Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Создание программного обеспечения для нательных компьютерных сетей и носимых систем. Учебное пособие.pdf
Эти меры (рис. 1.3) обеспечивают точную географическую информацию,
необходимую для работы навигационных, социальных и других приложений,
зависимых от контекста местоположения.
Рис. 1.2. Используйте магнитное поле Земли, чтобы определить свое местоположение
в супермаркете
Рис. 1.3. Концептуальная модель организации концепции сервиса геолокации
Развитие концепции «края сети» (Edge Computing). В нательных сетях
принимается концепция «края сети», где обработка данных осуществляется
ближе к конечным устройствам. Программное обеспечение включает инструменты для обработки данных на уровне устройств, способствуя более быстрому
реагированию и снижению задержек в обработке информации.
11
1.2. Исторический обзор развития носимых систем
С самых ранних времен человечество использовало носимые устройства с
функциональными и декоративными целями. Украшения, такие как браслеты и
ожерелья, воплощали в себе первые формы носимых технологий, дополняя повседневную жизнь [2].
С появлением механических устройств в XVII–XVIII веках, таких как
карманные часы, начался этап использования носимых систем в функциональных аспектах. Эти устройства обеспечивали мобильность и позволяли людям
эффективно управлять временем.
В XIX веке массовое производство карманных и наручных часов стало
знаковым событием в истории носимых технологий. Этот период также свидетельствовал о внедрении новых технологий, таких как механизмы с заводом и
защитное стекло [27].
В начале XX века с появлением кварцевых часов был заметен революционный сдвиг в носимых технологиях. Кварцевые часы обеспечивали точность
времени без необходимости регулярного завода, что существенно повысило
удобство использования.
В 1970-х годах стали появляться первые электронные наручные часы,
предоставляющие дополнительные функции, такие как будильники и стопчасы. Этот период также характеризовался популяризацией калькуляторных
наручных часов.
В конце 20 века с расцветом цифровых технологий появились персональные цифровые помощники (PDA).
Эти устройства, такие как Palm Pilot и Pocket PC, предоставляли пользователям возможности хранения данных, ведения заметок и использования приложений.
В 1990-х годах появление персональных цифровых помощников (PDA)
представляло значительный прогресс в области носимых технологий. PDA стали популярными среди профессионалов и технологических энтузиастов, предоставляя им новые возможности для организации информации и ведения дел.
Персональные цифровые помощники, такие как Palm Pilot, Handspring
Visor и Compaq iPAQ, были предназначены для облегчения повседневной жизни.
Они обладали сенсорными экранами, стилусами для ввода данных и операционными системами, специально разработанными для управления контактами, календарями, задачами и записями [21].
12
Одной из ключевых особенностей PDA была их компактность, что делало
их легко переносимыми. Пользователи могли хранить контакты, создавать заметки, вести расписания и даже синхронизировать данные с компьютерами.
Эти устройства стали своего рода электронными планировщиками, предоставляя возможность эффективно управлять личными и рабочими обязанностями.
Однако развитие смартфонов и их способность предоставлять подобные
функции, а также удобство в использовании, в конечном итоге оказались сильными конкурентами для PDA. С появлением смартфонов, способных выполнять
широкий спектр задач, рынок PDA начал уменьшаться [32, 51, 52].
Тем не менее, история PDA оставила значительный след в развитии мобильных устройств. Многие технологии и концепции, впервые внедренные в
PDA, были унаследованы современными смартфонами и другими носимыми
устройствами. Комбинация функциональности и удобства использования,
предложенная PDA, внесла вклад в эволюцию технологий и повседневной жизни пользователей.
С началом XXI века всплеск интереса к фитнесу и заботе о здоровье стал
двигателем развития носимых устройств. Фитнес-трекеры, появившиеся
в 2010-х годах, предоставили пользователям возможность мониторинга физической активности, сна и других параметров здоровья [27].
С 2010-х годов наблюдается бурное развитие смарт-часов, ставших
настоящими многофункциональными устройствами. Они интегрируются с мобильными платформами, предоставляют уведомления, возможности для оплаты
и даже приложения для здоровья и фитнеса.
Смарт-часы представляют собой интегрированные электронные устройства, объединяющие функции традиционных часов с возможностями современных мобильных технологий.
Их эволюция началась с простых устройств, предоставляющих базовые
возможности уведомлений и отслеживания времени, и привела к разработке
высокотехнологичных гаджетов с множеством функций. Давайте рассмотрим
этот процесс более подробно.
В начале появления смарт-часов они были в основном ориентированы на
предоставление базовой информации, такой как время, дата и уведомления.
Примерами ранних смарт-часов могут служить Pebble Watch и Sony
SmartWatch, которые появились в начале 2010-х годов.
С течением времени смарт-часы стали приобретать дополнительные
функции (рис. 1.4) Появились встроенные сенсоры для отслеживания физиче-
13
ской активности, пульса, сна, а также GPS-модули. Это позволило им стать популярными среди любителей фитнеса и заботы о здоровье [31].
Рис. 1.4. Современные нательные устройства способны реализовывать измерение средств ЭКГ
С развитием экосистем мобильных устройств, смарт-часы начали тесно
взаимодействовать с смартфонами. Они стали уметь отображать уведомления,
звонки, текстовые сообщения, и даже управлять приложениями на подключенных устройствах.
В последние годы смарт-часы превратились в мощные инструменты для
мониторинга здоровья. Они оборудованы сенсорами для измерения уровня кислорода в крови, артериального давления, а также для проведения электрокардиограмм (ECG).
Эти функции позволяют пользователям более тщательно следить за своим физическим состоянием.
Некоторые современные смарт-часы поддерживают технологии бесконтактных платежей. Это делает их удобными для совершения покупок без необходимости доставать смартфон или кошелек. Одновременно с технологическим
развитием, смарт-часы претерпели изменения в дизайне. Они стали более
стильными и разнообразными, интегрируясь в повседневную моду и позволяя
пользователям выбирать устройство, соответствующее их стилю [28].
Современные смарт-часы работают на мощных операционных системах,
таких как Wear OS, watchOS, и Tizen. Это позволяет сторонним разработчикам
создавать разнообразные приложения, расширяя функциональность устройств.
Смарт-часы стали неотъемлемой частью повседневной жизни, предоставляя пользователям удобный и многофункциональный инструмент для отслеживания времени, управления здоровьем и взаимодействия с миром вокруг. В будущем можно ожидать дальнейшего развития технологий и расширения функ-
14
циональности смарт-часов. В настоящее время идет интеграция носимых систем с технологиями виртуальной и дополненной реальности, что открывает
новые перспективы для взаимодействия пользователя с окружающим миром.
Особенно важно подчеркнуть, что развитие носимых систем продолжается, и будущие инновации в этой области предоставят еще больше возможностей для повседневной жизни и медицинских приложений [27].
1.3. Современные тенденции в области носимых устройств. Роль носимых
систем в цифровой трансформации
В настоящее время носимые устройства становятся неотъемлемой частью
повседневной жизни, отражая современные тенденции в области технологий.
Их эволюция включает в себя не только улучшение функциональности, но и
влияние на цифровую трансформацию в различных сферах.
Носимые устройства акцентируют внимание на здоровье и фитнесе,
предоставляя пользователям возможность мониторинга физической активности, анализа сна и других параметров здоровья. Это способствует формированию культуры самозаботы, где люди становятся более осознанными своего физического и эмоционального состояния [25].
Важным аспектом современных носимых устройств является их интеграция с мобильными приложениями. Они становятся частью цифровой экосистемы, обеспечивая синхронизацию данных о здоровье и физической активности с
смартфонами. Это позволяет пользователям более полноценно управлять своими целями и следить за своими достижениями.
В процессе цифровой трансформации носимые системы становятся важным инструментом в области медицинских приложений и удаленного мониторинга здоровья. Они обеспечивают передачу реальных данных о состоянии
здоровья, улучшая эффективность диагностики и лечения.
Современные носимые устройства также ориентированы на повышение
производительности в рабочей среде. Они помогают отслеживать уровень
стресса, эффективность сна и другие параметры, что влияет на общий благосостояния работника и его рабочую производительность.
Интеллектуальные функции, поддерживаемые развитием искусственного
интеллекта, делают носимые устройства более интеллектуальными.
Это включает в себя предсказательный анализ данных, персонализированные рекомендации и улучшенный пользовательский опыт [30].
15
Дополнительно, носимые устройства стремятся к эволюции дизайна, учитывая важность не только функциональности, но и внешнего вида. Производители сосредотачивают внимание на том, чтобы носимые устройства были
стильными, индивидуализированными и легко вписывались в повседневный
облик.
В развитии технологий носимых устройств отмечается постоянное усовершенствование. Это включает в себя создание более точных сенсоров, продвинутых батарей, а также применение новых материалов, делая устройства
более легкими и комфортабельными для пользователей [21].
Современные носимые устройства также становятся частью экосистемы
интернета вещей (IoT), обеспечивая взаимодействие с другими устройствами в
умном доме или на рабочем месте. Это открывает новые возможности для более умного и эффективного управления окружающей средой.
В контексте цифровой трансформации, носимые системы становятся интегральной частью формирования персонализированных пользовательских
опытов. Собирая данные о предпочтениях и поведении пользователя, они способствуют созданию более индивидуализированных и контекстных взаимодействий.
Носимые устройства продолжают активно влиять на общественные и
технологические тенденции, выходя за пределы простого гаджета. В их руках
сосредотачивается мощный потенциал для изменения образа жизни людей,
способствуя инновациям и улучшениям в различных сферах, от здравоохранения до образования.
Важным аспектом современных тенденций в области носимых устройств
является их роль в формировании цифровой культуры и общественного восприятия технологий. Носимые устройства стимулируют рост интереса к технологиям среди широкой аудитории, превращая их из простых гаджетов в стильные аксессуары и интеллектуальные помощники.
В рамках цифровой трансформации носимые системы содействуют созданию новых бизнес-моделей и решений. Интеграция данных, собираемых от
носимых устройств, с аналитикой данных и искусственным интеллектом открывает возможности для более эффективного принятия решений в бизнесе,
медицине и других областях [24].
Сенсоры, беспроводные технологии и другие инновации, используемые в
носимых устройствах, становятся объектом активного изучения и улучшения,
способствуя росту научных и инженерных исследований.
16
С ростом внимания к вопросам приватности данных и безопасности, разработчики носимых устройств также фокусируются на обеспечении надежной
защиты личной информации пользователей. Это становится важным аспектом
как для пользователей, так и для компаний, предоставляющих услуги на основе
данных от носимых устройств [39].
Особенно интересным направлением развития носимых технологий является создание гибридных устройств, которые интегрируют функции нескольких
типов носимых гаджетов. Это позволяет пользователям получать максимальную функциональность, объединенную в одном компактном устройстве.
Таким образом, современные тенденции в области носимых устройств
продолжают эволюцию, охватывая широкий спектр областей от повседневной
жизни до бизнеса и исследований. Носимые системы становятся важным инструментом не только для улучшения качества жизни, но и для формирования
новых подходов к решению сложных задач в современном мире.
17
ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ
2.1. Выбор технологического стека для носимых систем
При разработке носимых систем одним из ключевых этапов является выбор технологического стека, определяющего аппаратное и программное обеспечение, а также основные принципы архитектуры разрабатываемой системы.
Этот выбор напрямую влияет на функциональность, производительность и взаимодействие с пользователем.
Один из первостепенных решений при разработке носимых систем – вы-
бор платформы и операционной системы, что определит основные характеристики устройства. Существует несколько популярных платформ, включая Wear
OS, watchOS и Tizen. Определение целевой аудитории и функциональных требований помогает в выборе подходящей платформы.
Wear OS – операционная система, разработанная Google, ориентированная на устройства с использованием технологии Android Wear (рис. 2.1) Эта
платформа отличается высокой интеграцией с Android-смартфонами, что обеспечивает синхронизацию данных и приложений [4].
Рис. 2.1. WearOS и WatchOS представляют собой примеры «чистой архитектуры»
операционных систем
watchOS – операционная система, предназначенная для умных часов
Apple Watch. Разработанная Apple, она обладает тесной интеграцией с iOS и
всеми устройствами этой экосистемы, что позволяет создавать единое и непрерывное взаимодействие между ними [5].
Tizen – платформа с открытым исходным кодом, поддерживаемая Linux
Foundation, Samsung и другими. Она находит применение в умных часах, смарт-
18
телевизорах и других устройствах. Tizen обеспечивает гибкость в разработке и
настройке приложений.
Выбор операционной системы также зависит от предпочтений разработчика и его опыта в работе с конкретной платформой.
Wear OS, разработанный Google, является операционной системой, ориентированной на устройства с использованием технологии Android Wear.
Эта платформа предоставляет разработчикам широкий спектр инструментов
для создания приложений, которые интегрируются с экосистемой Android. Wear
OS обеспечивает непрерывное взаимодействие с Android-смартфонами, позволяя
синхронизировать данные и управлять устройством через смартфон [25].
Рис. 2.2. Процент циклов ЦП, затрачиваемых системным сервером Wear OS
на его вершине N функций (ось X, логарифмическая)
В свою очередь, watchOS, разработанный Apple для использования на
умных часах Apple Watch, предоставляет глубокую интеграцию с iOS.
Эта платформа обеспечивает разработчикам доступ к множеству функциональных возможностей, включая HealthKit для мониторинга здоровья, SiriKit
для голосового управления, и WatchKit для создания интерфейса приложений.
WatchOS отличается высокой степенью оптимизации для работы на устройствах с ограниченным пространством экрана.
Также есть Tizen – платформа с открытым исходным кодом, поддерживаемая Linux Foundation, Samsung и другими. Она предоставляет гибкость разра-
19
ботчикам, поддерживая приложения, написанные на различных языках программирования, включая HTML5, JavaScript и CSS. Tizen используется не только в умных часах, но и в смарт-телевизорах, холодильниках и других устройствах, что подчеркивает его универсальность.
Различия между этими операционными системами проявляются в их архитектуре, экосистеме приложений и взаимодействии с другими устройствами.
Wear OS ориентирован на тесную интеграцию с Android, watchOS – на совместимость с экосистемой Apple, в то время как Tizen предоставляет более универсальный подход и поддержку для разнообразных устройств. Выбор между
ними зависит от конкретных целей проекта и потребностей конечного пользователя.
Успешная адаптация подходящей операционной системы является фундаментальным шагом в разработке носимых систем, обеспечивая совместимость, стабильность и удобство взаимодействия с устройством [28].
Tizen, будучи открытой платформой, позволяет разработчикам использовать различные языки программирования, что способствует гибкости и расширяемости приложений. Она также активно используется в смарт-телевизорах
Samsung, что позволяет создавать приложения, охватывающие несколько
устройств [31].
Однако, у Tizen может быть ограниченный доступ к некоторым экосистемам, характерным для конкретных производителей устройств.
2.2. Архитектурные решения при разработке программного обеспечения
При разработке программного обеспечения для носимых систем ключевым моментом является выбор подходов и архитектурных решений, которые
обеспечат эффективное и оптимальное функционирование приложений. Рассмотрим несколько важных аспектов в этом контексте.
Микросервисная архитектура представляет собой подход, при котором
приложение строится как набор небольших, независимых сервисов, каждый из
которых выполняет конкретную функцию. В контексте носимых систем, такой
подход может обеспечить гибкость в управлении функциональностью, а также
легкость внесения изменений и обновлений. Это особенно важно, учитывая
ограниченные ресурсы и изменчивость условий использования [38, 53, 54].
Выбор языка программирования тесно связан с платформой и влияет
на производительность, удобство разработки и поддержку.
20