近十年來，智慧家庭應用持續發展，上市產品和智慧家庭裝置的數量皆穩定成長。Futuresource Consulting近期發表的調查報告指出，全世界的智慧家庭裝置今(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。
智慧家庭產業的迅速成長與語音助理的普及息息相關，例如Amazon Alexa、Apple Siri和Google Home等熱門產品。這些語音助理帶動消費者對智慧家庭應用的興趣，儘管內建的功能有限，用戶卻能利用簡單且直覺的指令操作裝置。
隨著智慧家庭應用趨勢不斷開發，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。為了掌握智慧家庭產品的市場商機，製造商還必須克服複雜的技術挑戰，同時降低成本並加速產品上市週期。
智慧家庭的應用無所不在，這些居家應用能夠自動偵測和因應環境變化，透過感測技術蒐集使用者情境和環境條件。這些情境式應用是透過感測器與系統無線連接，蒐集住家、住戶和其他相關數據，將資料導入演算與人工智慧(AI)程序中，提升使用者與裝置的互動品質。運用這些情境感測數據打造出的智慧居家環境，使用者能夠以最簡易的語音指令控制周遭裝置，並自動化調整智慧家庭的各種應用。
這種新興技術透過蒐集住戶實況、位置和其他環境資訊，例如溫度或濕度條件，觸發情境式的應用與服務，透過感測資訊預測用戶的需求並判斷場景，啟動照明、恆溫器和其他裝置。這些由人工智慧和感測器驅動的情境式智慧家庭應用裝置，只有在晶片級技術增強的情況下才能延長電池壽命、遠距離應用、邊緣智慧運算並提升安全性。
新一代智慧家庭感測器
智慧家庭應用的情境感測數據來自家中各種裝置，譬如在場感測器(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感測器。
目前智慧家庭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，並掌握居家動態。這些智慧家庭應用以無線協定來連接各種設備，包括Wi-Fi、Bluetooth、Thread、Zigbee和Z-Wave等，這些通訊標準各有特色，無線協定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，限制了智慧家庭裝置的應用範圍。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，例如無線感測器。
不如想像一下，無線感測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，以及每日編程觸發資訊，智慧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、節省電源費用並加強居住安全。
舉例來說，新一代Z-Wave 700系列晶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，並以快速、節能的運算，提升智慧邊緣的處理效能。這些功能可能為一些開發中的新款感測器提供新契機。具備節能、遠距無線通訊特色的Z-Wave平台，將有助於讓智慧家庭感測器突破現有的框架，將應用裝置擴展到庭院和車道盡頭，並能縝密覆蓋住家的各個樓層。而感測器基於低功耗特性，能有效縮減外型尺寸，有利於被嵌入新裝置中，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記憶體為基礎，才能在瞬間實現邊緣運算的決策和複雜應用，而不須要加裝協同處理器。
當感測器被嵌入家中牆壁，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，電池的續航力對智慧家庭應用裝置便顯得格外重要。這些感測器資訊也能讓虛擬管家掌握居家情境，這種作法有雙重益處：以更精準的數據驅動效能，預測安全或潛在危險，並增加智慧家庭應用案例。
把感測器安裝在信箱裡，未來的智慧家庭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；或是將感測器安裝在地下室，便能根據長時間的濕度變化判斷是否漏水或發霉。
以裝置互通性為基礎
智慧家庭的情境感測是透過多具裝置蒐集數據，無線傳輸到另一端後，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牆壁，將電腦與寬頻無線連接；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並非至關重要，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。
後續的技術發展如市面上採用2.4GHz頻段的Zigbee產品，便是透過專用無線指令優化各種應用，例如照明、智慧家庭和智慧能源。以Z-Wave技術打造的生態系統，則強調跨品牌的互通性，Z-Wave採用較不擁擠的900MHz頻段，允許一套開放性的描述和規則，讓由不同製造商出產的各種裝置使用共通的語言。基於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慧家庭應用系統。
在購買智慧家庭產品時，裝置的連線能力不見得是消費者的首要考量，他們通常較為關注各個裝置的應用功能。智慧家庭技術的第一線使用者，透過DIY產品開發，住戶不再受限於單一裝置，而能夠為智慧家庭的生態系統添加其他互聯設備。因此，裝置的互通性未來將成為首要之務。燈光、智能鎖與恆溫器目前或許缺乏共通性並且可能有不同的應用程序，但智慧家庭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慧互聯，並確保安全規範，唯一的辦法就是採用共同的通訊語言。
智慧家庭情境感測應用的安全性
物聯網為裝置連接、平台與作業系統、通訊、甚至是連線系統，帶來全新的安全風險與挑戰。當感測器蒐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。隨著智慧家庭應用功能更加廣泛，資訊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。
在各種智慧家庭協定中，Z-Wave沿用已久，也最重視網路安全議題，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。由製造商實施安全性，然而並非所有製造商都能具備專業的知識水準，或意識到網路安全的重要性。目前透過S2安全架構使駭客無法輕易地繞過安全應用層，有效保障了資訊傳輸的安全性。通訊協定基礎大幅提升了傳輸安全，製造商便能更專注的開發高智能、高互動的智慧家庭應用產品。
新興的IoT技術加速無線連接和邊緣智慧功能整合。使用壽命至少十年以上的無線感測器，已經能夠被嵌入過去智慧家庭中難以觸及的位置，使物聯網能自動化回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平台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並運作數十個，甚至數百個Z-Wave裝置，同時維持上百萬具裝置和閘道的互通性。
(本文作者為芯科科技Z-Wave/IoT產品行銷經理)