物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展打造智能家居AI應(yīng)用

近十年來，智慧家庭應(yīng)用持續(xù)發(fā)展，上市產(chǎn)品和智能家居裝置的數(shù)量皆穩(wěn)定成長。Futuresource Consulting近期發(fā)表的調(diào)查報告指出，全世界的智能家居裝置今（2018）年銷售額將達(dá)60億美元，預(yù)測至2021年，銷售額可望成長三倍。

智能家居產(chǎn)業(yè)的迅速成長，與語音助理的普及息息相關(guān)，例如Amazon Alexa、AppleSiri和Google Home等熱門產(chǎn)品。這些語音助理帶動消費者對智能家居應(yīng)用的興趣，盡管內(nèi)建的功能有限，用戶卻能利用簡單且直覺的指令操作裝置。

隨著智能家居應(yīng)用趨勢不斷開發(fā)，打造貼近消費者居家需求和情境的應(yīng)用裝置，也成為工程師們的首要課題。為了掌握智能家居產(chǎn)品的市場商機，制造商還必須克服復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)，同時降低成本并加速產(chǎn)品上市周期。歡迎點擊閱讀原文訪問Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）中文社區(qū)參考應(yīng)用完整的趨勢文章內(nèi)容。

智能家居日漸風(fēng)行

智能家居的應(yīng)用無所不在，這些居家應(yīng)用能夠自動偵測和因應(yīng)環(huán)境變化，透過感測技術(shù)搜集使用者情境和環(huán)境條件。這些情境式應(yīng)用是透過傳感器與系統(tǒng)無線連接，搜集住家、住戶和其他相關(guān)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入演算與人工智能（AI）程序中，提升用戶與裝置的互動質(zhì)量。運用這些情境感測數(shù)據(jù)打造出的智能居家環(huán)境，使用者能夠以最簡易的語音指令控制周遭裝置，并自動化調(diào)整智能家居的各種應(yīng)用。

這種新興技術(shù)透過搜集住戶實況、位置和其他環(huán)境信息，例如溫度或濕度條件，觸發(fā)情境式的應(yīng)用與服務(wù)，透過感測信息預(yù)測用戶的需求并判斷場景，啟動照明、恒溫器和其他裝置。這些由人工智能和傳感器驅(qū)動的情境式智能家居應(yīng)用裝置，只有在芯片級技術(shù)增強的情況下才能延長電池壽命、遠(yuǎn)距離應(yīng)用、邊緣智能運算并提升安全性。

新一代傳感器

智能家居應(yīng)用的情境感測數(shù)據(jù)來自家中各種裝置，譬如在場傳感器（occupancy sensor）、穿戴式設(shè)備、溫度和監(jiān)控設(shè)備，以及偵測住家外部環(huán)境的傳感器。

目前智能家居應(yīng)用側(cè)重控制和管理，讓使用者和屋主能夠執(zhí)行開關(guān)燈、調(diào)整溫度的指令，并掌握居家動態(tài)。這些智能家居應(yīng)用以無線協(xié)議來連接各種設(shè)備，包括Wi-Fi、Bluetooth、Thread、Zigbee和Z-Wave等，這些通訊標(biāo)準(zhǔn)各有特色，無線協(xié)議的選用將直接影響裝置的功能定位和運作。

這些無線技術(shù)的應(yīng)用各有利弊，譬如無線裝置耗電量大，需要短距離延伸器、降低處理能力以減少電池?fù)p耗等潛在缺點，限制了智能家居裝置的應(yīng)用范圍。從室內(nèi)到庭院的遠(yuǎn)距離傳輸或許會力有未逮，電池供電裝置必須頻繁更換電池，例如無線傳感器。

不如想象一下，無線傳感器依靠一顆鈕扣型電池至少能夠使用10年，若將它嵌入家中各個角落，便能向機器學(xué)習(xí)引擎提供感測數(shù)據(jù)，結(jié)合天氣、裝置，以及每日編程觸發(fā)信息，智能應(yīng)用裝置便能夠判斷場景，進而將自動化適應(yīng)帶入居家生活。這些進展能讓住戶獲得保險折扣、節(jié)省電源費用并加強居住安全。

舉例來說，新一代Z-Wave 700系列芯片組展現(xiàn)更佳的效能，例如延長傳輸距離、更低功耗，可在鈕扣電池上使用十年，并以快速、節(jié)能的運算，提升智能邊緣的處理效能。

這些功能可能為一些開發(fā)中的新款傳感器提供新契機。Z-Wave平臺700系列的節(jié)能、遠(yuǎn)距無線通信特色，讓智慧家庭傳感器突破現(xiàn)有的框架，將應(yīng)用裝置擴展到庭院和車道盡頭，并能縝密覆蓋住家的各個樓層。Z-Wave傳感器基于低功耗特性，有效縮減外型尺寸，有利于被嵌入新裝置中，例如家具。

這些情境感測式應(yīng)用需要強大的處理能力和更多內(nèi)存為基礎(chǔ)，才能在瞬間實現(xiàn)邊緣運算的決策和復(fù)雜應(yīng)用，而不需要加裝協(xié)同處理器。

當(dāng)傳感器被嵌入家中墻壁，或是容易淹水、滲水卻難以觸及的位置，甚至是戶外的信箱時，電池的續(xù)航力對智能家居應(yīng)用裝置便顯得格外重要。這些傳感器信息也能讓虛擬管家掌握居家情境，這種作法有雙重益處：以更精準(zhǔn)、數(shù)據(jù)驅(qū)動效能，預(yù)測安全或潛在危險，并增加智能家居應(yīng)用案例。

把傳感器安裝在信箱里，未來的智能家居應(yīng)用便能在郵件或包裹送達(dá)時，亮起燈號或推送通知。居家環(huán)境條件出現(xiàn)異常時，靠追蹤便能及時預(yù)防危險；或是將傳感器安裝在地下室，便能根據(jù)長時間的濕度變化判斷是否漏水或發(fā)霉。

以互操作性為基礎(chǔ)

智慧家庭的情境感測是透過多具裝置搜集數(shù)據(jù)，無線傳輸?shù)搅硪欢撕?，根?jù)感測資料進行反應(yīng)。例如Wi-Fi是為了讓連續(xù)的數(shù)據(jù)流能夠穿透墻壁，將計算機與寬帶無線連接；開發(fā)Bluetooth則是為了短距離的數(shù)據(jù)傳輸，例如將耳機連接到手機。在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)明之前，這兩種技術(shù)的附加但書并非至關(guān)重要，例如傳統(tǒng)的Wi-Fi技術(shù)在電池裝置上的操作非常耗電，Bluetooth技術(shù)主要是為近距離裝置的提供點對點連接，而非為充滿無線設(shè)備的大樓所設(shè)計。

后續(xù)的技術(shù)發(fā)展如采用2.4 GHz頻段的Zigbee產(chǎn)品，便是透過專用無線「術(shù)語」優(yōu)化各種應(yīng)用，例如照明、智能家居和智能能源。以Z-Wave技術(shù)打造的生態(tài)系統(tǒng)，則強調(diào)跨品牌的互操作性，Z-Wave采用較不擁擠的900 MHz頻段，允許一套開放性的描述和規(guī)則，讓由不同制造商出產(chǎn)的各種裝置使用共通的語言。基于它們的互通操作性和安全性，迄今Z-Wave才能開發(fā)出最具規(guī)模的智能家居應(yīng)用系統(tǒng)。

在購買智能家居產(chǎn)品時，裝置的聯(lián)機能力不見得是消費者的首要考慮，他們通常較為關(guān)注各個裝置的應(yīng)用功能。我們都是智慧家庭技術(shù)的第一線用戶，透過DIY產(chǎn)品開發(fā)，住戶不再受限于單一裝置，而能夠為智能家居的生態(tài)系統(tǒng)添加其他互聯(lián)設(shè)備。因此，裝置的互操作性未來將成為首要之務(wù)。燈光、智能鎖與恒溫器目前或許缺乏共通性并且可能有不同的應(yīng)用程序，但智能家居的發(fā)展卻與跨裝置通訊息息相關(guān)，若要實現(xiàn)各種裝置之間的智能互聯(lián)，并確保安全規(guī)范，唯一的辦法就是采用共同的通訊語言。

智能家居情境感測應(yīng)用的安全性

物聯(lián)網(wǎng)為裝置連接、平臺與操作系統(tǒng)、通訊、甚至是聯(lián)機系統(tǒng)，帶來全新的安全風(fēng)險與挑戰(zhàn)。當(dāng)傳感器搜集的數(shù)據(jù)涉及住戶與家庭成員位置時，這項應(yīng)用顯得更加私密，使消費者的疑慮有增無減。隨著智能家居應(yīng)用功能更加廣泛。信息安全無疑是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵議題，許多企業(yè)也開始重視安全性的需求。

在各種智慧家庭協(xié)議中，Z-Wave沿用已久，也最重視網(wǎng)絡(luò)安全議題，其要求裝置必須遵循Z-Wave Security 2（S2）安全架構(gòu)。在S2之前，Z-Wave建立在應(yīng)用層之上。由制造商實施安全性，然而并非所有制造商都能具備專業(yè)的知識水平，或意識到網(wǎng)絡(luò)安全的重要性。目前透過S2安全架構(gòu)使黑客無法輕易地繞過安全應(yīng)用層，有效保障了信息傳輸?shù)陌踩?。通訊協(xié)議基礎(chǔ)大幅提升了傳輸安全，制造商便能更專注的開發(fā)高智能、高互動的智能家居應(yīng)用產(chǎn)品。

新興的IoT技術(shù)加速無線連接和邊緣智能功能整合。使用壽命至少十年以上的無線傳感器，已經(jīng)能夠被嵌入過去智慧家庭中難以觸及的位置，使物聯(lián)網(wǎng)能自動化響應(yīng)變動的環(huán)境條件與用戶偏好。

目前美國家庭平均每戶安裝6到10個智慧家庭設(shè)備。Z-Wave平臺的發(fā)展實現(xiàn)智慧家庭中，無所不在且經(jīng)濟實惠的感測環(huán)境，使每戶家庭能夠安裝并運作數(shù)十個，甚至數(shù)百個Z-Wave裝置，同時維持上百萬具裝置和網(wǎng)關(guān)的互操作性。