可穿戴式无线网络技术方案详解

2013-09-28 17:26:33来源: 互联网

3. 可穿戴式无线网络核心技术

  尽管目前无线局域网技术已较为成熟,可作为开发可穿戴式无线网络的基础,但要将其真正应用于可穿戴式无线网络还需解决多项关键难题,这些难题集中体现了可穿戴式无线网络的核心技术,它主要表现在以下方面:

  3.1 网络设计

  网络设计首先要尽可能的保证系统功能的发挥和网络的稳定。相对有线技术而言,采用无线技术的可穿戴式网络在组网上有较大的灵活性。

  除此之外,网络设计还应考虑人的体形特征和行为习惯。良好的网络结构应具有穿戴方便、舒适,重量轻、便于携带,有一定的抗震性等特征,同时还应尽量使网络的结构简单、使用方便(特别是操作和阅读方面的服务)。

  3.2 输入输出装置

  输入输出装置是实现可穿戴式无线网络人-机交互的重要接口,人-机交互的灵活性和方便性不止会影响系统功能的充分发挥,而且还会影响到市场上的推广应用。

  输入装置既包括手写板、键盘、麦克风等由人操控的装置,也包括摄像头、GPS、传感器等专门的数据输入装置。输入装置除实现语音和数据的输入外,还应能满足控制上的要求;输出装置包括耳机、显示装置和触动装置等。输出装置不仅要向使用者提供信息服务,同时还应体现使用者的意志和要求。当然,不同的应用所需要的输入输出装置不一定相同,应根据实际需要来配置。

  3.3 多功能集成装置

  应当说,满足穿戴式无线网络需要的具有特定功能的设备目前市场上大都已经具备,有些功能之间还进行了整合设计,如耳麦、触摸屏等。但这些设备大多不具有无线接口,所以需要对它们进行集成,并在外壳上重新设计以符合人体穿戴的需要。对那些在网络中承担多种角色的设备而言,多功能集成的需要就更为迫切,也更为重要。例如,作为网关的手机不仅应具有手机的各项功能,还应承担管理整个可穿戴式无线网络和进行数据转发的任务,这显然具有一定的挑战性。

  多功能集成装置的集成度越高、设备越微型化,就越能更好地满足穿戴式无线网络的需要。当然,这有赖于超大规模集成电路的进一步发展。

  3.4 操作平台

  针对可穿戴式无线网络的要求,应提供与其硬件设备相对应的操作平台。操作平台同样可根据具体的应用需求来开发,但它们应具备基本的为保障整个网络稳定运行的各项管理服务。总体说来,可以直接借鉴当前在手机等移动终端上使用的掌上OS,并在此基础上进一步开发;也可采用Linux来开发专用的OS。前种方式将明显有利于缩短开发周期,并可重用现有的应用软件,其缺点是功能有限;后种方式可具有很强的针对性,其缺点是没有相应的应用软件支撑,开发难度较大。

  3.5 网络顽存性

  网络的顽存性体现在它对周围环境的适应能力。它主要表现在两个方面:网络连接的可靠性和稳定性、网络的抗干扰能力。网络的顽存性在很大程度上决定了网络的服务质量(QoS)。由表1-1可知,蓝牙和ZigBee技术都有一些增强环境适应性的技术措施。例如在抗干扰方面,ZigBee和蓝牙分别采用了 DSSS、FHSS技术;在纠错机制方面,蓝牙和ZigBee分别采用了前向纠错机制和差错检测/重传机制等等。但是,由于当前无线设备的迅猛增多,无线设备的使用环境也随之恶化,在加之它们都工作于ISM频段,因而有必要研究更可靠的技术措施来保障网络的顽存性。

  3.6 能源

  对可穿戴式无线网络,网络中的设备通常通过电池来供电。电池一个周期的平均工作时间一方面取决于电池的容量,另一方面也与设备的能耗和电源的使用效率有关。

  目前,在大规模集成电路的推动下,很多电子设备都在向小型化和微型化方向发展。比较而言,电源技术并没有取得实质性进展,从而使得在很多移动通信设备中电池所占重量和体积的比例越来越大。因而寻找新的替代能源将是一项具有重要意义的课题。

  在现阶段只能通过电池供电的情况下,除要求使用者应养成良好的操作习惯外,可从硬件和软件两方面来着手以提高电池的平均工作时间。硬件方面,应尽可能地提高设备的集成度,并利用新型元器件进行节能设计以降低设备的能耗;软件方面,应设计合理的设备工作模式和节能模式,同时开发相应的算法以使信号的发射功率具有自适应特性。

  3.7 安全

  安全问题也是无线网络固有的问题。解决安全问题的前提是使用者要有安全意识,其次才是技术和管理上的问题。当前很多无线网络都提供了认证和加密等方面的安全功能,但仅有这些措施是不够的!然而,安全措施的增多会加重网络设备的运行负担,降低网络的运行效率,这是矛与盾的关系。

  有关无线网络的安全问题在很多文献中都有深入的讨论,这里不再赘述。

4. 可穿戴式无线网络的应用

  可穿戴式无线网络可粗略地理解为无线局域网技术在个体上的实现(见图4.1)。可以说,在不同的领域都有可穿戴式无线网络的应用需求。

  4.1 军事应用

  军事领域是可穿戴式无线网络最有潜力的应用领域之一,特别是对情报搜索、敌后侦察等军事任务而言情况更是如此。对这类应用,通常要求系统中配备有耳麦、摄像装置、穿戴式 GPS装置、具有显示和存储功能的通信设备等,以便侦察人员通过系统与外界保持通信联系、确定自己所处的位置、方便地进行侦察活动。

  图 4.1 可穿戴式无线网络应用于人体的示意图

  4.2 工业应用

  在工业生产领域,当空间环境等因素导致很多有线检测设备不能进行正常的作业,或者由于需要多个检测设备协同工作、而使用有线连接很不方便的时候,可应用可穿戴式无线网络。这不仅会带来方便,而且还可及时的获取、处理和传输数据,提高检测效果。

  4.3 医疗保健和助残

  对可穿戴式无线网络具有吸引力的另一个领域是医疗保健和助残。例如,可通过在病人身上安放多个传感器或其它医疗设备(还可根据需要将传感器安放到病人的体内),以检测病人的体征;对那些不需要住院治疗而又需要随时观察病情的病人,也可在病人身上安放一定数量的传感器,并通过无线网络发送的数据及时了解病人的最新情况。而对于残疾人,则更可以通过可穿戴式无线网络上的各项设备获取使用者或周边环境的信息,然后根据具体的情况提供帮助或告警信息(语音的或图像的)。

  4.4 日常生活应用

  在现实生活中,很多人其实都同时携带有多个终端。如果采用可穿戴式无线网络将这些终端连接起来,将能带来很多方便。例如可通过手机及时地下载朋友推荐的音乐、然后传送到自己的MP3上欣赏等。

  可穿戴式无线网络还可为旅游探险者带来方便或提供安全保障,如此等等。

关键字:可穿戴式  无线网络

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0928/article_19603.html
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