可穿戴计算机存储设备研究论文

先说一个典故吧：手表在1900年左右问世的时候，无法与怀表竞争。我们有一块走时准确并且可以随意察看时间的怀表，为什么要把表带在手腕上呢？然而，在第一次世界大战期间，英国军队为其士兵分发了手表，以使他们能够在看时间时不会影响手持武器作战。这在英国突然变成了一种时尚，人们通过戴手表来表达对士兵的支持。时尚也罢，需要也罢，可穿戴计算客观上可以给人们带来方便。这正是我们所需要的。如果你因此有了好奇心，那么请看下面摘录的一篇介绍可穿戴计算的文章：————————笔记本和PDA 已经将人从电脑桌椅前解放出来，可穿戴电脑又将把人的双手从键盘、鼠标中解放出来。当有血有肉的人将计算机像衣服那样穿在身上，“超人”出现了。科学家Steven Schwartz 认为，下一代计算机将具有超凡的能力，更重要的是，下一代计算机将不像现在那样单独装在机箱里，而是像衣服一样穿在身上，形影不离。可穿戴电脑外形多种多样，有的可别在腰带上，有的可放在口袋里，有的可挎在肩上，甚至可以分散地藏在衣服中。它的显示器可像护目镜一样戴在头上，镜片是特殊材料制成的。它既能表示电脑显示的内容，又不会档住现线。它使用骨感语音输入、眼控输入、手套式输入等技术，向电脑下达操作指令。使用者还可在头上戴着如耳机一样的无线电收发机，不仅能听到用脑发出的音响，还能用以收发电子邮件。它不用键盘而是用触摸板作为输入装置，科学家们还在开发戒指式输人装置、手套式输入装置。使用这样的电脑，比便携式电脑更方便，可以边行走边同因特网连接，和在家里一样，向全世界收发电子邮件。甚至在上班的途中，一手抓住车上的吊环，一手操作电脑，编制所需要的报告，做到工作、乘车两不误。这样的电脑小巧玲珑，形态各异。但麻雀虽小却五脏俱全。由于它能像衣服一样穿在身上，所以携带和使用都要方便。现在以美国为首，包括日本在内的各发达国家都在开发这种新电脑，IBM 等公司正着眼开发使人们生活更显得潇洒的这类通用型电脑。可穿戴电脑对技术的要求比较高，首先就是声言输入技术。因为这种电脑很小，通常不用键盘，而且经常边走边用，用文字输入比较困难。其次，计算机要能够认识人的动作(如手势)和声音，理解人的指示，也就是识别技术。最后就是节电技术，才能真正意义上让可穿戴电脑大众化。不过，可穿戴电脑的前身并不光彩。上个世纪60年代，美国赌场里的赌客们将小型的摄像头、对讲机等机器挂在身上或放在口袋里，以此得到同伴的信息进而在赌局中获胜。从广义角度上说，近年来为人们所熟悉的U 盘、PDA 、MP3 和手机都是可穿戴计算机的一种。它们实现了可穿戴机的部分功能，U 盘类似于可穿戴机的CF机存储器；PDA 就是一个小的掌上电脑；而MP3 已经具备了处理器与存储器；手机也是一个有处理能力的随身佩戴的计算机。在一些发达国家，可穿戴机已经被广泛应用在危险事件的处理中。从大型机、台式机、手提电脑到掌上电脑，科学家正在努力拉近人与电脑之间的距离。关键技术可穿戴计算机系统并不是简单地把一台PC机微型化后分布在身体之上，它必须研究和解决许多特殊的关键技术。我们把这些系统和关键技术称之为“可穿戴计算技术”。 on Chip体系结构设计技术该设计技术可把计算机主机的硬件集成到一个芯片里。这样，计算机就可以做得很小，而且有利于降低功耗，提高速度，尤其是可以降低成本，缩短生产周期。例如，Epson 的Cardio芯片就具备了PC 586的性能，而且已经产品化。2.微小计算机多端口、高性能I/O 设计技术可穿戴计算机的主机是微小型的，但却要与多达十几台外部设备相连。因此，要求微小型计算机应具备足够数量的接口，而且要具有很高的I/O 处理能力。3.无线自组网络技术可穿戴计算机系统要伴随人的活动并作为一个移 动节点随时上网，多个这样的节点将构成一个特殊的网络，称之为自组网。这类网络没有固定的路由器，各节点以任意方式移 动并动态连接，每个节点都可以充当路由器，且所具有的自动重组功能还可以提高网络的抗毁能力。有人把自组网概括为“移 动分布式多跳无线网络”。这类网络有如下特点：动态变化的拓扑结构；接入节点的随意性；受限且经常变化的带宽；可能出现的非对称连接；终端受限的操作；分布式控制的网络。4.嵌入式操作系统技术现存的微机操作系统可以用于可穿戴计算机系统，但由于可穿戴计算机的体积和存储空间十分有限，所以，操作系统应尽量压缩到“专用” 的程度，并提高实时性。因此，需要使用嵌入式操作系统，这类系统常常是实时的和微内核的，并具有极强的处理多外设的能力。5.移 动数据库技术可穿戴计算机系统在移 动中上网、移 动中访问数据库，这类移 动式的数据库管理技术将有别于固定的数据库管理。移 动数据库需满足以下四个目标：可用性与可伸缩性；可移 动性——移 动中访问或移 动中更新；可串行性——支持可串行的并发事务执行；收敛性——系统总能收敛到一致状态。6.人机交互技术可穿戴计算机系统实际上既是一个实时的信息处理系统，又是一个“人机结合，以人为本”的集合体，人机关系更加自然和谐。因此，人机交互技术是可穿戴计算机系统中的关键技术，它应解决人与计算机之间的交互问题以及人通过这种交互而提高环境感知的能力。7.基于蓝牙的无线连接技术可以想象，当多达十几个模块同时分布于人体之上，它们之间的连线将是十分沉重的负担，而且是一个不可靠的因素。而利用蓝牙近距离无线通信，可逐步替代这些连线。8.外部设备选择与设计技术可穿戴计算机系统除了主机之外就是大量的外部设备，设备的选择与设计至关重要。其中主要包括输入类设备、输出类设备、电源等。对这些设备的要求是“具有高性能指标：小体积、低功耗；符合人体特征，有利于健康；安全可靠。通讯无界限集成化通讯是指将语音、数据、音频、视频、信息和内容同特定的通讯手段进行融合，形成一个更加高效的、多方位的通信体系。这种通讯系统需要适应野外复杂的环境，考虑到团队的通讯需要、无线的需要以及卫星通讯能力，特别是在蜂窝电话、城市通讯系统、无线电台等不能工作的情况下，这种系统才更显英雄本色。美国的NetworkAnatomy公司，他们设计制造的这种通讯解决方案已经在军队、民防、搜救、人道主义活动、边防巡逻、国家安全、紧急事件处理和自然灾害处理方面得到应用。它可以提供连续不间断的随身通讯和计算能力，提供高可靠性和高冗余度。NetworkAnatomy公司的目标是要建立世界级的集成化通讯方案，以帮助搜救生命。但目前该公司提出的产品理念，大部分代表了人类未来的通讯方式：高度随身化的通讯终端，这个终端可以支持众多的通讯模式，包括移 动电话、无线局域网、卫星通讯、GPS 定位、蓝牙等等，并具备了比较强的计算和存储能力。Commander Pack可穿戴的军用规格背包。完整而集成化的通讯方案，集成了语音、数据、音频和视频。通讯终端与包内的平板电脑相连，满足随身计算的需要，实现通讯和计算的接合。平板电脑内装有所有需要的内容和管理软件。集成化的局域网和广域网访问链接，可以在陆地、空中和海面进行数据和语音通讯。的可靠性，配置了太阳能电池和多套备份系统。包中还配有生存工具、水、疗伤用品和无线电对讲机。CommanderGauntletCommanderGauntlet 是正在开发中的一个产品，非常概念化。这是一个全包容的无线通讯解决方案，有了这个手套，语音、数据、音视频和文字短信都可以解决了。这个手套还带有一个闪亮的大灯，戴上它活象一个超人。该产品可与其它CommanderSeries 产品进行端到端的无线通讯。它具有防水功能，适合恶劣的野外环境。人机合一之无敌勇士美国国防部的“陆地勇士”概念最早在1991年正式提出，最初主要承包商是雷声系统公司，分包商包括摩托罗拉公司、汉尼卫尔公司、奥米伽公司、GENTEX公司和Battelle公司。计划最初预计在2001-2014 年之间花费二十亿美元，装备45000 套，期望于2016年形成战斗力。在1996财政年度计划中，全部系统成本被估计大约70000 美元。该项目旨在形成这样一种战斗力量：将小型武器与高科技设备紧密集成，能够大赢21世纪地面战争的军事力量。基于最新的通讯、传感、计算和材料技术，“陆地勇士”将彻底革新传统的单兵作战概念。该项目包括以下几个子系统：武器子系统、综合头盔子系统、计算机/ 无线电子系统、软件子系统和防护服与单兵设备子系统。武器子系统实现美国陆军目标优先次序首位杀伤性，武器子系统是实施手段。模块化武器子系统设计和制造基于M-16/M-4步枪。武器子系统包括主要的电力相关光学部件，如弹道计算器、光电瞄准器、摄像机和激光测距仪/ 数字罗盘(LRF/DC)。LRF/ DC 提供距离和方向信息给士兵。士兵从全球定位系统(GPS )联结自己位置，当需要间接火力和战斗识别呼叫时，士兵有精确的目标位置。这一个系统将会允许步兵在所有天气的类型下和在夜间操作。连同其他的组件，一个士兵能使自己不暴露在敌人的火力下。综合头盔子系统综合头盔集合子系统(IHAS)使用先进材料，具有较轻的重量同时提供胜于美军目前头盔的壳体弹道防护。完整的综合头盔集合子系统比现有的头盔更轻和更舒服。IHAS的头盔安装了计算机和传感器显示装置，是对其它子系统到数字化战场的士兵界面。通过“头盔安装显示器”，士兵能观看计算机发出的图解数据、数字化地图、情报资料、部队位置，还包括安装在武器上热成像武器瞄准器(TWS )和摄像机的成像。这个新的能力允许士兵在一个隅角的周围检视、捕获一个目标，然后不暴露他自己并且射击武器，仅对敌人露出他的双臂和手。使用他的武器热成像瞄准器扫描一个区域，士兵将会能够看见区域的特性，包括地形和敌人位置，并且将会能够看穿欺伪装。安装在武器子系统上的夜视传感器显示装置的一个图像增强器，通向他的计算机信息处理机，并将处理后的信息显示在“头盔安装显示器”上面，这将会允许士兵面对在黑暗掩盖下的目标进行机动和交战。“陆地勇士”使用“头盔安装显示器”，将会允许步兵召唤情形映像、发送信息和请求火力支援，全部经过只是点一下一个“鼠标器”。计算机/ 无线电子系统步兵将会把计算机/ 无线电子系统(CRS )附装在他的背包“负荷- 支撑框架”上。背包上面部分是无线电装置，下面部分包括计算机信息处理机和全球定位系统(GPS )模块。用于单兵设备，计算机信息处理机与无线电装置和全球定位系统(GPS )定位器融合在一起集成到CRS 内，合并分开的显示装置、控制器和安装框体，因此减轻重量而且减少电源需要量。全球定位系统和无线电装置天线嵌入到负载框架内。另外，附着于士兵胸部的手指触摸操作装置是一个连接到背包并且附着于士兵胸部的手指触摸操作装置，作用如同一个计算机鼠标，以及允许佩戴者变换屏幕、调节无线电、变换频率和传送数字信息。还有一些功能通过几个位于步枪上靠近扣板机的手指位置的按纽受控，这样允许士兵保持一个射击姿态。软件子系统“陆地勇士”软件子系统引导士兵的核心战场职能，显示处理、任务设备和电源管理。软件子系统包括战术和任务辅助模块；地图和战术覆盖图；收集和显示视频图像；也包括一个电源管理模块。“陆地勇士”将会在数字化战场上可共同操作。设计人员设置系统，能被更新和技术改进，模块体系结构允许直接插入/ 替换用于技术升级。对于士兵任务需求和参数选择，软件子系统允许士兵自己编制系统的菜单和功能操作。单兵携带式电源组件，可能使用新型“形状- 适合”电池，作为士兵装具一部分穿着活动时感到舒适，没有妨碍感；另外的一种可能性是发展一个“睡眠”模式，当不使用时会自动地把设备设置在备用状态来保存电池能量。单兵携带式电源组件使用两块锂电池，美国陆军要求电源工作时间12个小时，将来使用“睡眠”模式后工作时间30个小时，单兵携带式电源组件使用可再充电型电池，用于作战任务可利用车辆的动力，部分任务和当作备份使用用完即可丢弃的一次性电池。防护服与单兵设备子系统防护服和单兵设备子系统由建立在使用巧妙的“自动控制不稳状态技术”一种革命性背包框架设计所组成，用于士兵的自然身体活动弯曲。背包带使用快速脱扣器，使用士兵正确、快速脱掉背包。士兵的计算机/ 无线电联结必需的电缆集成到框架内。在活动的时候士兵能调整他的背包结构，从他的肩部到他的臀部调整负载分布。一个简单的调整，然而它允许士兵更有效管理和携带他的战斗负荷而且具有较小的疲劳感。新的“陆地勇士”防具，例如头盔，减轻重量提供改良的冲击防护。“陆地勇士”防弹衣包括一个模块化可升级防护块保护士兵免于轻武器威胁。防护服和单兵设备子系统结合模块化防弹衣和可升级防护块能挡住轻武器射击的子弹冲击。

在10月举办的深圳高交会上，哈尔滨工业大学可穿戴计算机工程研究中心展出的可穿戴计算机样机令人瞩目。中国计算机学会可穿戴计算学组组长、哈工大可穿戴计算机工程研究中心主任杨孝宗教授说，“可穿戴机是人机合一的产物。计算机虽然代替不了人，但可以增强人的能力、感知，使人真地具有三头六臂。”