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作者: 新唐科技股份有限公司 物联网技术发展处 尹维铭处长
21世纪初期，科技产业面临网际网路经济泡沫化，以网际网路为基础的商业模式逐渐消退；网路建设在经历20世纪末期的蓬勃发展后，以网际网路为辅的商业产品相应兴起，因而成就了智慧家电。LG在2000年推出了世界第一台网路冰箱R-S37CT，不仅可以自动上网采买商品，还能拨打视讯电话；随后，智慧咖啡机、扫地机器人、网路电视等智慧家电也相继面市，这些产品除了改善物质生活，也让我们获得了更多的时间。
想象未来智慧家庭场景：假设在你回家的路上，随身的手机先将GPS位置回传到家庭控制中心，温湿度调节也在适当的时间预先启动，来到家门口时，具智慧感测的电子锁自动帮你开门。换一种场景，你在办公室时想起晚上有朋友要来家里小酌几杯，于是立刻拿起手机以语音下达指令：「管家，如果冰箱白葡萄酒剩不到三瓶，帮我订一手白葡萄酒」，晚上回到家时，警卫室已经有一手白葡萄酒在等待着你签收；另外，居家监控的需求是居家安全的基本保障，所以此功能发展最早，也是智慧家庭核心功能之一，让你无论身在何处，都能即时监看住家内外，并能控制门窗及警报系统。
其实所谓智慧家庭至今仍无一个完整的定义，它的展现取决于人类无穷的创意，在使用情境的呈现上，通常会朝几个方向发展：舒适性、节能性、安全性、隐私保护、自动化与个人化控制，全球最受产业界瞩目的盛事－CES，可以一窥智慧家庭未来发展趋势，今年度在2017 CES展出的智慧家庭应用，其中最重要的可以说是「Alexa」，会场中LG、Samsung、Whirlpool、Lenovo皆推出搭载Alexa的智慧家电，预计Alexa将持续在2017年独领风骚，可见Amazon的脚步明显领先其他竞争对手；同时进入智慧家庭市场的新产品还有Moen的智慧淋浴系统，使用者可以透过智慧手机预先调整好水温；Sevenhugs的Smart Remote是款智慧遥控器，只要对准智慧家电，萤幕上就会显示出该家电的控制介面，非常便捷；Kolibree的智慧牙刷每周会分析你刷牙的习惯与缺点；SimpleHuman的垃圾桶可以用语音控制开关，并且在垃圾袋快用完时连接到Amazon订购垃圾袋。 上述都是智慧家庭的情境与应用，在接下来章节中，我们将分析智慧家庭子系统，子系统的实体层与应用层的连结与运作，及智慧家庭成熟前需克服的关卡。
智慧家庭的组成 智慧家庭是一个庞大而精致的系统，包含几项功能子系统：控制系统、照明控制、安全监控(包含防盗和防灾)、居家品质控制、居家照护、居家娱乐与智慧厨房。从装置面来看，可分为终端设备、控制中心、云端与手持装置，我们就其中几个子系统来观察其现状与趋势发展。
控制系统 智慧家庭的控制中枢，至少有两种实现方式，第一是建置在家中的控制器，控制器能依照需求监控家中各类家电和感测器，并导入人工智慧，例如自动感测环境光线以调整照明亮度，或是感测温度并依据家庭成员调整为个人喜爱的莲蓬头出水温度与强度。技术上，强调深化人工智慧和语音辨识技术，通常以管家的身分呈现，例如Amazon Echo的Alexa和Google Home的Google Assistant。另一种控制系统则是建置在云端，使用者以智慧手持装置操作的子系统，例如iPhone/iPad/Apple Watch上的Siri；技术上亦是人工智慧和语音辨识技术的深化，第二种控制差异在于人工智慧控制运作在云端，辨识技术运作在手持装置上。值得注意的是，Amazon Echo与Google Home的控制还是依赖云端的个人资讯及云端服务。
照明控制 自动调节照光亮度及色温、动作感应、无线控制与远端控制已经被广泛应用到各式产品，而且能够处里多数的产品需求。使用者使用远端控制可以透过家庭控制中心或是智慧手机，由于照明设备本身有接电，所以无线控制不需要特别要求采用低功耗通讯技术如蓝芽或Zigbee，也因此采用Wi-Fi的终端设备非常多。另由于LED的导入，灯光颜色的选择变多了，照明亦可更容易地与其他服务整合，如在CES 2017 展出的智慧LED灯泡Qube内置Wi-Fi和蓝牙天线，可以相互传输数据，协同工作，根据天气预报触发色温改变。
安全监控 安全监控是发展最早的智慧家庭子系统，1990年代起，保全系统业者铺建门窗红外线进行侦控及远端影像监控；近年来由于影像辨识技术进步与物联网系统逐步成熟，更精巧的安全机制已经建立，如影像辨识电子锁、根据智慧手持装置位置开启或关闭门窗的监控系统、辨识动物误触，此些技术应用在优化防盗功能；360度环景影像以及高画质的加密视讯储存云端技术已逐渐成熟。在防灾方面，已经发展火灾、水灾、烟雾、瓦斯、漏水与漏电的感测系统，在灾害发生时也能同步启动防灾机制，如洒水、开启门窗、断水、断电等，并即时通知家庭成员或警消单位。安全监控也能与照明控制结合，例如渡假离开家时，晚上会设定照明启闭的模式，模拟住在家里的情形，以达到防盗的作用。
居家品质控制 包含温度、空气湿度、物体表面潮湿度、空气品质指数资讯的读取以及对冷暖气机、除湿机、空气滤净机的控制。良好的控制除了让生理上感觉舒适，对于身体健康与建筑物的保养也都有帮助。大部分的产品都提供透过远端智慧手机或网页的资讯读取与控制，控制的手法不外乎事件驱动、固定排程或者节能模式。目前市面上尚未还没见到针对不同家人实行的个人化控制；对于噪音的控制，目前有**讨论，但还没有实际的产品问世。
居家照护 老人、儿童和宠物都属于家中需要高度关注的成员；早期远端的视讯监控是最基本的需求，危险状态(例如针对跌倒行为)的自动侦测与通报则属于进阶设计。近年来智慧居家照护渐渐地往医疗照护发展，通过侦测如心电图、血压、血氧、血糖、心跳与体温等生理资讯，再透过室内无线传输系统传递到云端或是照护机构伺服器端，以启动对应的健康管理或照护服务或透过日常活动收集生理资讯，例如能量测体重与体脂肪的马桶，可评估睡眠品质的床铺，可感测动作判断人体活动量的摄影机，这些方案都能在不影响被照护者的生活前提下收集他们的生理资讯。近年来多款居家机器人面市，能够和人进行对话，并处理简易的工作，对于受照护者的心理照顾也能发挥一定作用。宠物照护方面，目前可做到远端喂食与监控；至于从远端下命令让居家机器人陪宠物玩的功能，相信指日可待。
智慧家庭的运作平台 实体层传输系统 通常智慧家庭终端设备的资讯都会先以无线传输方式送到家庭的集中器后，再上传到云端或伺服器，因为有些资讯可以立刻被解读和处理，常见的无线传输系统为Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee与Z-Wave；那么，有任何一种传输系统可以完全主宰智慧家庭网路吗？下面简单介绍各个系统适用的场景与其限制。 Wi-Fi是成熟的传输系统，Wi-Fi AP(Access Point)几乎存在于每个家庭，并已成为室内无线通讯的要角，可涵盖数十公尺的传输范围以及高频宽，然而此特性也意味着高耗能，所以通常采 用Wi-Fi的智慧家庭终端设备都会连接室内电源，如视讯监控摄影机。
Bluetooth是1994年由Ericsson发展的短距离传输系统，时至2016年已经发展到Bluetooth 5.0。近年来新增了Bluetooth LE(Low Energy)以及Mesh Network，低功耗的特性让终端设备不用外接电源即可使用数周。Mesh Network形成了无死角的室内网路，加上智慧手机几乎都有Bluetooth功能，所以Bluetooth被智慧家庭终端采用一点也不意外，居家照护的生理侦测器通常就是采用Bluetooth。 Z-Wave与Zigbee耗电量比Bluetooth LE还低，也能形成Mesh Network，不过频宽也非常低，Z-Wave最高频宽仅40kbps。Zigbee可以支持较多的网路节点，也能支持多种网路拓朴，加上底层有IEEE802.15.4的技术根基，先天上就比Z-Wave占有优势；然而因Z-Wave当初制定就是以家庭自动化为目标，加上有Cisco、Intel、Microsoft等大厂的支持后，Zigbee与Z-Wave可谓旗鼓相当。
表一：室内无线通讯系统
表一总结室内无线通讯系统的特性，各有其优缺点，短期内看不出有独大或者被取代的系统。
应用层平台 主要的几个智慧家庭的平台有：Amazon Alexa Skills Kit(ASK)、Google Home Platform和Apple HomeKit。Amazon在2014年开始积极切入智慧家庭的产品，包含早期的Amazon Echo以及最新的Echo Dot，为了让将Alexa能够整合更多第三方应用成为线上服务平台，Amazon在2015年推出软体开发套件ASK，让软硬体开发者可将Alexa语音服务整合至他们的产品，更推出高达1亿美元的 Alexa创投基金以鼓励开发者多加应用Alexa语音服务。Google Home Platform原本就架构在Google生态系统上，搭配Google强大多样的云端服务与搜寻引擎，Google一直以来保有的开放性架构自然吸引众多开发者投入。从服务来看，Amazon与Google在人工智慧上已不相上下，Alexa重视贴近使用者日常生活，Amazon在数位内容服务以及电商整合较为出色，Google则在云端服务与搜寻引擎的表现较为突出。Apple Homtkit为家中设备通讯提供标准化协定，让设备拥有独立识别码，可互相对话，使用者可透过 iOS 装置(iPhone/iPad/Apple Watch)进行控制，HomeKit 设备均可通过 Siri 控制；但由于Apple对于安全性要求非常高，要成为Apple认证的Homekit设备并不容易，必须采用认证晶片以及韧体，因此设备数量成长缓慢。
跨平台的云端服务 在软体的世界里，创意无所不在，著名的云端服务平台IFTTT (If This Then That)是一个连结许多常用网路服务的自动化工具，使用者能指定网路服务A在满足某个条件后，触发另一个网路服务B进行某个反应行动，这整个流程被称为一个自动化任务，例如：当卧室的温度超过30度，就发送通知到你的手机。因为IFTTT的便捷与跨平台性，Amazon、Apple、以及Google相继支援IFTTT，这意味着不同平台的设备间将有机会互相沟通。
智慧家庭成功的关键 智慧家庭产业在软硬体技术的进步以及科技大厂的投入下，已经迈向高度成长；然而这类科技产品最终能否被接受并融入生活，还有几个问题待克服：第一是「设备使用的难易度」，科技产品日新月异，安装与操作必须让**老少都能简易上手，否则容易被束之高阁；智慧家庭产品应在初次安装时能用最精简的步骤进行配对与认证；在操作介面上，很多终端设备还是采取传统人机介面，方便长辈能更直觉地操作。第二是「产品价格的合理性」，比如说安全监控设备，或许功能较现行保全系统优异，但是设备价格及后续维护费用影响消费者采用。第三是「满足预期的效益」，智慧家庭让居住品质提高，但是无法做到节能，或是感测器的稳定性差，将可能遇到灾害时无法动作的严重情形；如能具有大同电锅的稳定品质，自然就能提高使用者的信心；最重要的是要顾及安全性，既然身为智慧家庭系统，感测器或摄影机收集到的资讯通常很私密，也会透露出用户的日常作息，如果这些资讯被窃取，很可能会影响到用户的人身安全，所幸这些问题都已获得正视，智慧家庭方案也已日趋成熟。
厂商的切入点 从终端产品的垂直供应链来看，上游的晶片设计与中游的软硬体系统需整合，也就需要从事晶片设计的厂商，如新唐、奇景、凌阳以及众多的系统厂商。从智慧家庭子系统的建置来看，某些电信業者提供的方案主要是安全监控及居住品质监测，或是类似的子系统组合，另外个别的子系统方案还有正识科技的照明控制和物联智慧的安全监控等。在较高阶的软体系统或是智慧管家这部分，許多厂商目前较缺乏自行开发能力，属于平台的追随者。另外，筆者認為，华硕深耕多年的Zenbo机器人，若能跟智慧家庭深度结合，或许能走出一条不同的路。
除了智慧管家外，智慧家庭的终端设备与个别的子系统，技术门槛不会过高，笔者相信各厂商如花心力在提升工业设计美感和加强行销后，或許將有一定的能见度与接受度。許多國家陸續步入高龄化社会，加上健康管理与医疗照护观念逐漸进步，智慧居家照护子系统是一个极具发展潜力的市场，而全面性的智慧家庭系统设计，复杂程度高，还需要有中心思想与设计逻辑，并推演出个别场景的运作方式，设计出风格一致的产品，形成协调与一致的智慧家庭生活型态，相信这是各厂商还需要努力的地方。
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