由Ayla物聯(lián)與京東JD+開放孵化器聯(lián)合舉辦的“互聯(lián)網(wǎng)+硬件”物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大師中國首場公開課在深圳軟件園智能奶茶館舉行,，會場上來自斯坦福大學(xué)教授TOM Lee、Ayla物聯(lián)CEO David Friedman,、TCL通訊應(yīng)用智能化業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Daniel以及科通芯城&硬蛋創(chuàng)始人Jeffery Kan分享了對物聯(lián)網(wǎng)時代的看法,，探討未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢以及面臨的主要挑戰(zhàn),，現(xiàn)場一片火爆。

　　大咖談物聯(lián)網(wǎng)：未來一片光明要帶墨鏡

　　在這個信息不斷加速的時代,，仿佛已經(jīng)超越了臨界點,，而物聯(lián)網(wǎng)將是一個重要的發(fā)展方向。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計得出,，每小時超過250000條信息被發(fā)送,，全球每天銷售超過四百萬部手機，如此大的信息量在傳遞,，這無疑對硬件以及網(wǎng)路提出了更高的需求,，那么如何看待目前無線技術(shù)走勢？進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時代還有那些挑戰(zhàn),，應(yīng)該如何去超越為此,，電子發(fā)燒友特參加了此次會議，為發(fā)燒友們解開心中的疑惑,。

　　向“人與人”演進(jìn)的無線技術(shù)

　　硅谷物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大師TOM Lee表示,，移動時代確實帶來了奇跡，從2002年無線通訊超過有限通訊,，到目前有超過70億移動用戶,，現(xiàn)在我們已然成為無線通訊的一代人。隨著無線技術(shù)不斷發(fā)展,，到2016年使用無線服務(wù)的端口將超過地球上的總?cè)丝凇?/p>

　　大咖談物聯(lián)網(wǎng)：未來一片光明要帶墨鏡

　　進(jìn)而談到,，從科技發(fā)展的角度來看，從西聯(lián)無線匯款到端到端電報發(fā)明,，這其實就是一場有限的革命,，開始是不向大眾使用。當(dāng)然,，這也是促使輪船有史以來第一次可以與陸地和其他船只互相聯(lián)系,，從而使得無線電報的使用超過了有線電報，滿足了大規(guī)模的需求,。

　　無線技術(shù)的發(fā)展開始是向“人與人”演進(jìn)的,，經(jīng)過20世紀(jì)30到50年代的發(fā)展，廣播通訊得到爆炸式發(fā)展,，以至于達(dá)到百萬規(guī)模,，先是電臺,、然后是電視。TOM Lee舉例說道,，在二戰(zhàn)中人與人之間的無線溝通首次大規(guī)模應(yīng)用,，個人移動無線通訊被士兵所稱贊，所以二戰(zhàn)以后促使了移動電話服務(wù),。從此,，人們?yōu)楂@取移動電話服務(wù)不惜排隊等候，真正的無線時代來臨了,！

　　在1978年蜂窩式通訊技術(shù)開始在芝加哥實驗成功,，這是一個令人震驚的時段。到1981年有研究預(yù)測,，2000年將會有90萬移動電話用戶,，而2000年實際數(shù)字為1.09億，竟然超過了預(yù)測值得120倍,。對此TOM Lee表示,，千兆級的人對人蜂窩式通訊技術(shù)是最成功的，而且人的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于基站的數(shù)量,，然而工程師必須面對的驚人趨勢,，當(dāng)時在深圳華強北2014年帶攝像頭和QQ軟件的GSM功能機是9美元一臺，智能手機是45美元一部,，第三代硬件已經(jīng)商業(yè)化普及,，而芯片行業(yè)很讓人揪心。

　　物的時代是一個技術(shù)變革的時代

　　那么無線時代如何變革才能超越TOM Lee表示,，每一個技術(shù)變革時代要在商業(yè)增長上實現(xiàn)飛躍,，都是通過大量的深度用戶增長來實現(xiàn)。TOM Lee指出,，下一個時代是關(guān)于物的時代,，是機器對機器、人對機器的交互的時代,，不僅僅是簡單的“IOT物聯(lián)網(wǎng)”,，也不僅限于萬物互聯(lián)IOE，未來將出現(xiàn)比人更多的物,，物聯(lián)網(wǎng)將會是最大的網(wǎng)絡(luò),。

　　當(dāng)然，你無法控制不可衡量的東西,，但物聯(lián)網(wǎng)可以讓你衡量和掌控一切,。那么面臨的挑戰(zhàn)有哪些

　　其一,，要構(gòu)建萬億數(shù)量級設(shè)備,，先需要設(shè)計出它們,；

　　其二，需要定義它們的特征,、功能,、連接以及如何解決NRE（Non-RecurringEngineering）的問題；

　　其三,，需要給它們供電,，估計需要一萬億電池；

　　其四,，需要它們物盡其用（SAAS或者PaaS）,；

　　其五，需要確保安全性,，一萬億連接的設(shè)備將是歷史上最大的受攻擊面,。

　　TOM Lee進(jìn)而表示，萬物互聯(lián)將是第一個億萬級的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),，但物的定義與以往不同,，物聯(lián)網(wǎng)市場將永遠(yuǎn)是去中心化的，這使其很難發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟,，可能的解決方案主要有五類,。

　　一是利用自動化設(shè)計工具，倍增生產(chǎn)力,；

　　二是無線充電以及循環(huán)能源收集,，以減少電池需求；

　　三是采用FPTAs,，從而分?jǐn)偞罅啃酒腘RE,；

　　四是使用PaaS服務(wù)，減少開發(fā)時間增加價值,；

　　五是使用可調(diào)整的安全引擎,，具備可信賴、可驗證的隨機數(shù)發(fā)生器RNG,。

　　當(dāng)然時間上也是一個重要的問題,，如何能快速實現(xiàn)連接？在網(wǎng)絡(luò)運營商在過往的成就光輝下,，是否會面臨停滯發(fā)展?fàn)顟B(tài),？TOM Lee表示，隨著摩爾定律結(jié)束,，半導(dǎo)體行業(yè)面臨更大的挑戰(zhàn),，比如當(dāng)無線數(shù)據(jù)ARPU值超過語音時，所有人都在尋找高CAPEX和高消費者感知極限,，使得單純的提高數(shù)據(jù)流量消費已經(jīng)不再有效,，而物聯(lián)網(wǎng)可以為網(wǎng)絡(luò)運營商和任何其他人帶來可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)模式,。

　　TOM Lee最后談到，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)處于早期發(fā)展階段,，從2013年的默默無聞到2015年的人盡皆知,，物聯(lián)網(wǎng)將以無法想象的方式改變?nèi)祟惖纳睿锫?lián)網(wǎng)里的殺手級應(yīng)用還沒有出現(xiàn),，或?qū)⑹嵌喾N技術(shù)并存,，目前會有很多工作要做?？偟膩碚f,，物聯(lián)網(wǎng)是一座創(chuàng)新金礦，未來一片光明,，TOM Lee表示要帶上墨鏡,。腕戴式健身手環(huán)和智慧手表正大舉納入心率監(jiān)測功能，半導(dǎo)體廠因應(yīng)此一發(fā)展,，推出高效能整合型光感測器方案,，以及經(jīng)過臨床實驗的心率演算法，協(xié)助穿戴式裝置開發(fā)人員克服準(zhǔn)確度,、耗電量,、尺寸與厚度等設(shè)計挑戰(zhàn)。

　　腕戴式健身手環(huán)和智慧手表正從基本的加速計式“智慧型計步器”,，邁向納入心率監(jiān)測器等生物辨識感測功能的新一代產(chǎn)品發(fā)展,。帶動這股趨勢的背后原因，是制造商為了在成長迅速的穿戴裝置市場中尋求區(qū)隔,，以及消費者對想要達(dá)到更有效的訓(xùn)練,，以提升健身效果與體能。

　　即時而持續(xù)的心率監(jiān)測有助于刺激消費者根據(jù)心率區(qū)的反饋來調(diào)整本身健身方式,。將心率監(jiān)測套用在下一代穿戴裝置產(chǎn)品中時,，設(shè)計人員面臨多項挑戰(zhàn)，包括心率測量準(zhǔn)確度,、運動時的追蹤準(zhǔn)確度,、驗證諸多獨立個體效能、縮小穿戴式設(shè)計尺寸與厚度,，以及延長電池壽命,。

　　穿戴式系統(tǒng)設(shè)計人員可選擇非侵入式的光或電技術(shù)。電技術(shù)一般是用胸帶,，靠皮膚上的兩個接觸點來測量心率,。這種方法通常很準(zhǔn)確，但終端用戶必須在胸部綁上附有電池和無線通訊的笨重束帶,，所以可能會不舒服又不方便,。光技術(shù)則較理想,，因其排除不舒服的胸帶，而是用腕帶來整合光發(fā)射器和感測器,。

　　腕型光學(xué)心率監(jiān)測　采PPG技術(shù)

　　發(fā)光二極體(LED)的紅外線(IR)光照在用戶手腕的皮膚上,，如圖1所示,，照進(jìn)皮膚的光會被組織,、骨頭、靜脈和動脈吸收,、打散和反射,，這些微弱的反射是靠光感測器來偵測。

　　圖1　心率監(jiān)測系統(tǒng)的紅外線光偵測

　　組織和骨頭所反射的光為非時變性(Time-Invariant),，所形成的等級只有直流(DC),。當(dāng)心跳動時，動脈血液所反射的光會改變并形成交流(AC)訊號,。進(jìn)階數(shù)位訊號處理會去掉DC訊號,，并從微弱的AC訊號計算心率，這套處理技術(shù)會產(chǎn)生光體積描記圖(PPG)訊號,。

　　PPG訊號在光學(xué)設(shè)計中的準(zhǔn)確度,，是取決于光發(fā)射器波長、系統(tǒng)在這些波長中的靈敏度,、發(fā)射器和感測器的間距,、LED所發(fā)出的光量、發(fā)射器數(shù)目,，以及系統(tǒng)雜訊,。

　　腕式心率監(jiān)測設(shè)計考量

　　對某個用戶理想的心率監(jiān)測系統(tǒng)不見得適用于另一個用戶，因為個別手腕的膚色和其他生理特征會有所不同,。設(shè)計人員必須小心選擇,，并利用可能的調(diào)整技術(shù)來配合廣泛消費群。如果無法達(dá)到此點可能會造成顧客不滿,，以及穿戴式產(chǎn)品的退貨率偏高,。

　　發(fā)射器的波長

　　穿戴式裝置光發(fā)射器使用黃色和綠色LED皆可(表1)，但要在提高成本和耗電上稍加權(quán)衡,。調(diào)整技術(shù)則可用來選取最佳的訊號,，以計算每個獨特個人的心率。

　　皮膚光耦合度

　　手腕和穿戴式裝置間的光訊號耦合良好很重要,，因為氣隙會降低準(zhǔn)確度,，有彈性腕帶就能戴得服貼而舒適。假如帶子太緊,，血流可能會受限,，使準(zhǔn)確度變差,；假如帶子太松，則會亂晃,。單顆LED系統(tǒng)有個普遍的問題是,，腕帶可能需要往手臂上方多挪動一點或稍微轉(zhuǎn)動，才能發(fā)揮最佳的效能,。

　　用兩顆LED擺在光感測器的兩端則能盡量減少配戴帶子和歪斜的問題,。當(dāng)腕帶一邊對皮膚耦合良好，另一邊有氣隙時,，在運動中可能就會發(fā)生歪斜問題,。穿戴式設(shè)計以使用三顆LED為宜，以便為形形色色的終端用戶確保最高的準(zhǔn)確度,。例如高效能的Scosche Rhythm Plus健身手環(huán)就是用兩顆綠色LED和一顆黃色LED擺成三角形,。

　　發(fā)射器的光能

　　發(fā)射器的光能主要取決于LED的驅(qū)動電流、電壓,、脈沖啟動時間,、半角(Half-Angle)和發(fā)光強度。只要有光感測器系統(tǒng)能控制其中多個參數(shù),，軟體就能為每個獨特個人自行組構(gòu)到最適合的狀態(tài),，例如順向電壓高的綠色LED或許必須在LED的電壓和電力輸出上有所取舍。

　　LED電壓較高并非都行得通,，所以可以用較長的脈沖啟動時間來提高發(fā)射器光能,，同時保持在LED正常運作參數(shù)內(nèi)，自動感測功能可以調(diào)整LED的驅(qū)動電流和/或LED啟動時間,，以最佳化獨特個人的反射訊號,。這種自動DC感測有助于系統(tǒng)的類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)把動態(tài)距離要求降到最低，并把訊號置于最適當(dāng)?shù)木嚯x來偵測微弱AC心率訊號,。

　　運動時追蹤準(zhǔn)確度

　　市面上大多數(shù)腕戴型裝置的最大缺點,，是在用戶運動時無法準(zhǔn)確追蹤心率。穿戴裝置一般都會采用加速器,，只要配合先進(jìn)的訊號處理來減少移動假影(Motion Artifact),，就能發(fā)揮作用。這些演算法可以透過加速器數(shù)據(jù)來排除被雜訊破壞的心率樣本,，或是主動消除雜訊,。

　　盡管有這些演算法，心率訊號還是有可能臨時斷訊,。調(diào)整式演算法是靠品質(zhì)評級來分辨感測器的數(shù)據(jù)什么時候無效,，使估算技術(shù)能在用戶運動時提供一貫的追蹤準(zhǔn)確度。以代表不同膚色、種族,、年齡和體重的大量用戶樣本來驗證演算法也很重要,。

　　縮小終端產(chǎn)品尺寸/厚度

　　在穿戴式設(shè)計中加入心率感測器需要較大空間。目前有很多心率感測穿戴裝置的設(shè)計是用分離式大型光電二極體搭配類比前端(AFE)和微控制器,。類比前端包括LED驅(qū)動器,、類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)、類比濾波與控制,。把較小型的高靈敏度光電二極體跟類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器整合起來,，加上類比濾波與LED驅(qū)動器，這樣就能大幅降低雜訊層,，使用較少位元數(shù)的類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器,，并且縮小體積,。

　　提高電池壽命

　　心率監(jiān)測器耗電最多的部分一般都是LED取樣用電,，以及為了減少移動假影的訊號處理。耗電關(guān)鍵因素則是所使用的取樣速率,。當(dāng)運動的每分鐘心跳數(shù)(BPM)偏高時,，心率監(jiān)測就要有較快的取樣速率才能準(zhǔn)確，根據(jù)每分鐘心跳數(shù),，利用動態(tài)演算法來改變?nèi)铀俾?，這樣就能保持準(zhǔn)確并且盡量降低用電。

　　對樣本插補值(Interpolation)也比調(diào)高取樣速率更能降低用電,。能動態(tài)改變LED驅(qū)動電流的感測器可以自動感測DC等級,，以降低用電并改善效能。在系統(tǒng)設(shè)計中動態(tài)使用一顆,、兩顆或三顆LED也能保持高效能,，并盡量減少耗電。

　　高整合方案降低設(shè)計挑戰(zhàn)

　　為了使光學(xué)心率監(jiān)測在快速成長的消費型穿戴裝置市場上成為不可或缺的功能,，半導(dǎo)體廠無不使出渾身解數(shù),。然而，把光學(xué)心率監(jiān)測解決方案設(shè)計到穿戴產(chǎn)品中有許多技術(shù)上的挑戰(zhàn),。藉由高效能的整合式光感測解決方案搭配上經(jīng)臨床研究驗證的心率演算法,，開發(fā)人員就能設(shè)計出強大的穿戴式系統(tǒng)，使腕型心率監(jiān)測裝置的電池壽命盡量拉長,，實體尺寸則盡量縮小,。