可穿戴设备

李悦霖

可穿戴设备是工业物联网的关键参与者，能使对象通过互联网与制造商、操作人员和/或其他连接设备智能交换数据，而不需要任何人工干预。

什么是可穿戴设备？

可穿戴设备是指佩戴在身体内或身上的智能电子设备和附件，能感知佩戴者及其所处的环境。根据其与身体的接近程度，国际电工技术委员会（JEC）标准化管理委员会给出了可穿戴设备的分类：

（1）接近人体的电子设备;

（2）人体上的电子设备;

（3）人体内的电子设备;

（4）电子纺织品。

可穿戴设备是工业物联网的关键参与者。它们能使对象通过互联网与制造商、操作人员和/或其他连接设备交换数据，而不需要任何人工干预。它们可以直接通过嵌入式无线连接进行通信，或者通过另一种设备（例如智能手机）通信。用户数据或其所处环境的数据在本地或外部服务器上的处理单元中进行处理。

随着电子产品越来越小型化、传感器技术、计算能力和连接性的不断进步，以及电光组件和系统中嵌入智能能力越来越强的推动下，智能可穿戴设备的使用正变得日益广泛，零部件的价格也逐渐走低。此外，新材料、新设计、能源储存和清除技术以及新的生产技术的推广使用，正在推动着智能可穿戴设备性能、功能和可用性的进一步提高。

智能可穿戴设备可以监测、记录和提升我们的生活，还能帮助人们从事特殊的个人活动和职业活动。它们的能力包括控制、通信、存储和作动。由于具有嵌入式智能和连通能力，智能可穿戴设备为病情，活动监测、反馈和激励，交付服务（例如药物交付或刺激）、定位、识别、个人文本通知、信息显示和虚拟援助等提供了独特的机会，其应用范围可能是无限的。为什么连通性很重要？

连接器和电缆是我们日常设备的小部件，但它们对这些设备以及使世界正常，可靠和安全地运行的所有主要设备的功能至关重要。如果一个连接器出现故障，设备和系统就会崩溃。因此，像Fischer Connectors这样的公司为设计工程师和集成商提供可靠、坚固、高性能的连接解决方案的重要性就在于此。在共享公共电源和数据总线的联网可穿戴设备中，连接性可以成为关键的创新驱动因素，有助于使设备更小、更轻、更智能，同时保持或提高它们的性能。对于主要是无线的独立可穿戴设备，主要需要连接才能充电（例如Fitbit追踪器）。尽管如此，创新使不同的可穿戴设备通过共享数据和电源集线器就能联网在一起（例如在战术背心上）。

可穿戴设备的发展趋势明显，應用案例较多。这些应用对适应任何环境、环境条件或任务的可穿戴设备连接的需求越来越大。跨部门连接器的通用选择标准是：轻便、高密度的信号和功率组合、便于移动的紧凑型、易于集成到具传感器和数据处理功能的便携式可穿戴解决方案中（例如物联网解决方案）。

以Fischer Connectors公司为例。借助其新开发方法，Fischer Freedom系列为连接解决方案开辟了一条新途径。它的创建反映了公司的愿景，即重新构想连接性，帮助将雄心勃勃的想法转化为塑造未来的解决方案。FischerConnectors从一开始就与客户合作开发，2018年6月推出的新系列在满足客户特定需求方面可谓正中靶心。它完全符合Fischer Connectors公司的使命，即通过协作方式、量身定制的连接解决方案和富有激情的员工将挑战转化为成功，让客户的生活更轻松。

Fischer Freedom公司通过以下方式，在连接市场提供真正的突破性技术：

（1）满足迫切增长的市场需求，主要是国防和安全行业的需求。它在解除“徒步士兵系统”和“未来士兵”计划的最基本障碍之一的电缆管理方面发挥着重要作用，即确保“不再有弯曲和缠绕”;

（2）驱动创新，以简单有效的方式解决互联互通设计工程的主要趋势——与便携和可穿戴设备的轻松集成。它有助于电子产品在智能服装中的开发和集成;

（3）建立可用性的新标准。它有助于可智能穿戴设备易于使用（对最终用户而言），即易配对、易清洗、功能增强、集成7个引脚（带USB 2.0和以太网的电源和信号）;

（4）对设计工程师和集成商而言，可智能穿戴设备要易于集成，即集成到服装中，如实用背心和安全背心，以及个人防护装备（PPE）;与电缆版本相比，可智能穿戴设备要能够直接集成，安装在面板插座上或直接集成到应用程序外壳中的面板插头版本;

（5）可靠性。采用P68密封，坚固耐用的设计，可支持10000次配合循环，并能承受恶劣环境。

轻量级、紧凑、极为可靠和直观的解决方案很容易集成到在各种挑战性环境中运行的应用程序中，包括便携式和可穿戴的电子生态系统，通过优化的插头电缆组合提供电力和数据，电缆始终可以直线连接到设备上，不会出现任何扭曲、转弯或缠结。在某些应用中，当插头直接集成到照相机、传感器、灯或GPS等设备的外壳中时，就可以完全消除对电缆的需求。从这个意义上说，它提供了无线（无电缆）的功能而没有无线的麻烦，从而为进一步扩展到突破性的物联网连接解决方案铺平了道路。

可穿戴设备的用途

一些商业部门，特别是医疗保健、工业、国防和体育行业，将因可穿戴性技术而改变。这些行业都需要设计出以人为中心的智能可穿戴设备，特别是在不同的使用环境和条件下。在不同的情况下，当寻求减轻最终用户负担的方法时，诸如重量、尺寸、功率密度、耐用性，耐久性、可靠性和易用性等因素是关键考虑因素。目前的零敲碎打方法并不能满足行业需求，因为不同的制造商各自制造不同的产品。因此，在现有系统和流程中无缝集成的端到端解决方案在此凸显了价值。在推广可穿戴设备到上述领域的过程中，机器人技术和智能纺织品中将发挥重要作用。

可穿戴技术有限公司（WearabIeTechnologies Ltd.）CEO马克·伯斯坦解释道：“可穿戴性是一个不可阻挡的潮流。从这些趋势中受益最大的行业是那些最重视员工的行业，因为智能可穿戴设备对于保证工人安全和提高生产率起到了重要作用。最激动人心的是解除了人们工作中的危险和繁役。”他相信，通过使用这些设备，企业可以赢得员工的支持，并迅速看到生产率的提高。他建议首先关注健康和安全，其次才是生产率。重要的是要激发用户的信心，为用户带来明显的好处。

EPFL系统机器人实验室（LSRO）康复和辅助机器人组长穆罕默德·布瑞博士说：“小型设备的微型化和更高的处理能力正在改变边界，并推动技术上的极限。最令人兴奋的发展是不断增加的带宽和连接速度，这使得越来越多的信息可用。这意味着我们可以制造出更多的智能设备，对用户的意图和行为做出反馈，并将用户与他的社区更紧密地联系起来。由于可穿戴机器人将数字世界和物理世界联系在一起，我们想让它们尽可能地直观。我们一直在寻求让信息更有用的方法，并提高功率密度，让可穿戴设备更自主、更可靠。”

TWIICE外骨胳公司联合创始人特里斯坦·沃加从设计工程师的角度介绍了智能可穿戴机器人的需求：“可穿戴机器人要求人体和设备之间无缝连接，因此除了可靠的连接外，社会接受度、设计和可用性等因素也很重要。有可能因为连接性做得很差，导致它很难看、不舒服或因过度使用而断裂，但如果它工作完美却不会有人注意到。这就是我们必须在设计时考虑最终结果的原因，应将真实世界的约束条件放在首位，并让用户参与到开发过程中。借助TWIICE，我们努力使人们生活得富有活力并与社区建立联系。用户追求更多的自由、移动性和独立性。TWIICE的独特之处在于，它可以适应不同的病理和形态，以满足个人的独特需求，符合他们的期望和生活方式，例如，帮助截瘫患者重新站立和行走，或帮助截肢者跑得更快。TWIICE的下一步是在现实生活中推出第一个针对目标用户的试点项目。临床接触者对此很感兴趣，因为它具有多功能、轻便和模块化的优点。”

可穿戴设备的安全性和数据隐私

随着工业物联网连接越来越多的设备（包括可穿戴设备），安全和数据隐私比任何时候都更加成为设计和信息流的关键部分。任何技术都存在固有风险，但可以通过积极主动的系统方法和“安全来自设计”的思维方法来减少这些风险。

随着最伟大的信息技术革命的开始，我们从一个主要以纸张为基础的世界过渡到一个完全数字化的世界，许多人对数据和开放性的增加以及相关的学习和成长机会充满热情。然而，随着物联网的发展，安全和隐私问题也越来越严重。网络安全的重点已从传统的联网对象扩展到所有种类的可穿戴设备，其中甚至可能包括体内电子设备，例如与互联网相连的起搏器、耳蜗或微芯片植入物。

迅速发展的物联网和“身体网络”让佩戴者面临着不断变化的风险，风险来自犯罪分子或敌人，他们希望获取或操纵数据（例如通过恶意软件）达到邪恶的目的。数据总是存在着双向风险，风险的暴露程度取决于数据的敏感性。许多黑客认为，个人医疗数据和个人财务数据一样有价值，因此，那些可追踪用户生命体征、健康状况和身体状况的可穿戴设备尤其容易受到攻击。

风险还与数据的收集、存储和使用方式有关。研究人员开发了涉及可穿戴设备的三个主要攻击场景：设备、应用程序和云。设备级别的风险最高，因为它处于不受控制的环境中，最容易受到攻击。在物联网设备中，一种务实的解决方案是仅在问题发生后才对其进行修复，但理想的状态是从一开始就考虑设备的安全性。对于可穿戴设备，建议原始设备制造商采取“安全来自设计”的方法，将数据完整性协议嵌入设备或边缘。数据在离开设备并通过“安全通道”到达安全的应用服务器时应进行加密，从而限制访问并保护其机密性。

例如，为了保护个人或公共安全，需要将战术背心上的安全摄像头和可穿戴摄像机保護起来。这类设备被黑客入侵、视频被公开播放的案例一直备受关注。一种解决方案是对数据进行加密并实施细粒度访问控制，以将查看权限限制在授权人员范围内。这将防止黑客损害执法人员或官员的非法行为。

由于可穿戴设备也可以通过智能手机应用程序来操作，因此确保移动应用程序和设备的安全非常重要，例如，应将固件升级到最新版本并避免使用第三方应用程序。如果使用蓝牙进行通信，则存在信息泄漏或恶意软件感染的可能性，其目的是劫持来自可穿戴设备的蓝牙馈送。即使可穿戴开发人员已经应用了加密和正确的蓝牙实现，这也是一个风险。在云层面上，许多可穿戴设备存储数据并对用户活动进行分析，存在暴露数据并使可穿戴设备被识别和攻击的风险。

从设计过程开始，可穿戴设备制造商有责任将安全性纳入其产品中。这个过程必须针对物联网安全面临的四大威胁提供可靠的解决方案：（1）保护设备;（2）保护数据;（3）管理对数据和设备的访问;（4）随着时间的推移积极维护安全。必须考虑产品的整个生命周期，因为如果攻击者开发出在设计阶段没有考虑到的新策略，那么即使在发布时安全的产品也不一定能安全很长时间。这就要求设备有强大的硬件安全基础，有一个后端平台来管理这些安全功能并实现数据的安全通信，不断监控威胁环境，并对攻击做出快速有效的响应。

对任何设备的设计而言，至关重要的是个性化的“信任之根”——一种安全的、唯一的标识符，以高度保护的方式存储在设备上，确保设备能被唯一标识，并为其他安全功能奠定基础。。没有“万无一失”的安全措施，只能“尽其所能”，这取决于可穿戴设备的整体架构。需要根据决策层次结构做出决策，首先要考虑技术及其操作的成本，其次是设备功能，然后才是数据的价值。

设备保护级别的选择会影响时间和成本。从简单到复杂，选择包括：

（1）先进的软件保护技术：代码混淆（扰码使其难以理解）;白盒加密（允许在不泄露任何机密信息（例如密码密钥）的情况下执行加密操作）。通过在安全的操作系统或受信任的执行环境（即芯片上的安全位置运行软件）中运行它们，可以进一步加强这些功能。

（2）硬件安全性：如果原始设备制造商处于设计过程的开始阶段，有足够的时间来影响设备和芯片的设计，那么最好将专用的安全功能集成到硬件中。但是，通常需要更长的集成周期。有几种选择：（a）蜂窝设备的eSIM/ISIM：当连接到低功耗运行并传输少量数据的窄带物联网网络时，可以在eSIM/ISIM上嵌入安全性，这是一项新标准，无需使用物理SIM卡和SIM插槽;（b）专用安全元件：如果原始设备制造商距离产品发布较近且时间较短，可以集成专用安全芯片以达到必要的安全级别;（c）集成安全元件：关键安全功能嵌入到设备的主芯片组中，将所有安全功能集成到设备的整体架构中。

网络安全的国际层面给原始设备制造商和用户添加了另一层复杂性。设备的法规和规则以及所需的安全性和数据保护级别因市场和行业而异，通常远远落后于更灵活的黑客。由于历史和文化原因，欧洲处于隐私关注的最前沿。《通用数据保护条例》（GDPR）于2018年5月在欧盟生效，被消费者视为迈出了积极的一步，因为它赋予了消费者更多的隐私控制权。该条例将影响到部分可穿戴设备，因其涵盖个人数据和地理位置数据（但不包括医学数据或军事应用数据）的收集、存储和使用。对于欧盟之外的原始设备制造商来说，如果他们的设备或服务业务收集或处理源自欧盟的任何数据，则将受到影响。

除了与可穿戴设备有关的安全性和数据隐私问题外，人们还提出了一些基本的伦理问题，即在一个“技术躯体”和人工智能的时代，作为人类意味着什么。

库德尔斯基集团（Kudelski Group）欧洲、中东和非洲地区服务部副总裁马丁·迪昂指出：“我们确实需要对安全问题采取全面、长期的做法。当前的竖井心态会导致流程效率低下。大多数设备作为独立的单元运行，但您需要开发一个生态系统或平台以有效地保证数据的完整性。例如，在传感器设计方面，尽管您需要自主性，但必须确保将处理保持在最低限度，并存储尽可能少的数据。随着传感和通信技术成本的下降，您将集中获得更大的转换和分析可能性，并将有可能通过统一的通信平台将传感器和数据融合在一起。这样，您就可以在本地管理任何需要本地管理的内容，并使用公共平台进行分析、关联等。”

库德尔斯基集团物联网安全营销负责人克里斯托弗·斯库腾表示：“智能可穿戴设备的趋势令人兴奋，因为我们中的大多数人其中上都是孤立的个体，没有联系。当我认为我们处于最佳状态时，就是与他人分享知识时，例如使用语言。更多的数据可以提供更好的健康和安全（在军事领域）、个体表现（在体育领域）、安全和福祉（为老年人和儿童）。但是，存在一个阈值，如果安全性被破坏，人们将失去对连接应用性的信任。我们需要未雨绸缪，预见问题，及早行动。保护设备和数据意味着保护生命和名誉。安全生命周期方法是实现这一目标的唯一有效途径，该方法在设计阶段嵌入安全基础，并随着时间的推移主动监视和管理安全性。”