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(zhǎng)。Futuresource Consulting近期發(fā)表的調(diào)查報(bào)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(cè)至2021年，銷售額可望成長(zhǎng)三倍。

智能家居產(chǎn)業(yè)的迅速成長(zhǎng)，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(dòng)消費(fèi)者對(duì)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(jiǎn)單且直覺的指令操作裝置。

隨著智能家居應(yīng)用趨勢(shì)不斷開發(fā)，打造貼近消費(fèi)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(chǎng)商機(jī)，制造商還必須克服復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)，同時(shí)降低成本并加速產(chǎn)品上市周期。歡迎點(diǎn)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(shì)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(dòng)偵測(cè)和因應(yīng)環(huán)境變化，透過感測(cè)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(dòng)質(zhì)量。運(yùn)用這些情境感測(cè)數(shù)據(jù)打造出的智能居家環(huán)境，使用者能夠以最簡(jiǎn)易的語音指令控制周遭裝置，并自動(dòng)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(shí)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(cè)信息預(yù)測(cè)用戶的需求并判斷場(chǎng)景，啟動(dòng)照明、恒溫器和其他裝置。這些由人工智能和傳感器驅(qū)動(dòng)的情境式智能家居應(yīng)用裝置，只有在芯片級(jí)技術(shù)增強(qiáng)的情況下才能延長(zhǎng)電池壽命、遠(yuǎn)距離應(yīng)用、邊緣智能運(yùn)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(cè)數(shù)據(jù)來自家中各種裝置，譬如在場(chǎng)傳感器（occupancy sensor）、穿戴式設(shè)備、溫度和監(jiān)控設(shè)備，以及偵測(cè)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(dòng)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(yùn)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(diǎn)，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(huì)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(gè)角落，便能向機(jī)器學(xué)習(xí)引擎提供感測(cè)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(chǎng)景，進(jìn)而將自動(dòng)化適應(yīng)帶入居家生活。這些進(jìn)展能讓住戶獲得保險(xiǎn)折扣、節(jié)省電源費(fèi)用并加強(qiáng)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(zhǎng)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(yùn)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(jī)。Z-Wave平臺(tái)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(kuò)展到庭院和車道盡頭，并能縝密覆蓋住家的各個(gè)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(cè)式應(yīng)用需要強(qiáng)大的處理能力和更多內(nèi)存為基礎(chǔ)，才能在瞬間實(shí)現(xiàn)邊緣運(yùn)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(shí)，電池的續(xù)航力對(duì)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(dòng)效能，預(yù)測(cè)安全或潛在危險(xiǎn)，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(shí)，亮起燈號(hào)或推送通知。居家環(huán)境條件出現(xiàn)異常時(shí)，靠追蹤便能及時(shí)預(yù)防危險(xiǎn)；或是將傳感器安裝在地下室，便能根據(jù)長(zhǎng)時(shí)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(cè)是透過多具裝置搜集數(shù)據(jù)，無線傳輸?shù)搅硪欢撕螅鶕?jù)感測(cè)資料進(jìn)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(jì)算機(jī)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(jī)連接到手機(jī)。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(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，而非為充滿無線設(shè)備的大樓所設(shè)計(jì)。

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(qiáng)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(gòu)買智能家居產(chǎn)品時(shí)，裝置的聯(lián)機(jī)能力不見得是消費(fèi)者的首要考慮，他們通常較為關(guān)注各個(gè)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?yàn)橹悄芗揖拥纳鷳B(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(shí)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(cè)應(yīng)用的安全性

物聯(lián)網(wǎng)為裝置連接、平臺(tái)與操作系統(tǒng)、通訊、甚至是聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，帶來全新的安全風(fēng)險(xiǎn)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(shí)，這項(xiàng)應(yīng)用顯得更加私密，使消費(fèi)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(shí)施安全性，然而并非所有制造商都能具備專業(yè)的知識(shí)水平，或意識(shí)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浴Ｍㄓ崊f(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(dòng)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(dòng)化響應(yīng)變動(dòng)的環(huán)境條件與用戶偏好。

目前美國(guó)家庭平均每戶安裝6到10個(gè)智慧家庭設(shè)備。Z-Wave平臺(tái)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)智慧家庭中，無所不在且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的感測(cè)環(huán)境，使每戶家庭能夠安裝并運(yùn)作數(shù)十個(gè)，甚至數(shù)百個(gè)Z-Wave裝置，同時(shí)維持上百萬具裝置和網(wǎng)關(guān)的互操作性。