物联网发展打造智能家居AI应用

近十年来，智慧家庭应用持续发展，上市产品和智能家居装置的数量皆稳定成长。Futuresource Consulting近期发表的调查报告指出，全世界的智能家居装置今（2018）年销售额将达60亿美元，预测至2021年，销售额可望成长三倍。

智能家居产业的迅速成长，与语音助理的普及息息相关，例如Amazon Alexa、AppleSiri和Google Home等热门产品。这些语音助理带动消费者对智能家居应用的兴趣，尽管内建的功能有限，用户却能利用简单且直觉的指令操作装置。

随着智能家居应用趋势不断开发，打造贴近消费者居家需求和情境的应用装置，也成为工程师们的首要课题。为了掌握智能家居产品的市场商机，制造商还必须克服复杂的技术挑战，同时降低成本并加速产品上市周期。欢迎点击阅读原文访问Silicon Labs（亦称“芯科科技”）中文社区参考应用完整的趋势文章内容。

智能家居日渐风行

智能家居的应用无所不在，这些居家应用能够自动侦测和因应环境变化，透过感测技术搜集使用者情境和环境条件。这些情境式应用是透过传感器与系统无线连接，搜集住家、住户和其他相关数据，将数据导入演算与人工智能（AI）程序中，提升用户与装置的互动质量。运用这些情境感测数据打造出的智能居家环境，使用者能够以最简易的语音指令控制周遭装置，并自动化调整智能家居的各种应用。

这种新兴技术透过搜集住户实况、位置和其他环境信息，例如温度或湿度条件，触发情境式的应用与服务，透过感测信息预测用户的需求并判断场景，启动照明、恒温器和其他装置。这些由人工智能和传感器驱动的情境式智能家居应用装置，只有在芯片级技术增强的情况下才能延长电池寿命、远距离应用、边缘智能运算并提升安全性。

新一代传感器

智能家居应用的情境感测数据来自家中各种装置，譬如在场传感器（occupancy sensor）、穿戴式设备、温度和监控设备，以及侦测住家外部环境的传感器。

目前智能家居应用侧重控制和管理，让使用者和屋主能够执行开关灯、调整温度的指令，并掌握居家动态。这些智能家居应用以无线协议来连接各种设备，包括Wi-Fi、Bluetooth、Thread、Zigbee和Z-Wave等，这些通讯标准各有特色，无线协议的选用将直接影响装置的功能定位和运作。

这些无线技术的应用各有利弊，譬如无线装置耗电量大，需要短距离延伸器、降低处理能力以减少电池损耗等潜在缺点，限制了智能家居装置的应用范围。从室内到庭院的远距离传输或许会力有未逮，电池供电装置必须频繁更换电池，例如无线传感器。

不如想象一下，无线传感器依靠一颗钮扣型电池至少能够使用10年，若将它嵌入家中各个角落，便能向机器学习引擎提供感测数据，结合天气、装置，以及每日编程触发信息，智能应用装置便能够判断场景，进而将自动化适应带入居家生活。这些进展能让住户获得保险折扣、节省电源费用并加强居住安全。

举例来说，新一代Z-Wave 700系列芯片组展现更佳的效能，例如延长传输距离、更低功耗，可在钮扣电池上使用十年，并以快速、节能的运算，提升智能边缘的处理效能。

这些功能可能为一些开发中的新款传感器提供新契机。Z-Wave平台700系列的节能、远距无线通信特色，让智慧家庭传感器突破现有的框架，将应用装置扩展到庭院和车道尽头，并能缜密覆盖住家的各个楼层。Z-Wave传感器基于低功耗特性，有效缩减外型尺寸，有利于被嵌入新装置中，例如家具。

这些情境感测式应用需要强大的处理能力和更多内存为基础，才能在瞬间实现边缘运算的决策和复杂应用，而不需要加装协同处理器。

当传感器被嵌入家中墙壁，或是容易淹水、渗水却难以触及的位置，甚至是户外的信箱时，电池的续航力对智能家居应用装置便显得格外重要。这些传感器信息也能让虚拟管家掌握居家情境，这种作法有双重益处：以更精准、数据驱动效能，预测安全或潜在危险，并增加智能家居应用案例。

把传感器安装在信箱里，未来的智能家居应用便能在邮件或包裹送达时，亮起灯号或推送通知。居家环境条件出现异常时，靠追踪便能及时预防危险；或是将传感器安装在地下室，便能根据长时间的湿度变化判断是否漏水或发霉。

以互操作性为基础

智慧家庭的情境感测是透过多具装置搜集数据，无线传输到另一端后，根据感测资料进行反应。例如Wi-Fi是为了让连续的数据流能够穿透墙壁，将计算机与宽带无线连接；开发Bluetooth则是为了短距离的数据传输，例如将耳机连接到手机。在物联网发明之前，这两种技术的附加但书并非至关重要，例如传统的Wi-Fi技术在电池装置上的操作非常耗电，Bluetooth技术主要是为近距离装置的提供点对点连接，而非为充满无线设备的大楼所设计。

后续的技术发展如采用2.4 GHz频段的Zigbee产品，便是透过专用无线「术语」优化各种应用，例如照明、智能家居和智能能源。以Z-Wave技术打造的生态系统，则强调跨品牌的互操作性，Z-Wave采用较不拥挤的900 MHz频段，允许一套开放性的描述和规则，让由不同制造商出产的各种装置使用共通的语言。基于它们的互通操作性和安全性，迄今Z-Wave才能开发出最具规模的智能家居应用系统。

在购买智能家居产品时，装置的联机能力不见得是消费者的首要考虑，他们通常较为关注各个装置的应用功能。我们都是智慧家庭技术的第一线用户，透过DIY产品开发，住户不再受限于单一装置，而能够为智能家居的生态系统添加其他互联设备。因此，装置的互操作性未来将成为首要之务。灯光、智能锁与恒温器目前或许缺乏共通性并且可能有不同的应用程序，但智能家居的发展却与跨装置通讯息息相关，若要实现各种装置之间的智能互联，并确保安全规范，唯一的办法就是采用共同的通讯语言。

智能家居情境感测应用的安全性

物联网为装置连接、平台与操作系统、通讯、甚至是联机系统，带来全新的安全风险与挑战。当传感器搜集的数据涉及住户与家庭成员位置时，这项应用显得更加私密，使消费者的疑虑有增无减。随着智能家居应用功能更加广泛。信息安全无疑是物联网的关键议题，许多企业也开始重视安全性的需求。

在各种智慧家庭协议中，Z-Wave沿用已久，也最重视网络安全议题，其要求装置必须遵循Z-Wave Security 2（S2）安全架构。在S2之前，Z-Wave建立在应用层之上。由制造商实施安全性，然而并非所有制造商都能具备专业的知识水平，或意识到网络安全的重要性。目前透过S2安全架构使黑客无法轻易地绕过安全应用层，有效保障了信息传输的安全性。通讯协议基础大幅提升了传输安全，制造商便能更专注的开发高智能、高互动的智能家居应用产品。

新兴的IoT技术加速无线连接和边缘智能功能整合。使用寿命至少十年以上的无线传感器，已经能够被嵌入过去智慧家庭中难以触及的位置，使物联网能自动化响应变动的环境条件与用户偏好。

目前美国家庭平均每户安装6到10个智慧家庭设备。Z-Wave平台的发展实现智慧家庭中，无所不在且经济实惠的感测环境，使每户家庭能够安装并运作数十个，甚至数百个Z-Wave装置，同时维持上百万具装置和网关的互操作性。