟了一條新途徑。它的創(chuàng)建反映了公司的愿景，即重新構(gòu)想連接性，幫助將雄心勃勃的想法轉(zhuǎn)化為塑造未來的解決方案。FischerConnectors從一開始就與客戶合作開發(fā)，2018年6月推出的新系列在滿足客戶特定需求方面可謂正中靶心。它完全符合Fischer Connectors公司的使命，即通過協(xié)作方式、量身定制的連接解決方案和富有激情的員工將挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)化為成功，讓客戶的生活更輕松。

Fischer Freedom公司通過以下方式，在連接市場提供真正的突破性技術(shù)：

（1）滿足迫切增長的市場需求，主要是國防和安全行業(yè)的需求。它在解除“徒步士兵系統(tǒng)”和“未來士兵”計(jì)劃的最基本障礙之一的電纜管理方面發(fā)揮著重要作用，即確?！安辉儆袕澢屠p繞”;

（2）驅(qū)動創(chuàng)新，以簡單有效的方式解決互聯(lián)互通設(shè)計(jì)工程的主要趨勢——與便攜和可穿戴設(shè)備的輕松集成。它有助于電子產(chǎn)品在智能服裝中的開發(fā)和集成;

（3）建立可用性的新標(biāo)準(zhǔn)。它有助于可智能穿戴設(shè)備易于使用（對最終用戶而言），即易配對、易清洗、功能增強(qiáng)、集成7個(gè)引腳（帶USB 2.0和以太網(wǎng)的電源和信號）;

（4）對設(shè)計(jì)工程師和集成商而言，可智能穿戴設(shè)備要易于集成，即集成到服裝中，如實(shí)用背心和安全背心，以及個(gè)人防護(hù)裝備（PPE）;與電纜版本相比，可智能穿戴設(shè)備要能夠直接集成，安裝在面板插座上或直接集成到應(yīng)用程序外殼中的面板插頭版本;

（5）可靠性。采用P68密封，堅(jiān)固耐用的設(shè)計(jì)，可支持10000次配合循環(huán)，并能承受惡劣環(huán)境。

輕量級、緊湊、極為可靠和直觀的解決方案很容易集成到在各種挑戰(zhàn)性環(huán)境中運(yùn)行的應(yīng)用程序中，包括便攜式和可穿戴的電子生態(tài)系統(tǒng)，通過優(yōu)化的插頭電纜組合提供電力和數(shù)據(jù)，電纜始終可以直線連接到設(shè)備上，不會出現(xiàn)任何扭曲、轉(zhuǎn)彎或纏結(jié)。在某些應(yīng)用中，當(dāng)插頭直接集成到照相機(jī)、傳感器、燈或GPS等設(shè)備的外殼中時(shí)，就可以完全消除對電纜的需求。從這個(gè)意義上說，它提供了無線（無電纜）的功能而沒有無線的麻煩，從而為進(jìn)一步擴(kuò)展到突破性的物聯(lián)網(wǎng)連接解決方案鋪平了道路。

可穿戴設(shè)備的用途

一些商業(yè)部門，特別是醫(yī)療保健、工業(yè)、國防和體育行業(yè)，將因可穿戴性技術(shù)而改變。這些行業(yè)都需要設(shè)計(jì)出以人為中心的智能可穿戴設(shè)備，特別是在不同的使用環(huán)境和條件下。在不同的情況下，當(dāng)尋求減輕最終用戶負(fù)擔(dān)的方法時(shí)，諸如重量、尺寸、功率密度、耐用性，耐久性、可靠性和易用性等因素是關(guān)鍵考慮因素。目前的零敲碎打方法并不能滿足行業(yè)需求，因?yàn)椴煌闹圃焐谈髯灾圃觳煌漠a(chǎn)品。因此，在現(xiàn)有系統(tǒng)和流程中無縫集成的端到端解決方案在此凸顯了價(jià)值。在推廣可穿戴設(shè)備到上述領(lǐng)域的過程中，機(jī)器人技術(shù)和智能紡織品中將發(fā)揮重要作用。

可穿戴技術(shù)有限公司（WearabIeTechnologies Ltd.）CEO馬克·伯斯坦解釋道：“可穿戴性是一個(gè)不可阻擋的潮流。從這些趨勢中受益最大的行業(yè)是那些最重視員工的行業(yè)，因?yàn)橹悄芸纱┐髟O(shè)備對于保證工人安全和提高生產(chǎn)率起到了重要作用。最激動人心的是解除了人們工作中的危險(xiǎn)和繁役。”他相信，通過使用這些設(shè)備，企業(yè)可以贏得員工的支持，并迅速看到生產(chǎn)率的提高。他建議首先關(guān)注健康和安全，其次才是生產(chǎn)率。重要的是要激發(fā)用戶的信心，為用戶帶來明顯的好處。

EPFL系統(tǒng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室（LSRO）康復(fù)和輔助機(jī)器人組長穆罕默德·布瑞博士說：“小型設(shè)備的微型化和更高的處理能力正在改變邊界，并推動技術(shù)上的極限。最令人興奮的發(fā)展是不斷增加的帶寬和連接速度，這使得越來越多的信息可用。這意味著我們可以制造出更多的智能設(shè)備，對用戶的意圖和行為做出反饋，并將用戶與他的社區(qū)更緊密地聯(lián)系起來。由于可穿戴機(jī)器人將數(shù)字世界和物理世界聯(lián)系在一起，我們想讓它們盡可能地直觀。我們一直在尋求讓信息更有用的方法，并提高功率密度，讓可穿戴設(shè)備更自主、更可靠?！?/p>

TWIICE外骨胳公司聯(lián)合創(chuàng)始人特里斯坦·沃加從設(shè)計(jì)工程師的角度介紹了智能可穿戴機(jī)器人的需求：“可穿戴機(jī)器人要求人體和設(shè)備之間無縫連接，因此除了可靠的連接外，社會接受度、設(shè)計(jì)和可用性等因素也很重要。有可能因?yàn)檫B接性做得很差，導(dǎo)致它很難看、不舒服或因過度使用而斷裂，但如果它工作完美卻不會有人注意到。這就是我們必須在設(shè)計(jì)時(shí)考慮最終結(jié)果的原因，應(yīng)將真實(shí)世界的約束條件放在首位，并讓用戶參與到開發(fā)過程中。借助TWIICE，我們努力使人們生活得富有活力并與社區(qū)建立聯(lián)系。用戶追求更多的自由、移動性和獨(dú)立性。TWIICE的獨(dú)特之處在于，它可以適應(yīng)不同的病理和形態(tài)，以滿足個(gè)人的獨(dú)特需求，符合他們的期望和生活方式，例如，幫助截癱患者重新站立和行走，或幫助截肢者跑得更快。TWIICE的下一步是在現(xiàn)實(shí)生活中推出第一個(gè)針對目標(biāo)用戶的試點(diǎn)項(xiàng)目。臨床接觸者對此很感興趣，因?yàn)樗哂卸喙δ?、輕便和模塊化的優(yōu)點(diǎn)?！?/p>

可穿戴設(shè)備的安全性和數(shù)據(jù)隱私

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)連接越來越多的設(shè)備（包括可穿戴設(shè)備），安全和數(shù)據(jù)隱私比任何時(shí)候都更加成為設(shè)計(jì)和信息流的關(guān)鍵部分。任何技術(shù)都存在固有風(fēng)險(xiǎn)，但可以通過積極主動的系統(tǒng)方法和“安全來自設(shè)計(jì)”的思維方法來減少這些風(fēng)險(xiǎn)。

隨著最偉大的信息技術(shù)革命的開始，我們從一個(gè)主要以紙張為基礎(chǔ)的世界過渡到一個(gè)完全數(shù)字化的世界，許多人對數(shù)據(jù)和開放性的增加以及相關(guān)的學(xué)習(xí)和成長機(jī)會充滿熱情。然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，安全和隱私問題也越來越嚴(yán)重。網(wǎng)絡(luò)安全的重點(diǎn)已從傳統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)對象擴(kuò)展到所有種類的可穿戴設(shè)備，其中甚至可能包括體內(nèi)電子設(shè)備，例如與互聯(lián)網(wǎng)相連的起搏器、耳蝸或微芯片植入物。

迅速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)和“身體網(wǎng)絡(luò)”讓佩戴者面臨著不斷變化的風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)來自犯罪分子或敵人，他們希望獲取或操縱數(shù)據(jù)（例如通過惡意軟件）達(dá)到邪惡的目的。數(shù)據(jù)總是存在著雙向風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)的暴露程度取決于數(shù)據(jù)的敏感性。許多黑客認(rèn)為，個(gè)人醫(yī)療數(shù)據(jù)和個(gè)人財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)一樣有價(jià)值，因此，那些可追蹤用戶生命體征、健康狀況和身體狀況的可穿戴設(shè)備尤其容易受到攻擊。

風(fēng)險(xiǎn)還與數(shù)據(jù)的收集、存儲和使用方式有關(guān)。研究人員開發(fā)了涉及可穿戴設(shè)備的三個(gè)主要攻擊場景：設(shè)備、應(yīng)用程序和云。設(shè)備級別的風(fēng)險(xiǎn)最高，因?yàn)樗幱诓皇芸刂频沫h(huán)境中，最容易受到攻擊。在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，一種務(wù)實(shí)的解決方案是僅在問題發(fā)生后才對其進(jìn)行修復(fù)，但理想的狀態(tài)是從一開始就考慮設(shè)備的安全性。對于可穿戴設(shè)備，建議原始設(shè)備制造商采取“安全來自設(shè)計(jì)”的方法，將數(shù)據(jù)完整性協(xié)議嵌入設(shè)備或邊緣。數(shù)據(jù)在離開設(shè)備并通過“安全通道”到達(dá)安全的應(yīng)用服務(wù)器時(shí)應(yīng)進(jìn)行加密，從而限制訪問并保護(hù)其機(jī)密性。

例如，為了保護(hù)個(gè)人或公共安全，需要將戰(zhàn)術(shù)背心上的安全攝像頭和可穿戴攝像機(jī)保護(hù)起來。這類設(shè)備被黑客入侵、視頻被公開播放的案例一直備受關(guān)注。一種解決方案是對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并實(shí)施細(xì)粒度訪問控制，以將查看權(quán)限限制在授權(quán)人員范圍內(nèi)。這將防止黑客損害執(zhí)法人員或官員的非法行為。

由于可穿戴設(shè)備也可以通過智能手機(jī)應(yīng)用程序來操作，因此確保移動應(yīng)用程序和設(shè)備的安全非常重要，例如，應(yīng)將固件升級到最新版本并避免使用第三方應(yīng)用程序。如果使用藍(lán)牙進(jìn)行通信，則存在信息泄漏或惡意軟件感染的可能性，其目的是劫持來自可穿戴設(shè)備的藍(lán)牙饋送。即使可穿戴開發(fā)人員已經(jīng)應(yīng)用了加密和正確的藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)，這也是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。在云層面上，許多可穿戴設(shè)備存儲數(shù)據(jù)并對用戶活動進(jìn)行分析，存在暴露數(shù)據(jù)并使可穿戴設(shè)備被識別和攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。

從設(shè)計(jì)過程開始，可穿戴設(shè)備制造商有責(zé)任將安全性納入其產(chǎn)品中。這個(gè)過程必須針對物聯(lián)網(wǎng)安全面臨的四大威脅提供可靠的解決方案：（1）保護(hù)設(shè)備;（2）保護(hù)數(shù)據(jù);（3）管理對數(shù)據(jù)和設(shè)備的訪問;（4）隨著時(shí)間的推移積極維護(hù)安全。必須考慮產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，因?yàn)槿绻粽唛_發(fā)出在設(shè)計(jì)階段沒有考慮到的新策略，那么即使在發(fā)布時(shí)安全的產(chǎn)品也不一定能安全很長時(shí)間。這就要求設(shè)備有強(qiáng)大的硬件安全基礎(chǔ)，有一個(gè)后端平臺來管理這些安全功能并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全通信，不斷監(jiān)控威脅環(huán)境，并對攻擊做出快速有效的響應(yīng)。

對任何設(shè)備的設(shè)計(jì)而言，至關(guān)重要的是個(gè)性化的“信任之根”——一種安全的、唯一的標(biāo)識符，以高度保護(hù)的方式存儲在設(shè)備上，確保設(shè)備能被唯一標(biāo)識，并為其他安全功能奠定基礎(chǔ)。。沒有“萬無一失”的安全措施，只能“盡其所能”，這取決于可穿戴設(shè)備的整體架構(gòu)。需要根據(jù)決策層次結(jié)構(gòu)做出決策，首先要考慮技術(shù)及其操作的成本，其次是設(shè)備功能，然后才是數(shù)據(jù)的價(jià)值。

設(shè)備保護(hù)級別的選擇會影響時(shí)間和成本。從簡單到復(fù)雜，選擇包括：

（1）先進(jìn)的軟件保護(hù)技術(shù)：代碼混淆（擾碼使其難以理解）;白盒加密（允許在不泄露任何機(jī)密信息（例如密碼密鑰）的情況下執(zhí)行加密操作）。通過在安全的操作系統(tǒng)或受信任的執(zhí)行環(huán)境（即芯片上的安全位置運(yùn)行軟件）中運(yùn)行它們，可以進(jìn)一步加強(qiáng)這些功能。

（2）硬件安全性：如果原始設(shè)備制造商處于設(shè)計(jì)過程的開始階段，有足夠的時(shí)間來影響設(shè)備和芯片的設(shè)計(jì)，那么最好將專用的安全功能集成到硬件中。但是，通常需要更長的集成周期。有幾種選擇：（a）蜂窩設(shè)備的eSIM/ISIM：當(dāng)連接到低功耗運(yùn)行并傳輸少量數(shù)據(jù)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以在eSIM/ISIM上嵌入安全性，這是一項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)，無需使用物理SIM卡和SIM插槽;（b）專用安全元件：如果原始設(shè)備制造商距離產(chǎn)品發(fā)布較近且時(shí)間較短，可以集成專用安全芯片以達(dá)到必要的安全級別;（c）集成安全元件：關(guān)鍵安全功能嵌入到設(shè)備的主芯片組中，將所有安全功能集成到設(shè)備的整體架構(gòu)中。

網(wǎng)絡(luò)安全的國際層面給原始設(shè)備制造商和用戶添加了另一層復(fù)雜性。設(shè)備的法規(guī)和規(guī)則以及所需的安全性和數(shù)據(jù)保護(hù)級別因市場和行業(yè)而異，通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于更靈活的黑客。由于歷史和文化原因，歐洲處于隱私關(guān)注的最前沿。《通用數(shù)據(jù)保護(hù)條例》（GDPR）于2018年5月在歐盟生效，被消費(fèi)者視為邁出了積極的一步，因?yàn)樗x予了消費(fèi)者更多的隱私控制權(quán)。該條例將影響到部分可穿戴設(shè)備，因其涵蓋個(gè)人數(shù)據(jù)和地理位置數(shù)據(jù)（但不包括醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)或軍事應(yīng)用數(shù)據(jù)）的收集、存儲和使用。對于歐盟之外的原始設(shè)備制造商來說，如果他們的設(shè)備或服務(wù)業(yè)務(wù)收集或處理源自歐盟的任何數(shù)據(jù)，則將受到影響。

除了與可穿戴設(shè)備有關(guān)的安全性和數(shù)據(jù)隱私問題外，人們還提出了一些基本的倫理問題，即在一個(gè)“技術(shù)軀體”和人工智能的時(shí)代，作為人類意味著什么。

庫德爾斯基集團(tuán)（Kudelski Group）歐洲、中東和非洲地區(qū)服務(wù)部副總裁馬丁·迪昂指出：“我們確實(shí)需要對安全問題采取全面、長期的做法。當(dāng)前的豎井心態(tài)會導(dǎo)致流程效率低下。大多數(shù)設(shè)備作為獨(dú)立的單元運(yùn)行，但您需要開發(fā)一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)或平臺以有效地保證數(shù)據(jù)的完整性。例如，在傳感器設(shè)計(jì)方面，盡管您需要自主性，但必須確保將處理保持在最低限度，并存儲盡可能少的數(shù)據(jù)。隨著傳感和通信技術(shù)成本的下降，您將集中獲得更大的轉(zhuǎn)換和分析可能性，并將有可能通過統(tǒng)一的通信平臺將傳感器和數(shù)據(jù)融合在一起。這樣，您就可以在本地管理任何需要本地管理的內(nèi)容，并使用公共平臺進(jìn)行分析、關(guān)聯(lián)等?！?/p>

庫德爾斯基集團(tuán)物聯(lián)網(wǎng)安全營銷負(fù)責(zé)人克里斯托弗·斯庫騰表示：“智能可穿戴設(shè)備的趨勢令人興奮，因?yàn)槲覀冎械拇蠖鄶?shù)人其中上都是孤立的個(gè)體，沒有聯(lián)系。當(dāng)我認(rèn)為我們處于最佳狀態(tài)時(shí)，就是與他人分享知識時(shí)，例如使用語言。更多的數(shù)據(jù)可以提供更好的健康和安全（在軍事領(lǐng)域）、個(gè)體表現(xiàn)（在體育領(lǐng)域）、安全和福祉（為老年人和兒童）。但是，存在一個(gè)閾值，如果安全性被破壞，人們將失去對連接應(yīng)用性的信任。我們需要未雨綢繆，預(yù)見問題，及早行動。保護(hù)設(shè)備和數(shù)據(jù)意味著保護(hù)生命和名譽(yù)。安全生命周期方法是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的唯一有效途徑，該方法在設(shè)計(jì)階段嵌入安全基礎(chǔ)，并隨著時(shí)間的推移主動監(jiān)視和管理安全性?！?/p>