近十年來，智慧家庭應用持續發展，上市產品和智能家居裝置的數量皆穩定成長。Futuresource Consulting近期發表的調查報告指出，全世界的智能家居裝置今（2018）年銷售額將達60億美元，預測至2021年，銷售額可望成長三倍。

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

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

智能家居日漸風行

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

這種新興技術透過搜集住戶實況、位置和其他環境信息，例如溫度或濕度條件，觸發情境式的應用與服務，透過感測信息預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動的情境式智能家居應用裝置，只有在芯片級技術增強的情況下才能延長電池壽命、遠距離應用、邊緣智能運算并提升安全性。

新一代傳感器

智能家居應用的情境感測數據來自家中各種裝置，譬如在場傳感器（occupancy sensor）、穿戴式設備、溫度和監控設備，以及偵測住家外部環境的傳感器。

目前智能家居應用側重控制和管理，讓使用者和屋主能夠執行開關燈、調整溫度的指令，并掌握居家動態。這些智能家居應用以無線協議來連接各種設備，包括Wi-Fi、Bluetooth、Thread、Zigbee和Z-Wave等，這些通訊標準各有特色，無線協議的選用將直接影響裝置的功能定位和運作。

這些無線技術的應用各有利弊，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損耗等潛在缺點，限制了智能家居裝置的應用范圍。從室內到庭院的遠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，便能向機器學習引擎提供感測數據，結合天氣、裝置，以及每日編程觸發信息，智能應用裝置便能夠判斷場景，進而將自動化適應帶入居家生活。這些進展能讓住戶獲得保險折扣、節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中的新款傳感器提供新契機。Z-Wave平臺700系列的節能、遠距無線通信特色，讓智慧家庭傳感器突破現有的框架，將應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。

這些情境感測式應用需要強大的處理能力和更多內存為基礎，才能在瞬間實現邊緣運算的決策和復雜應用，而不需要加裝協同處理器。

當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，電池的續航力對智能家居應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、數據驅動效能，預測安全或潛在危險，并增加智能家居應用案例。

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

以互操作性為基礎

智慧家庭的情境感測是透過多具裝置搜集數據，無線傳輸到另一端后，根據感測資料進行反應。例如Wi-Fi是為了讓連續的數據流能夠穿透墻壁，將計算機與寬帶無線連接；開發Bluetooth則是為了短距離的數據傳輸，例如將耳機連接到手機。在物聯網發明之前，這兩種技術的附加但書并非至關重要，例如傳統的Wi-Fi技術在電池裝置上的操作非常耗電，Bluetooth技術主要是為近距離裝置的提供點對點連接，而非為充滿無線設備的大樓所設計。

后續的技術發展如采用2.4 GHz頻段的Zigbee產品，便是透過專用無線「術語」優化各種應用，例如照明、智能家居和智能能源。以Z-Wave技術打造的生態系統，則強調跨品牌的互操作性，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則，讓由不同制造商出產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才能開發出最具規模的智能家居應用系統。

在購買智能家居產品時，裝置的聯機能力不見得是消費者的首要考慮，他們通常較為關注各個裝置的應用功能。我們都是智慧家庭技術的第一線用戶，透過DIY產品開發，住戶不再受限于單一裝置，而能夠為智能家居的生態系統添加其他互聯設備。因此，裝置的互操作性未來將成為首要之務。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用程序，但智能家居的發展卻與跨裝置通訊息息相關，若要實現各種裝置之間的智能互聯，并確保安全規范，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用的安全性

物聯網為裝置連接、平臺與操作系統、通訊、甚至是聯機系統，帶來全新的安全風險與挑戰。當傳感器搜集的數據涉及住戶與家庭成員位置時，這項應用顯得更加私密，使消費者的疑慮有增無減。隨著智能家居應用功能更加廣泛。信息安全無疑是物聯網的關鍵議題，許多企業也開始重視安全性的需求。

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

新興的IoT技術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，已經能夠被嵌入過去智慧家庭中難以觸及的位置，使物聯網能自動化響應變動的環境條件與用戶偏好。

目前美國家庭平均每戶安裝6到10個智慧家庭設備。Z-Wave平臺的發展實現智慧家庭中，無所不在且經濟實惠的感測環境，使每戶家庭能夠安裝并運作數十個，甚至數百個Z-Wave裝置，同時維持上百萬具裝置和網關的互操作性。