可穿戴設備

李悅霖

可穿戴設備是工業物聯網的關鍵參與者，能使對象通過互聯網與制造商、操作人員和/或其他連接設備智能交換數據，而不需要任何人工干預。

什么是可穿戴設備？

可穿戴設備是指佩戴在身體內或身上的智能電子設備和附件，能感知佩戴者及其所處的環境。根據其與身體的接近程度，國際電工技術委員會（JEC）標準化管理委員會給出了可穿戴設備的分類：

（1）接近人體的電子設備;

（2）人體上的電子設備;

（3）人體內的電子設備;

（4）電子紡織品。

可穿戴設備是工業物聯網的關鍵參與者。它們能使對象通過互聯網與制造商、操作人員和/或其他連接設備交換數據，而不需要任何人工干預。它們可以直接通過嵌入式無線連接進行通信，或者通過另一種設備（例如智能手機）通信。用戶數據或其所處環境的數據在本地或外部服務器上的處理單元中進行處理。

隨著電子產品越來越小型化、傳感器技術、計算能力和連接性的不斷進步，以及電光組件和系統中嵌入智能能力越來越強的推動下，智能可穿戴設備的使用正變得日益廣泛，零部件的價格也逐漸走低。此外，新材料、新設計、能源儲存和清除技術以及新的生產技術的推廣使用，正在推動著智能可穿戴設備性能、功能和可用性的進一步提高。

智能可穿戴設備可以監測、記錄和提升我們的生活，還能幫助人們從事特殊的個人活動和職業活動。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，智能可穿戴設備為病情，活動監測、反饋和激勵，交付服務（例如藥物交付或刺激）、定位、識別、個人文本通知、信息顯示和虛擬援助等提供了獨特的機會，其應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日常設備的小部件，但它們對這些設備以及使世界正常，可靠和安全地運行的所有主要設備的功能至關重要。如果一個連接器出現故障，設備和系統就會崩潰。因此，像Fischer Connectors這樣的公司為設計工程師和集成商提供可靠、堅固、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據總線的聯網可穿戴設備中，連接性可以成為關鍵的創新驅動因素，有助于使設備更小、更輕、更智能，同時保持或提高它們的性能。對于主要是無線的獨立可穿戴設備，主要需要連接才能充電（例如Fitbit追蹤器）。盡管如此，創新使不同的可穿戴設備通過共享數據和電源集線器就能聯網在一起（例如在戰術背心上）。

可穿戴設備的發展趨勢明顯，應用案例較多。這些應用對適應任何環境、環境條件或任務的可穿戴設備連接的需求越來越大?？绮块T連接器的通用選擇標準是：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據處理功能的便攜式可穿戴解決方案中（例如物聯網解決方案）。

以Fischer Connectors公司為例。借助其新開發方法，Fischer Freedom系列為連接解決方案開辟了一條新途徑。它的創建反映了公司的愿景，即重新構想連接性，幫助將雄心勃勃的想法轉化為塑造未來的解決方案。FischerConnectors從一開始就與客戶合作開發，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轉化為成功，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：

（1）滿足迫切增長的市場需求，主要是國防和安全行業的需求。它在解除“徒步士兵系統”和“未來士兵”計劃的最基本障礙之一的電纜管理方面發揮著重要作用，即確保“不再有彎曲和纏繞”;

（2）驅動創新，以簡單有效的方式解決互聯互通設計工程的主要趨勢——與便攜和可穿戴設備的輕松集成。它有助于電子產品在智能服裝中的開發和集成;

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

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

（5）可靠性。采用P68密封，堅固耐用的設計，可支持10000次配合循環，并能承受惡劣環境。

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性環境中運行的應用程序中，包括便攜式和可穿戴的電子生態系統，通過優化的插頭電纜組合提供電力和數據，電纜始終可以直線連接到設備上，不會出現任何扭曲、轉彎或纏結。在某些應用中，當插頭直接集成到照相機、傳感器、燈或GPS等設備的外殼中時，就可以完全消除對電纜的需求。從這個意義上說，它提供了無線（無電纜）的功能而沒有無線的麻煩，從而為進一步擴展到突破性的物聯網連接解決方案鋪平了道路。

可穿戴設備的用途

一些商業部門，特別是醫療保健、工業、國防和體育行業，將因可穿戴性技術而改變。這些行業都需要設計出以人為中心的智能可穿戴設備，特別是在不同的使用環境和條件下。在不同的情況下，當尋求減輕最終用戶負擔的方法時，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鍵考慮因素。目前的零敲碎打方法并不能滿足行業需求，因為不同的制造商各自制造不同的產品。因此，在現有系統和流程中無縫集成的端到端解決方案在此凸顯了價值。在推廣可穿戴設備到上述領域的過程中，機器人技術和智能紡織品中將發揮重要作用。

可穿戴技術有限公司（WearabIeTechnologies Ltd.）CEO馬克·伯斯坦解釋道：“可穿戴性是一個不可阻擋的潮流。從這些趨勢中受益最大的行業是那些最重視員工的行業，因為智能可穿戴設備對于保證工人安全和提高生產率起到了重要作用。最激動人心的是解除了人們工作中的危險和繁役?！彼嘈牛ㄟ^使用這些設備，企業可以贏得員工的支持，并迅速看到生產率的提高。他建議首先關注健康和安全，其次才是生產率。重要的是要激發用戶的信心，為用戶帶來明顯的好處。

EPFL系統機器人實驗室（LSRO）康復和輔助機器人組長穆罕默德·布瑞博士說：“小型設備的微型化和更高的處理能力正在改變邊界，并推動技術上的極限。最令人興奮的發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備，對用戶的意圖和行為做出反饋，并將用戶與他的社區更緊密地聯系起來。由于可穿戴機器人將數字世界和物理世界聯系在一起，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，讓可穿戴設備更自主、更可靠?！?/p>

TWIICE外骨胳公司聯合創始人特里斯坦·沃加從設計工程師的角度介紹了智能可穿戴機器人的需求：“可穿戴機器人要求人體和設備之間無縫連接，因此除了可靠的連接外，社會接受度、設計和可用性等因素也很重要。有可能因為連接性做得很差，導致它很難看、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計時考慮最終結果的原因，應將真實世界的約束條件放在首位，并讓用戶參與到開發過程中。借助TWIICE，我們努力使人們生活得富有活力并與社區建立聯系。用戶追求更多的自由、移動性和獨立性。TWIICE的獨特之處在于，它可以適應不同的病理和形態，以滿足個人的獨特需求，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的下一步是在現實生活中推出第一個針對目標用戶的試點項目。臨床接觸者對此很感興趣，因為它具有多功能、輕便和模塊化的優點?！?/p>

可穿戴設備的安全性和數據隱私

隨著工業物聯網連接越來越多的設備（包括可穿戴設備），安全和數據隱私比任何時候都更加成為設計和信息流的關鍵部分。任何技術都存在固有風險，但可以通過積極主動的系統方法和“安全來自設計”的思維方法來減少這些風險。

隨著最偉大的信息技術革命的開始，我們從一個主要以紙張為基礎的世界過渡到一個完全數字化的世界，許多人對數據和開放性的增加以及相關的學習和成長機會充滿熱情。然而，隨著物聯網的發展，安全和隱私問題也越來越嚴重。網絡安全的重點已從傳統的聯網對象擴展到所有種類的可穿戴設備，其中甚至可能包括體內電子設備，例如與互聯網相連的起搏器、耳蝸或微芯片植入物。

迅速發展的物聯網和“身體網絡”讓佩戴者面臨著不斷變化的風險，風險來自犯罪分子或敵人，他們希望獲取或操縱數據（例如通過惡意軟件）達到邪惡的目的。數據總是存在著雙向風險，風險的暴露程度取決于數據的敏感性。許多黑客認為，個人醫療數據和個人財務數據一樣有價值，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備尤其容易受到攻擊。

風險還與數據的收集、存儲和使用方式有關。研究人員開發了涉及可穿戴設備的三個主要攻擊場景：設備、應用程序和云。設備級別的風險最高，因為它處于不受控制的環境中，最容易受到攻擊。在物聯網設備中，一種務實的解決方案是僅在問題發生后才對其進行修復，但理想的狀態是從一開始就考慮設備的安全性。對于可穿戴設備，建議原始設備制造商采取“安全來自設計”的方法，將數據完整性協議嵌入設備或邊緣。數據在離開設備并通過“安全通道”到達安全的應用服務器時應進行加密，從而限制訪問并保護其機密性。

例如，為了保護個人或公共安全，需要將戰術背心上的安全攝像頭和可穿戴攝像機保護起來。這類設備被黑客入侵、視頻被公開播放的案例一直備受關注。一種解決方案是對數據進行加密并實施細粒度訪問控制，以將查看權限限制在授權人員范圍內。這將防止黑客損害執法人員或官員的非法行為。

由于可穿戴設備也可以通過智能手機應用程序來操作，因此確保移動應用程序和設備的安全非常重要，例如，應將固件升級到最新版本并避免使用第三方應用程序。如果使用藍牙進行通信，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備的藍牙饋送。即使可穿戴開發人員已經應用了加密和正確的藍牙實現，這也是一個風險。在云層面上，許多可穿戴設備存儲數據并對用戶活動進行分析，存在暴露數據并使可穿戴設備被識別和攻擊的風險。

從設計過程開始，可穿戴設備制造商有責任將安全性納入其產品中。這個過程必須針對物聯網安全面臨的四大威脅提供可靠的解決方案：（1）保護設備;（2）保護數據;（3）管理對數據和設備的訪問;（4）隨著時間的推移積極維護安全。必須考慮產品的整個生命周期，因為如果攻擊者開發出在設計階段沒有考慮到的新策略，那么即使在發布時安全的產品也不一定能安全很長時間。這就要求設備有強大的硬件安全基礎，有一個后端平臺來管理這些安全功能并實現數據的安全通信，不斷監控威脅環境，并對攻擊做出快速有效的響應。

對任何設備的設計而言，至關重要的是個性化的“信任之根”——一種安全的、唯一的標識符，以高度保護的方式存儲在設備上，確保設備能被唯一標識，并為其他安全功能奠定基礎。。沒有“萬無一失”的安全措施，只能“盡其所能”，這取決于可穿戴設備的整體架構。需要根據決策層次結構做出決策，首先要考慮技術及其操作的成本，其次是設備功能，然后才是數據的價值。

設備保護級別的選擇會影響時間和成本。從簡單到復雜，選擇包括：

（1）先進的軟件保護技術：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密信息（例如密碼密鑰）的情況下執行加密操作）。通過在安全的操作系統或受信任的執行環境（即芯片上的安全位置運行軟件）中運行它們，可以進一步加強這些功能。

（2）硬件安全性：如果原始設備制造商處于設計過程的開始階段，有足夠的時間來影響設備和芯片的設計，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）蜂窩設備的eSIM/ISIM：當連接到低功耗運行并傳輸少量數據的窄帶物聯網網絡時，可以在eSIM/ISIM上嵌入安全性，這是一項新標準，無需使用物理SIM卡和SIM插槽;（b）專用安全元件：如果原始設備制造商距離產品發布較近且時間較短，可以集成專用安全芯片以達到必要的安全級別;（c）集成安全元件：關鍵安全功能嵌入到設備的主芯片組中，將所有安全功能集成到設備的整體架構中。

網絡安全的國際層面給原始設備制造商和用戶添加了另一層復雜性。設備的法規和規則以及所需的安全性和數據保護級別因市場和行業而異，通常遠遠落后于更靈活的黑客。由于歷史和文化原因，歐洲處于隱私關注的最前沿。《通用數據保護條例》（GDPR）于2018年5月在歐盟生效，被消費者視為邁出了積極的一步，因為它賦予了消費者更多的隱私控制權。該條例將影響到部分可穿戴設備，因其涵蓋個人數據和地理位置數據（但不包括醫學數據或軍事應用數據）的收集、存儲和使用。對于歐盟之外的原始設備制造商來說，如果他們的設備或服務業務收集或處理源自歐盟的任何數據，則將受到影響。

除了與可穿戴設備有關的安全性和數據隱私問題外，人們還提出了一些基本的倫理問題，即在一個“技術軀體”和人工智能的時代，作為人類意味著什么。

庫德爾斯基集團（Kudelski Group）歐洲、中東和非洲地區服務部副總裁馬丁·迪昂指出：“我們確實需要對安全問題采取全面、長期的做法。當前的豎井心態會導致流程效率低下。大多數設備作為獨立的單元運行，但您需要開發一個生態系統或平臺以有效地保證數據的完整性。例如，在傳感器設計方面，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據。隨著傳感和通信技術成本的下降，您將集中獲得更大的轉換和分析可能性，并將有可能通過統一的通信平臺將傳感器和數據融合在一起。這樣，您就可以在本地管理任何需要本地管理的內容，并使用公共平臺進行分析、關聯等?！?/p>

庫德爾斯基集團物聯網安全營銷負責人克里斯托弗·斯庫騰表示：“智能可穿戴設備的趨勢令人興奮，因為我們中的大多數人其中上都是孤立的個體，沒有聯系。當我認為我們處于最佳狀態時，就是與他人分享知識時，例如使用語言。更多的數據可以提供更好的健康和安全（在軍事領域）、個體表現（在體育領域）、安全和福祉（為老年人和兒童）。但是，存在一個閾值，如果安全性被破壞，人們將失去對連接應用性的信任。我們需要未雨綢繆，預見問題，及早行動。保護設備和數據意味著保護生命和名譽。安全生命周期方法是實現這一目標的唯一有效途徑，該方法在設計階段嵌入安全基礎，并隨著時間的推移主動監視和管理安全性。”