智能可穿戴终端详解

发表于:2014-11-20 来源:物联网世界
关键词: 智能可穿戴终端

  智能可穿戴终端什么

  智能可穿戴终端是指可直接穿在身上或整合到衣服、配件中,且可以通过软件支持和云端进行数据交互的设备。其思想和雏形出现于20世纪60年代,70-80年代有概念设备推出,2012年智能手表等可穿戴终端开始爆发,2013年下半年进入产品密集发布期。

  近两年可穿戴终端的快速发展得益于多种因素的推动,是技术、产业、用户需求共振的结果。从技术角度看,多个穿戴技术逐渐成熟,元器件、操作系统、开发平台都得到较快发展。从市场角度看,互联网巨头跨界进入可穿戴领域,并成为市场主要推动者,其中谷歌2012年发布的Google Glass第一次掀起可穿戴热潮。百度、苹果、360等随后进入,举措频繁,苹果即将推出的iWatch或成引爆点。用户对可穿戴认知度大幅提高,运动和健康类穿戴终端最受关注。

  当前可穿戴终端多以手机辅助设备出现,其中以智能手环、智能手表和智能眼镜最为常见,三者将占据2014年全球可穿戴设备出货量的70%以上。智能手环普及程度最高,功能简单;智能手表平台和方案众多,功能多样;智能眼镜技术门槛高,实现的功能也最为复杂。

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  现有的可穿戴终端形态和主要功能是由产业链各环节的发展阶段决定的,出现的问题也多是由于产业链中的技术瓶颈和硬件不成熟引起的。产业链中手环、手表的方案已经较为多样且完整,智能眼镜的方案刚刚起步,其它穿戴终端尚在各自寻求解决方案。

  都有哪些可穿戴终端产业链?

  可穿戴终端产业链涉及环节较多,从产业分工维度看可分为上游关键器件、中游交互解决方案、下游产品服务三个环节。上游关键器件环节,包括芯片、传感器、柔性元件、屏幕、电池等,且大多有低功耗版本;中游交互解决方案提供环节,包括语音识别、眼球识别及图像识别等技术;下游环节主要为成品、服务和渠道。操作系统和应用提供贯穿产业链上下游。

  1.硬件

  主芯片及平台

  可穿戴主芯片分为MCU和AP(应用处理器)两种,手环多采用MCU,手表多数采用AP,少数采用高性能MCU。MCU按性能从低到高分有Cortex-M0到Cortex-M4,且ARM后续还推出较Cortex-M0更低功耗更高性能的Cortex-M0+。AP多延用手机芯片,如高通骁龙芯片及MTK6532等,但也有针对可穿戴终端定制的芯片,如君正的JZ4775、MTK的Aster SoC等。常见可穿戴终端所使用的主芯片如下所示:

  随着产业链的逐渐成熟,基于可穿戴芯片的平台解决方案也陆续出现,Intel基于Quark推出平台edison,MTK基于Aster SoC推出平台LinkIt,北京君正基于JZ4775推出平台Newton,飞思卡尔基于i.MX.6芯片推出WaRP等。现有平台方案多基于AP,集成主芯片、传感器、连接芯片、存储、接口等。国内Newton平台于4月商用,延续之前多个穿戴设备使用君正CPU的优势,第一批Newton平台已售罄。

  Newton平台集成了主芯片、显示屏、Flash、LPDDR、WIFI/Bluetooth/ NFC/FM四合一连接芯片、3轴陀螺仪、3轴加速度计、3轴磁力计、压力传感器、温湿度传感器、心电传感器等设备,尺寸为38 x 22 x 3mm,小于SD卡。类似Newton,可穿戴平台多面向智能手表提供整套方案,主打低功耗,帮助可穿戴厂商基于该平台快速开发自己的定制产品,有效降低可穿戴进入门槛。

  MEMS传感器

  传感器是可穿戴设备感知外部环境的窗口,也是产品功能差异化的重要硬件。因微型化、低成本、高精度等优势,可穿戴终端均采用MEMS传感器。Bosch、ST领跑该市场,InvenSense的多轴传感器和陀螺仪仅次于ST。目前可穿戴终端中使用的传感器主要有3类,包括交互感知类、生理参数检测类及环境感知类。

  交互感知类如加速度传感器、陀螺仪等在可穿戴终端中最为常见,尤其是主打运动功能的穿戴终端。相比传统单轴传感器,多轴传感器体积小,功能集中,更适合可穿戴,如三星Galaxy Gear中使用的就是6轴传感器。

  生理参数检测类传感器包括心率、血氧、血压传感器等,受限于体积和技术,在可穿戴终端中应用的仅有心率传感器,其主要供应商有ADI(光照式)和神念(电极式)两种。多数心率传感器要求在静止状态下测试,仅飞利浦技术支持的mio-Alpha手表可实现运动状态下较为精准的测量。

  环境感知类传感器包括温湿度、紫外线、气压传感器等,供应商多而散。由于环境感知类传感器体积较大,搭载这类传感器的可穿戴终端较少,但厂商已逐步加大这方面的投入。

  传感器只是硬件基础,数据的精确测量还需依赖算法。算法的获取一般通过自主研发或第三方授权获得,第三方有SPI, Hillcrest Labs等。

  电池

  可穿戴终端的电池分为两类,一类是传统纽扣电池,需定期更换,不可充电,成本较低,一些手环产品会采用,如Misfit Shine和Magellan echo,极低的功耗设计可以使更换周期保持在半年到一年;另一类是可充电锂电池,需要外配充电线、充电座,成本较高,大多数可穿戴终端均采用这种电池,充电周期虽不尽相同,但最长待机时间也仅为月余,并不理想。

  可穿戴终端体积较小,受限于空间,智能手环电池电量约为50-150mAH(电池空间小于1cm*2cm),智能手表约为200-500mAH(电池空间小于2cm*3cm),这也是导致可穿戴终端待机时间短的根本原因。

  柔性元件及屏幕

  柔性元件包括柔性电路、柔性屏和柔性电池,手机终端的柔性需求使柔性技术在这两年得到明显进步,贴身穿戴等特点决定可穿戴比手机更需要柔性元件。柔性电路现已使用在手机、笔记本电脑等设备,并开始切入可穿戴终端领域。三星已推出搭载弯曲屏的Galaxy Gear智能手表,LG也加大柔性屏投入,欲进军可穿戴。技术上石墨烯柔性屏幕获突破,未来会更好地适配可穿戴终端。柔性电池方面,三星SDI发布可弯曲电池,一次充电可待机5天,台湾辉能研发超薄柔性电池,厚度仅有 0.33mm,今年晚些时候上市。

  智能手表多具备显示屏。由于低功耗是可穿戴设备上屏幕的根本需求,因此黑白屏是首选,但屏幕仍是耗电大户。传统的LCD屏幕技术成熟,价格便宜,但功耗较高。典型的低功耗屏幕包括夏普Memory LCD、Eink墨水屏、高通Mirasol和OLED:夏普Memory LCD是黑白屏,典型代表产品有Pebble手表和盛大手表;Eink墨水屏柔性可弯曲,支持16灰阶显示,技术较成熟,但夜视效果一般,代表产品有土曼手表;高通Mirasol可彩色显示,分辨率较高,由于无需背光功耗极低,仅高通手表toq采用;OLED主要供应商是三星和LG,色彩较鲜艳,代表产品为三星Galaxy Gear和Gear 2。

  连接技术

  可穿戴终端中应用最广泛的连接技术是低功耗蓝牙与WiFi。

  低功耗蓝牙(BLE)由于其低功耗在可穿戴终端,如手环、手表中应用广泛,目前主要供应商是Nordic和TI,而博通和Dialog则推出了蓝牙SoC方案。但蓝牙连接的弊端也同样突出,传输速率有限、传输距离短、且不能主动联网。

  WiFi具备主动联网、距离远,传输速率快等优点,但由于功耗较高,手环产品很少采用,TI推低功耗SimpleLink Wi-Fi,宣称相比原有方案功耗降低一半以上,商用后可能替代部分低功耗蓝牙终端。

  硬件整体方案

  可穿戴设备硬件方案可分为两大类,对应低功耗简单功能和高功耗复杂功能。低功耗终端采用MCU为内核,运行实时操作系统(RTOS)或厂商自定义裁剪的操作系统,功能单一、功耗较低,且可能需要依附智能手机使用;高功耗复杂功能的可穿戴终端采用应用处理器(AP),运行裁剪版Android或Linux,内容较为丰富,可单独使用,但功耗和价格均较高,高通、ARM、阿里等公司看好第二类方案。

  两大类方案具体可分为三种:MCU+Sensor+BT、AP+Sensor+BT/WiFi+Screen、AP+Sensor+BT/WiFi+Screen+移动通信模块。

  2 软件

  交互方式

  软件交互方式上,点按、触摸等传统的交互方式在小屏幕甚至无屏幕的可穿戴设备上并不适用。使用语音、眼球、图像等识别交互方式,可以解放双手,给用户更好的体验。其中语音识别已较为常见,后两者技术尚不成熟。

  语音识别准确率可达到近9成,且本土厂商更有优势,国内主要公司有科大讯飞和云知声。眼球识别利用算法检测眼球位置,已有的应用为三星S4/S5的智能暂停和智能滚动,但体验一般,技术发展的空间仍然很大。图像识别的主要应用场景在智能眼镜上,Google Glass可拍下周边,然后进行图像搜索便可检测出用户所在位置,还可进一步提供周边公用设施和场所的信息,但技术成熟度仍然不足。

  操作系统

  可穿戴设备仍在发展初期,各厂商均希望打造自己的生态系统,包括定制OS与UI、提供API、发展开发者社区等。可穿戴终端搭载的操作系统可分为RTOS、裁剪Android、Tizen以及iWatch可能搭载的iOS,现阶段RTOS的应用最广泛。

  实时操作系统RTOS的优点是消耗系统资源少、耗电量小,缺点是功能和软件相对固定,功能扩展较复杂,因此一般手环和简单手表类使用较多,如Jawbone UP、Nike+ FuelBand、Pebble等。

  裁剪Android是指将智能手机操作系统Android经裁剪优化后,适配到穿戴式产品中。其优势在于可延续手机操作系统的优势,提供丰富的API,发布SDK可用于构建穿戴式App,同时提供应用市场、支持第三方应用下载安装,可实现穿戴设备将与智能手机无缝协同。Google推出的Android Wear规范了裁剪版Android,并推出首批官方应用,现已有Samsung Gear Live、LG G watch和Moto360支持。

  Tizen是三星主推的操作系统,并在Galaxy Gear fit和Galaxy Gear2上搭载,宣称比Android更省电。但三星最新智能手表Gear Live弃Tizen用回Android Wear,Tizen的生态系统完善程度难以与Android匹敌,前景很不明朗。

  从趋势上看,未来一段时间,功能简单的可穿戴终端如手环类仍会采用RTOS,功能较复杂的可穿戴终端如手表、眼镜类会较多采用Android Wear,iOS只有苹果的可穿戴设备搭载。

  当前可穿戴终端面临什么问题?

  受限于产业链的不成熟和技术瓶颈,现有的可穿戴终端仍有很多急需解决的短板,主要包括技术瓶颈、产品体验和安全隐私三大问题。

  技术瓶颈:功耗和数据精度问题

  可穿戴终端袖珍的外形决定了较小的电池体积,使功耗成为可穿戴最关键的瓶颈问题。由于电池微型化与高容量技术仍然欠缺,锂电池仍是主流,其它新的电池技术难以在短时间内大规模商用,降低系统整体功耗,延长充电周期成为厂商主流做法。

  传感器硬件本身和搭载算法的不成熟使现有可穿戴终端的测量数据难以精准,尤其是人体生理数据监测,目前尚无可穿戴设备通过医学认证,这使得可穿戴终端仅具备健康参考意义。

  产品体验:用户粘度低,缺乏用户痛点需求

  亮点不足,和传统智能设备差距小,可穿戴终端更多停留在“玩具”状态。严重的同质化,且缺乏抓住用户痛点需求的功能,导致用户粘性不足;而过高的售价和体验不成正比,功能价格没有得到平衡。同时外观设计乏善可陈,很难吸引用户的眼球。

  安全隐私:数据泄露问题引发关注

  一方面,可穿戴终端由于其本身的定位和特点,可随时获取用户数据;另一方面,可穿戴终端形态和实现方式多为厂商自由定义,市场处于较为纷乱的时期,不利于用户的隐私和数据保护。谷歌眼镜安全漏洞的出现,引发了整个行业的关注,德国莱茵TUV于今年7月推出全球首个可穿戴认证标准,国内也已成立可穿戴计算产业联盟及可穿戴设备委员会,意欲建立规范。

  未来的可穿戴终端会怎样?

  市场规模预测:谨慎乐观

  由于对可穿戴终端技术瓶颈解决周期的判断不一,业内对未来几年可穿戴终端的出货量预测差异较大,但对市场前景表示乐观。ABI2013年预测2014年全球运动追踪类可穿戴终端出货量将达4200万,实际上,2014年Q1全球运动追踪类可穿戴终端出货量仅为235万,显示之前的预测过于乐观,ABI已将全年出货预测改为1000万。

  我们判断,加上健康、可穿戴摄像头等其它可穿戴终端,2014年全球可穿戴终端出货量预计将达2000万台左右,是2013年950万出货量的两倍以上,总体上可穿戴终端仍处于成长初期。市场仍在等待趋势引领者推出爆品,改变当前概念炒作有余而缺乏有竞争力产品的尴尬局面。

  可穿戴终端,细分化、整合化、独立化

  可穿戴终端的理想形态应该是尺寸迷你、携带轻巧、使用贴身,真正“可穿戴”,解决用户的实际需求且不被感知。未来的可穿戴终端应具有更自然的交互方式,更精确的数据信息,实时在线连接,与云端实时交互。

  相比满足大众市场普遍性需求的通用可穿戴终端,我们更看好面向细分群体的专用型可穿戴终端,他们有更为明确的目标客户的痛点需求,比如医疗、教育等行业市场。目前可穿戴终端功能单一,种类繁多,未来随着关键器件技术瓶颈逐步攻克,单个可穿戴终端可解决多个需求,碎片化的可穿戴终端有望得以整合。

  在功耗等问题得到解决的前提下,搭载移动通信模块的独立可穿戴设备种类将日趋丰富,满足实时精准定位、独立通信等需求,逐步脱离对手机的依赖。在跑步、攀爬等不便携带手机的场景中,独立可穿戴终端有刚性需求。

  可穿戴终端,从孤岛走向融合

  可穿戴终端和最近兴起的智能家居、智能硬件密不可分,智能硬件是定位端,而可穿戴终端相比手机更好的可携带性使其有望成为新的控制中心,这一趋势在可穿戴技术瓶颈解决后将更明显,比如可穿戴终端可以控制门禁、家居电器等其他智能硬件。

  随着云平台和大数据技术的成熟,可穿戴设备和云端的交互日益密切,原来面向单一可穿戴终端的垂直孤岛式数据分布将被打破,用户的数据不再是一个个孤岛,在同一用户的多个可穿戴终端信息打通后,有望在服务方面带来更吸引人的个性化定制体验。

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