逐層解析系統成功條件　台廠進軍智慧家庭有路可循

想像未來智慧家庭場景：假設在你回家的路上，隨身的手機先將GPS位置回傳到家庭控制中心，溫溼度調節也在適當的時間預先啟動，來到家門口時，具智慧感測的電子鎖自動幫你開門。換一種場景，你在辦公室時想起晚上有朋友要來家裡小酌幾杯，於是立刻拿起手機以語音下達指令：「管家，如果冰箱白葡萄酒剩不到三瓶，幫我訂一手白葡萄酒」，晚上回到家時，警衛室已經有一手白葡萄酒在等待著你簽收；另外，居家監控的需求是居家安全的基本保障，所以此功能發展最早，也是智慧家庭核心功能之一，讓你無論身在何處，都能即時監看住家內外，並能控制門窗及警報系統。

其實所謂智慧家庭至今仍無一個完整的定義，它的展現取決於人類無窮的創意，在使用情境的呈現上，通常會朝幾個方向發展：舒適性、節能性、安全性、隱私保護、自動化與個人化控制。從全球最受產業界矚目的盛事－國際消費電子展(CES)，可以一窺智慧家庭未來發展趨勢，今年在2017 CES展出的智慧家庭應用，其中最重要的可以說是「Alexa」，會場中LG、Samsung、Whirlpool、Lenovo皆推出搭載Alexa的智慧家電，預計Alexa將持續在2017年獨領風騷，可見Amazon的腳步明顯領先其他競爭對手。 同時進入智慧家庭市場的新產品還有Moen的智慧淋浴系統，使用者可以透過智慧手機預先調整好水溫；Sevenhugs的Smart Remote是款智慧遙控器，只要對準智慧家電，螢幕上就會顯示出該家電的控制介面，非常便捷；Kolibree的智慧牙刷每周會分析你刷牙的習慣與缺點；SimpleHuman的垃圾桶可以用語音控制開關，並且在垃圾袋快用完時連接到Amazon訂購垃圾袋。

上述都是智慧家庭的情境與應用，在接下來章節中，我們將分析智慧家庭子系統，子系統的實體層與應用層的連結與運作，及智慧家庭成熟前須克服的關卡，最後筆者將綜觀分析台灣廠商的進展。

智慧家庭的組成

智慧家庭是一個龐大而精緻的系統，包含幾項功能子系統：控制系統、照明控制、安全監控(包含防盜和防災)、居家品質控制、居家照護、居家娛樂與智慧廚房。從裝置面來看，可分為終端設備、控制中心、雲端與手持裝置，以下就其中幾個子系統來觀察其現狀與趨勢發展。

控制系統

智慧家庭的控制中樞，至少有兩種實現方式，第一是建置在家中的控制器，控制器能依照需求監控家中各類家電和感測器，並導入人工智慧，例如自動感測環境光線以調整照明亮度，或是感測溫度並依據家庭成員調整為個人喜愛的蓮蓬頭出水溫度與強度。技術上，強調深化人工智慧和語音辨識技術，通常以管家的身分呈現，例如Amazon Echo的Alexa和Google Home的Google Assistant。另一種控制系統則是建置在雲端，使用者以智慧手持裝置操作的子系統，例如iPhone/iPad/Apple Watch上的Siri；技術上亦是人工智慧和語音辨識技術的深化，第二種控制差異在於人工智慧控制運作在雲端，辨識技術運作在手持裝置上。值得注意的是，Amazon Echo與Google Home的控制還是依賴雲端的個人資訊及雲端服務。

照明控制

自動調節光照亮度及色溫、動作感應、無線控制與遠端控制已經被廣泛應用到各式產品，而且能夠處理多數的產品需求。使用者使用遠端控制可以透過家庭控制中心或是智慧手機，由於照明設備本身有接電，所以無線控制不需要特別要求採用低功耗通訊技術如藍芽或Zigbee，也因此採用Wi-Fi的終端設備非常多。另由於LED的導入，燈光顏色的選擇變多了，照明亦可更容易地與其他服務整合，如在CES 2017展出的智慧LED燈泡Qube內置Wi-Fi和藍牙天線，可以相互傳輸數據、協同工作，根據天氣預報觸發色溫改變。

安全監控

安全監控是發展最早的智慧家庭子系統，1990年代起，保全系統業者鋪建門窗紅外線進行偵控及遠端影像監控；近年來由於影像辨識技術進步與物聯網系統逐步成熟，更精巧的安全機制已經建立。如影像辨識電子鎖、根據智慧手持裝置位置開啟或關閉門窗的監控系統、辨識動物誤觸，應用在優化防盜功能；除此之外，360度環景影像以及高畫質的加密視訊儲存雲端技術也已逐漸成熟。在防災方面，已經發展火災、水災、煙霧、瓦斯、漏水與漏電的感測系統，在災害發生時也能同步啟動防災機制，如灑水、開啟門窗、斷水、斷電等，並即時通知家庭成員或警消單位。安全監控也能與照明控制結合，例如度假離開家時，晚上會設定照明啟閉的模式，模擬住在家裡的情形，以達到防盜的作用。

居家品質控制

包含溫度、空氣濕度、物體表面潮濕度、空氣品質指數資訊的讀取以及對冷暖氣機、除濕機、空氣清淨機的控制。良好的控制除了讓生理上感覺舒適，對於身體健康與建築物的保養也都有幫助。大部分的產品都提供透過遠端智慧手機或網頁的資訊讀取與控制，控制的手法不外乎事件驅動、固定排程或者節能模式。目前市面上尚未見到針對不同家人實行的個人化控制；對於噪音的控制，目前有文章討論，但還沒有實際的產品問世。

居家照護

老人、兒童和寵物都屬於家中需要高度關注的成員；早期遠端的視訊監控是最基本的需求，危險狀態(例如針對跌倒行為)的自動偵測與通報則屬於進階設計。近年來智慧居家照護漸漸地往醫療照護發展，通過偵測如心電圖、血壓、血氧、血糖、心跳與體溫等生理資訊，再透過室內無線傳輸系統傳遞到雲端或是照護機構伺服器端，以啟動對應的健康管理或照護服務。此外，透過日常活動收集生理資訊，例如能量測體重與體脂肪的馬桶，可評估睡眠品質的床鋪，可感測動作判斷人體活動量的攝影機，這些方案都能在不影響被照護者的生活前提下收集他們的生理資訊。

近年來多款居家機器人面市，能夠和人進行對話，並處理簡易的工作，對於受照護者的心理照顧也能發揮一定作用。寵物照護方面，目前可做到遠端餵食與監控；至於從遠端下命令讓居家機器人陪寵物玩的功能，相信指日可待。

智慧家庭的運作平台

實體層傳輸系統 通常智慧家庭終端設備的資訊都會先以無線傳輸方式送到家庭的閘道器後，再上傳到雲端或伺服器，因為有些資訊可以立刻被解讀和處理，常見的無線傳輸系統為Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee與Z-Wave；那麼，有任何一種傳輸系統可以完全主宰智慧家庭網路嗎？下面簡單介紹各個系統適用的場景與其限制。 Wi-Fi是成熟的傳輸系統，Wi-Fi AP(Access Point)幾乎存在於每個家庭，並已成為室內無線通訊的要角，可涵蓋數十公尺的傳輸範圍以及高頻寬，然而此特性也意味著高耗能，所以通常採用Wi-Fi的智慧家庭終端設備都會連接室內電源，如視訊監控攝影機。

Bluetooth是1994年由Ericsson發展的短距離傳輸系統，時至2017年已經發展到Bluetooth 5.0。近年來新增了Bluetooth LE(Low Energy)以及Mesh Network，低功耗的特性讓終端設備不用外接電源即可使用數周。Mesh Network形成了無死角的室內網路，加上智慧手機幾乎都有Bluetooth功能，所以Bluetooth被智慧家庭終端採用一點也不意外，居家照護的生理偵測器通常就是採用Bluetooth。

Z-Wave與Zigbee耗電量比Bluetooth LE還低，也能形成Mesh Network，不過頻寬也非常低，Z-Wave最高頻寬僅40kbit/s。Zigbee可以支持較多的網路節點，也能支持多種網路拓撲，加上底層有IEEE802.15.4的技術根基，先天上就比Z-Wave佔有優勢；然而因Z-Wave當初制定就是以家庭自動化為目標，加上有Cisco、Intel、Microsoft等大廠的支持，Z-Wave與Zigbee可謂旗鼓相當。 表1總結室內無線通訊系統的特性，各有其優缺點，短期內看不出有獨大或者被取代的系統。

表1 室內無線通訊相關技術標準

應用層平台

主要的幾個智慧家庭的平台有：Amazon Alexa Skills Kit(ASK)、Google Home Platform和Apple HomeKit。Amazon在2014年開始積極切入智慧家庭的產品，包含早期的Amazon Echo以及最新的Echo Dot，為了讓Alexa能夠整合更多第三方應用成為線上服務平台，Amazon在2015年推出軟體開發套件ASK，讓軟硬體開發者可將Alexa語音服務整合至他們的產品，更推出高達1億美元的Alexa創投基金以鼓勵開發者多加應用Alexa語音服務。

Google Home Platform原本就架構在Google生態系統上，搭配Google強大多樣的雲端服務與搜尋引擎，Google一直以來保有的開放性架構自然吸引眾多開發者投入。從服務來看，Amazon與Google在人工智慧上已不相上下，Alexa重視貼近使用者日常生活，Amazon在數位內容服務以及電商整合較為出色，Google則在雲端服務與搜尋引擎的表現較為突出。

Apple HomeKit為家中設備通訊提供標準化協定，讓設備擁有獨立識別碼，可互相對話，使用者可透過iOS裝置(iPhone/iPad/Apple Watch)進行控制，HomeKit設備均可通過Siri控制；但由於Apple對於安全性要求非常高，要成為Apple認證的HomeKit設備並不容易，必須採用認證晶片以及韌體，因此設備數量成長緩慢。

跨平台的雲端服務

在軟體的世界裡，創意無所不在，著名的雲端服務平台IFTTT(If This Then That)是一個連結許多常用網路服務的自動化工具，使用者能指定網路服務A在滿足某個條件後，觸發另一個網路服務B進行某個反應行動，這整個流程被稱為一個自動化任務，例如：當臥室的溫度超過30度，就發送通知到使用者的手機。因為IFTTT的便捷與跨平台性，Amazon、Apple以及Google相繼支援IFTTT，這意味著不同平台的設備間將有機會互相溝通。

智慧家庭成功的關鍵

智慧家庭產業在軟硬體技術的進步以及科技大廠的投入下，已經邁向高度成長；然而這類科技產品最終能否被接受並融入生活，還有幾個問題待克服：第一是「設備使用的難易度」，科技產品日新月異，安裝與操作必須讓男女老少都能簡易上手，否則容易被束之高閣；智慧家庭產品應在初次安裝時能用最精簡的步驟進行配對與認證；在操作介面上，很多終端設備還是採取傳統人機介面，方便長輩能更直覺地操作。

第二是「產品價格的合理性」，比如說安全監控設備，或許功能較現行保全系統優異，但是設備價格及後續維護費用影響消費者採用。第三是「滿足預期的效益」，智慧家庭讓居住品質提高，但若無法做到節能，或是感測器的穩定性差，將可能遇到災害時無法動作的嚴重情形；如能具有大同電鍋般的穩定品質，自然就能提高使用者的信心；最重要的是要顧及安全性，既然身為智慧家庭系統，感測器或攝影機收集到的資訊通常很私密，也會透露出用戶的日常作息，如果這些資訊被竊取，很可能會影響到用戶的人身安全，所幸這些問題都已獲得正視，智慧家庭方案也已日趨成熟。

台廠的切入點

從終端產品的垂直供應鏈來看，上游的晶片設計與中游的軟硬體系統整合都屬台廠強項，例如從事晶片設計的廠商包含新唐、奇景、凌陽以及眾多的系統廠商。從智慧家庭子系統的建置來看，中華電信和遠傳電信提供的方案主要是安全監控及居住品質監測，華碩也提供類似的子系統組合，另外個別的子系統方案還有正識科技的照明控制和物聯智慧的安全監控等。在較高階的軟體系統或是智慧管家這部分，台廠目前較缺乏自行開發能力，屬於平台的追隨者。例外的是華碩深耕多年的Zenbo機器人，若能跟智慧家庭深度結合，或許能走出一條不同的路。

除了智慧管家外，智慧家庭的終端設備與個別的子系統，技術門檻不會過高，由於MIT已經具備品質保證，筆者相信在提升工業設計美感和加強行銷後，台廠將有一定的能見度與接受度。台灣正步入高齡化社會，加上健保制度已實施20餘年，長照法案也在年初通過，健康管理與醫療照護觀念較為進步，智慧居家照護子系統是一個極具發展潛力的市場，台廠可先深耕國內市場練兵，再開拓國際市場。全面性的智慧家庭系統設計，複雜程度高，還需要有中心思想與設計邏輯，並推演出個別場景的運作方式，設計出風格一致的產品，形成協調與一致的智慧家庭生活型態，相信這是台廠還需要努力的地方。

(本文作者為新唐科技物聯網技術發展處長)