圖片來(lái)自“123rf.com.cn”

【編者按】由人工智能和智能傳感器設(shè)備驅(qū)動(dòng)的情境感知的智能家居應(yīng)用，只有在芯片級(jí)技術(shù)增強(qiáng)的情況下才有可能實(shí)現(xiàn)，這些技術(shù)增強(qiáng)能夠?qū)崿F(xiàn)更長(zhǎng)的電池壽命、更遠(yuǎn)的通信距離、更強(qiáng)的智能邊緣計(jì)算、以及更高的安全等級(jí)。

本文發(fā)布于電子工程專輯，作者為Johan Pedersen；經(jīng)億歐家居編輯，供業(yè)內(nèi)人士參考。

無(wú)論是市場(chǎng)上的設(shè)備數(shù)量還是安裝設(shè)備的家庭數(shù)量，智能家居在過(guò)去十年中一直保持著持續(xù)增長(zhǎng)。Futuresource Consulting最近的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，今年智能家居設(shè)備的全球零售營(yíng)業(yè)收入將達(dá)到60億美元，預(yù)計(jì)到2021年?duì)I業(yè)收入將有望增至三倍。

這種快速增長(zhǎng)與Amazon Alexa、Apple Siri和Google Home等語(yǔ)音助手的普及直接相關(guān)。這些語(yǔ)音助手采用了簡(jiǎn)單直觀的控制設(shè)備方式，因此它們正在提高消費(fèi)者對(duì)智能家居的興趣。然而它們的內(nèi)置智能能力有限。

隨著智能家居產(chǎn)品開發(fā)的發(fā)展，工程師需要構(gòu)建更加適合消費(fèi)者及其生活環(huán)境的產(chǎn)品。為了抓住智能家居設(shè)備的新機(jī)遇，制造商既要克服復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)，又要同時(shí)考慮產(chǎn)品成本和上市時(shí)間。

當(dāng)前，我們比以往任何時(shí)候都更接近情境感知智能家居，其應(yīng)用能夠通過(guò)傳感技術(shù)檢測(cè)用戶接近度或環(huán)境因素，然后自動(dòng)響應(yīng)并適應(yīng)家庭和環(huán)境變化。情境感知應(yīng)用依賴于無(wú)線連接到系統(tǒng)中的傳感器，來(lái)收集有關(guān)家庭、居住者和其他條件的數(shù)據(jù)，然后在算法和人工智能（AI）中使用這些數(shù)據(jù)以提高用戶與設(shè)備交互的質(zhì)量。這種智能數(shù)據(jù)的使用水平可以創(chuàng)建智能家居環(huán)境，允許用戶使用最少的語(yǔ)音命令控制周圍區(qū)域，并使得智能家居能夠更自動(dòng)的調(diào)整它的設(shè)備。

新技術(shù)使用居住者出席、位置和其他環(huán)境信息（例如溫度或濕度）來(lái)提供情境豐富的應(yīng)用和服務(wù)，預(yù)測(cè)用戶需求并基于狀態(tài)感知去激活照明、恒溫器和其他智能家居設(shè)備。這些由人工智能和智能傳感器設(shè)備驅(qū)動(dòng)的情境感知的智能家居應(yīng)用只有在芯片級(jí)技術(shù)增強(qiáng)的情況下才有可能實(shí)現(xiàn)，這些技術(shù)增強(qiáng)能夠?qū)崿F(xiàn)更長(zhǎng)的電池壽命、更遠(yuǎn)的通信距離、更強(qiáng)的智能邊緣計(jì)算、以及更高的安全等級(jí)。

新型傳感器

智能家居中的情境數(shù)據(jù)來(lái)自家庭中的設(shè)備，例如物體感應(yīng)傳感器、可穿戴設(shè)備、溫度和安全傳感器、以及收集室外數(shù)據(jù)的環(huán)境傳感器。

今天的智能家居專注于控制和管理，允許用戶和房主去執(zhí)行命令來(lái)打開燈、調(diào)節(jié)溫度、看看誰(shuí)在家。這些功能基于連接智能家居設(shè)備的各種無(wú)線協(xié)議，包括Wi-Fi、Bluetooth、Thread和Z-Wave。這些通信協(xié)議中的每一種都提供一組功能，而且設(shè)備制造商選擇的協(xié)議能夠影響設(shè)備在智能家居環(huán)境中的操作方式，以及智能操作的能力。

這些無(wú)線技術(shù)中的每一種都有利有弊。以下是一些潛在的限制：大多無(wú)線設(shè)備采用電池供電；通信距離短，需要擴(kuò)展器；較低的處理能力以減少電池消耗。這些限制可能會(huì)阻止智能家居真正智能化。室內(nèi)外的遠(yuǎn)程設(shè)備可能無(wú)法到達(dá)，電池供電設(shè)備（例如無(wú)線傳感器）可能需要經(jīng)常更換。

現(xiàn)在想象一下一個(gè)采用紐扣電池供電可運(yùn)行10年的無(wú)線傳感器，它可以被安裝到家中的新位置，并為機(jī)器學(xué)習(xí)引擎提供傳感器數(shù)據(jù)，通過(guò)結(jié)合有關(guān)天氣、設(shè)備和時(shí)間等數(shù)據(jù)來(lái)編程和實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用，該機(jī)器學(xué)習(xí)引擎能夠理解周圍環(huán)境，從而將自適應(yīng)的自動(dòng)化帶入家庭。這些進(jìn)步能夠使房主獲得保險(xiǎn)折扣、降低能源費(fèi)用、并提高家人的安全。

例如，下一代Z-Wave 700系列芯片組將實(shí)現(xiàn)更多新功能：更長(zhǎng)距離、更低的功耗以支持紐扣電池供電情況下使用壽命達(dá)十年、提升的處理能力使更快更節(jié)能的邊緣計(jì)算更加智能。

這些功能能夠?yàn)樯形磳?shí)現(xiàn)的新型傳感器提供機(jī)會(huì)。700系列Z-Wave平臺(tái)的節(jié)能遠(yuǎn)程無(wú)線通信將使得智能家居傳感器跳出當(dāng)前的限制，使得智能家居能夠延伸到庭院和車道盡頭，并無(wú)縫覆蓋家庭中的多層建筑。該平臺(tái)極低的功耗將使得新型的小尺寸Z-Wave傳感器能夠安裝到諸如家具內(nèi)等新位置。

情境感知的應(yīng)用需要更高的處理能力和更多內(nèi)存，以便能夠在邊緣快速處理決策及復(fù)雜的應(yīng)用，在一秒鐘內(nèi)完成安全融合，且無(wú)需協(xié)處理器。

在小型電池供電情況下設(shè)備能夠使用更長(zhǎng)時(shí)間對(duì)于智能化智能家居尤為重要，這是因?yàn)橹悄芗揖拥膫鞲衅饕軌虮话惭b到家庭的干砌墻內(nèi)，不容易遭受浸水或滲漏的地方，甚至郵箱內(nèi)。來(lái)自這些傳感器的信息可以傳送到虛擬助手，使其有能力了解家居環(huán)境。這種方法有雙重好處，即擁有更精準(zhǔn)且數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的能力以預(yù)測(cè)安全風(fēng)險(xiǎn)，以及支持新的智能家居使用場(chǎng)景。

通過(guò)郵箱中的傳感器，未來(lái)的智能家居可以在郵件或者包裹達(dá)到后閃燈或發(fā)送推送通知。室內(nèi)環(huán)境條件發(fā)生異常也可被跟蹤以防止危害發(fā)生，例如地下室中的傳感器可以追蹤濕度隨時(shí)間的變化，這可能指示漏水或霉變。

基礎(chǔ)互操作性

情境感知的智能家居依賴于多個(gè)設(shè)備收集數(shù)據(jù)，將其無(wú)線傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備，然后在接收到該數(shù)據(jù)后執(zhí)行操作。例如，Wi-Fi的推出是為了提供連續(xù)的數(shù)據(jù)流，這些數(shù)據(jù)可以穿過(guò)墻壁并將計(jì)算機(jī)連接到寬帶而無(wú)需線纜。Bluetooth是為短距離數(shù)據(jù)傳輸而創(chuàng)建的，例如在耳機(jī)和移動(dòng)電話之間通信。在物聯(lián)網(wǎng)之前，兩種技術(shù)都存在不被重視的因素。例如，傳統(tǒng)的Wi-Fi技術(shù)消耗較多的能量而不適用于電池供電設(shè)備，藍(lán)牙設(shè)計(jì)用于靠近的兩個(gè)物體之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，而不是整幢樓中的無(wú)線設(shè)備。

使用2.4 GHz頻段的后續(xù)演變技術(shù)，例如Zigbee，也推出了智能產(chǎn)品，這些產(chǎn)品專為各種無(wú)線應(yīng)用而優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如照明、智能家居和智能能源等。其他技術(shù)，如Z-Wave，選擇創(chuàng)建生態(tài)系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)跨品牌互操作性是主要目標(biāo)。使用不那么擁擠的900MHz頻段的Z-Wave采用一組開放的描述符和規(guī)則，允許來(lái)自任何制造商的不同類型的多個(gè)對(duì)象之間通過(guò)通用語(yǔ)言交互。憑借其強(qiáng)制要求互操作性和安全性的決策，Z-Wave迄今已經(jīng)能夠開發(fā)出最大的智能家居產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)。

在購(gòu)買智能家居產(chǎn)品時(shí)，設(shè)備連接可能不是消費(fèi)者的首要考慮因素，他們更專注于每個(gè)設(shè)備的功能。我們正處于智能家居采用曲線的初期；隨著DIY向前發(fā)展和房主增加更多設(shè)備來(lái)創(chuàng)建智能家居生態(tài)系統(tǒng)而不是少數(shù)單一設(shè)備，互操作性將變得至關(guān)重要。燈泡、智能鎖和恒溫器現(xiàn)在可能不會(huì)相互通信，并且可能有不同的應(yīng)用程序，但如果設(shè)備間不能通信，智能家居就無(wú)法發(fā)展。實(shí)現(xiàn)智能交互的唯一方式是在各設(shè)備間采用強(qiáng)制安全和通用通信語(yǔ)言。

情境感知的智能家居安全性

對(duì)于可連接設(shè)備、其平臺(tái)和操作系統(tǒng)、其通信甚至是它們所連接的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)了眾多新的安全風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。當(dāng)關(guān)系到了解居住者和家庭成員位置的傳感器時(shí)，這將變得更加個(gè)性化并且越來(lái)越受到消費(fèi)者的關(guān)注。鑒于新型智能家居設(shè)備功能的覆蓋范圍，網(wǎng)絡(luò)安全在物聯(lián)網(wǎng)中變得越來(lái)越重要，許多行業(yè)的公司正在急于滿足提高安全性的需求。

在各種智能家居協(xié)議中，Z-Wave建立較早；因此它最注重網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，并已經(jīng)推出了名為Z-Wave Security 2（S2）的安全框架。在S2之前，Z-Wave安全建立在應(yīng)用層之上。那時(shí)它由制造商來(lái)落實(shí)安全性，然而并非所有制造商都具有相同水平的專業(yè)知識(shí)，也不都認(rèn)可安全的重要性?，F(xiàn)在使用S2，由于黑客無(wú)法繞過(guò)安全應(yīng)用層，因此所有傳輸都是安全的。大幅提升的安全性直接建立在協(xié)議中，制造商可以專注于開發(fā)更加智能、交互更強(qiáng)的智能家居產(chǎn)品。

新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在推動(dòng)無(wú)線連接和邊緣智能的融合。電池壽命為十年或更長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)線傳感器現(xiàn)在可以安裝在智能家居中難以觸及的位置，這使得物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠自動(dòng)響應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件和用戶偏好。

今天，美國(guó)家庭平均已經(jīng)擁有6到10臺(tái)智能設(shè)備。 Z-Wave平臺(tái)的進(jìn)步將在整個(gè)智能家居中實(shí)現(xiàn)無(wú)處不在且經(jīng)濟(jì)的感測(cè)，這使得每個(gè)家庭部署數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)Z-Wave設(shè)備成為可能且可行，并且可以同時(shí)與當(dāng)前安裝的數(shù)百萬(wàn)的Z-Wave設(shè)備和網(wǎng)關(guān)保持互操作性。