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隨著無線技術與網際網路快速發展，以及智慧行動設備普及，為業界討論已久的‘智慧家庭’應用迎來全新的商業模式──經由感測器連結互連的連網裝置以實現物聯網(IoT)應用，從而實現家庭自動化，並加速帶動智慧照明、智慧監控、智慧電錶和家庭智慧娛樂領域進入大眾消費市場。

根據市場研究公司IDC預計，2020年全球IoT技術與服務產生的收入將從2012年的4.8兆美元增加到8.9兆美元，CAGR為7.9%；預計在2020年底時，連網裝置的裝機量將達到2,120億台。IDC強調，物聯網將改變一切，成為資通訊技術領域的一種新架構。

在IoT技術的推波助瀾下，智慧家庭可望成為繼智慧行動設備之後另一個新的消費電子成長領域，不僅為智慧家庭帶來新樣貌，為半導體產業供應商提供更多成長空間，同時，結合多種技術創新，還將催生更多元化的智慧家庭產品與應用。

IoT的基礎：無線連接平台

針對家庭中的智慧照明、智慧監控與娛樂系統等細分市場，無線連接技術是物聯網的基礎，也是實現智慧家庭產品功能的推手，特別是Wi-Fi、藍牙與ZigBee等主流技術，吸引業界半導體廠商紛紛開發相關無線連接產品解決方案。

德州儀器公司(TI)半導體事業部業務拓展經理周翔表示，TI ZigBee整合Wi-Fi的無線解決方案已經應用在智慧家庭領域。TI CC2538 SoC不僅高度整合了ARM Cortex-M3、記憶體與硬體加速器，還支援ZigBee以及其它諸如802.15.4與 6LoWPAN IPv6等基於IP的標準。

恩智浦半導體(NXP Semiconductors)資深業務拓展經理冷劍青指出，NXP去年第四季針對IoT應用推出整合32位元處理器的高性能、超低功耗JN516x系列無線SoC，以及與其搭配的ZigBee 2007/Pro協議堆疊。

智慧型手機的性能持續創新與進展，逐漸發展成為智慧家庭應用領域的控制中心。NXP順應這一潮流，推出包括IoT、智慧家庭網路閘道、iOS/Android Apps的智慧家庭參考設計，能夠讓用戶直接使用智慧型手機上的Wi-Fi或3G數據鏈路，透過家庭路由器與IoT網路閘道，控制基於JN516x的IoT智慧家庭設備。

“一款智慧家庭平台的搭建需要寬頻媒體網路閘道以及經由網路連接的各種終端之間相互支援，”Marvell智慧家庭事業部綠色技術產品副總裁和總經理Kishore Manghnani說，“在網路閘道方面，Marvell擁有一系列整合連接晶片的應用處理器方案，例如Ethernet、G.Hn、Wi-Fi、ZigBee、藍牙與LTE。針對智慧電視，Marvell整合了音視訊與先進的互連協議。而在智慧照明、智慧家電等相關互連設備方面，則開發內建Wi-Fi、藍牙或ZigBee等技術的無線控制器產品組合。”

智慧感測器至關重要

智慧家庭應用以IoT技術為基礎，而處於IoT感知層的感測器則扮演重要角色。受制於佈線成本、安裝環境以及無線通訊的需要，具有低功耗與智慧化特色的感測器成為勝出關鍵，可望成為未來IoT系統中的主流產品。

冷劍青指出，感測器在未來的智慧家庭領域扮演重要角色。在IoT實現的智慧家庭時代，感測器將發展得更具智慧化，能夠透過機器對機器通訊(M2M)的方式直接溝通感測器與家電設備，無需人工干預就能達到自動控制與調節的目的。

他舉例說，“一個基於JN516x的無線溫度感測器，當偵測到環境溫度超過一定閾值時，能夠透過ZigBee/JenNet-IP網路直接控制空調設備，達到自動調節室內溫度的智慧化目的。”

除了擁有智慧特性外，感測器還必須加快響應速度，這需要透過提高無線控制器的性能來實現。

Kishore Manghnani說，“Marvell針對家庭自動化與感測器設備的低功耗、低成本無線微控制器產品解決方案，能夠大幅地提高電池的使用壽命，並讓家庭系統變得更加智慧。無論多麼複雜的演算法都可在晶片內部運行，從而加快感測器的響應速度。無線訊號的強度和覆蓋範圍足以滿足整個家庭的需要，而這些感測器還可透過遠端或智慧行動終端進行控制與配置，有效減少安裝成本。”

雲端技術讓智慧家庭更聰明

物聯網技術帶動智慧家庭產業的發展，在數據交換過程中往往還涉及數據的儲存與處理。此外，有些儲存數據可能使用率較低，卻仍佔據原已有限的記憶體空間，同時，很多智慧家庭系統本身缺乏處理能力，使得智慧家庭系統的使用受到挑戰。透過雲端技術導入可望使這些問題迎刃而解：用戶可將數據儲存在雲端，或透過雲端運算技術強化智慧家庭系統的處理能力，同時能讓家庭與社交網路、新聞管道、數據分析甚至是政府決策聯繫起來，讓用戶的生活更加便利。

Kishore Manghnani表示，雲端技術為智慧家庭設備帶來無限可能，同時還能降低整個系統的成本。首先，消費者家中設備的相關數據在經過收集與儲存後，能夠迅速進行分析與反饋，並經由提升能源利用率或轉換為其他形式而為消費者節省一大筆開銷。基於這些個人或者全社區的數據統計，還可為能耗使用趨勢帶來更大範圍的資訊。

此外，設備的維護也變得更為簡單，只需透過遠端作業或由技術人員進行診斷檢查即可。由於雲端服務的出現為實現遠端家庭自動化願景開啟更多的可能性，例如遠端智慧視訊監控以及警示監測家庭安全、遠端管理冷暖氣空調與開關燈等等。

冷劍青說：“巨量資料與雲端運算是IT產業近年來最熱門的關鍵字。在巨量資料時代，智慧家庭、IoT(感測器網路)等應用為服務供應商收集用戶資訊，分析用戶的使用習慣，以及對產品與服務進行最佳化供應，這一切都有賴於位於網際網路遠端的雲端伺服器(Cloud Server)。”

“此外，雲端服務還為智慧家庭的各種應用提供加值的可能性，如基於雲端配置的資料備份服務，遠端線上故障診斷，統一平台多節點管理以及遠端智慧等。基本上，雲端服務可降低智慧家庭本地智慧化與儲存的需求，從而降低整體擁有成本與現場維護成本，”他強調，也許在雲端服務的加持下，智慧家庭的殺手級應用隨時可能出現。

手勢/語音控制蓄勢待發

手勢辨識以及語音控制等新興的對話模式逐漸在智慧行動設備上崛起，由於能夠符合人類對於原始語言的使用，從而大幅提升了用戶體驗。如今，這些對話模式也悄悄地擴展至智慧家庭市場，發展出語音遙控器以及可用手勢控制的智慧電視等產品。

冷劍青表示，語音和手勢控制系統也是感測器應用之一，但較傳統的遙控器更加自然，更符合用戶的日常習慣。NXP開發出磁性感測器KMZ49、角度感測器KMA221等可用於各種姿勢控制系統，此外，其Cortex-M系列微處理器產品也廣泛應用於語音辨識與控制等領域。

然而，手勢以及語音控制方式目前仍處於起步階段，還未能大規模地推廣，大多數公司針對這類控制方式的產品仍停留在準備階段。

軟/硬體、標準與成本缺一不可

‘智慧家庭’一詞已經討論很長一段時間了，但距離廣泛應用與市場普及仍有長遠的路要走。如今在以無線與網際網路為基礎的IoT技術推波助瀾下，能否有助於拉抬智慧家庭市場起飛？

事實上，隨著連網設備的快速崛起──從高階的恆溫器到低成本的DIY套件等，消費用戶對於家庭自動化與IoT市場的興趣正迅速擴展。然而，目前許多現有的產品並不是真正的IoT設備，而只是一些單獨連接到網際網路但彼此之間並未相互連結的系統。

為了引爆IoT以實現真正的智慧家庭，家庭自動化軟體平台供應商必須提供開放的應用程式介面(API)，而這還只是個起點。業界廠商還必須針對智慧家庭領域持續開發出廣泛的智慧設備產品組合，從單獨的智慧系統到整個家庭自動化系統以至於實現更先進複雜的能源管理系統。除了軟體平台以外，未來可望更進一步成長的領域還包括硬體設備、智慧電錶等。另一方面，涉及無線與雲端系統的相關環境法規與安全議題，也將為這一市場成長帶來挑戰。

“智慧家庭的概念存在已久，近年來更面臨叫好不叫座的尷尬局面，市場起飛尚有待時日，”冷劍青說，“究其根本原因有三：首先，所謂的殺手級應用到底是什麼？光讓消費者覺得新奇是不夠的，還需要實用化。其次，智慧家庭領域的互連互通標準規範尚待統一，這也有賴於眾多主導家電業者之間達成共識。最後，智慧感測器、低功耗無線控制器等半導體產品的成本還得再進一步降低，才能打開市場空間。”

他補充說：“其實相關技術都已經存在並且日漸成熟，但通訊協議標準的統一和應用開發，還需要業界標準制定者、應用開發商以及半導體廠商的共同努力與合作”

值得注意的是，冷劍青強調，“以無線電遙控器為核心的家電控制應用與以智慧感測器為核心的家庭智慧化控制應用正迅速發展，並持續向市場推出新產品。此外，隨著成本逐漸降低，無線智慧照明系統正從商業建築物走入住宅市場。”

Kishore Manghnani也指出，智慧家庭市場至今尚未出現重大進展。過去，各大廠商的智慧家庭解決方案都非常昂貴，而且需要專業的技術人員來進行安裝，因此只有金字塔頂端的少許消費用戶才能負擔得起這套系統。此外，當時在缺乏統一標準的規範下，也限制了各種產品的開發以及設備之間的互通性。

如今，隨著相關標準邁向統一，以及高效能、低功耗的無線微控制器產品出現，帶動可執行各類行動應用程式的智慧終端設備普及，預計將使得更多終端客戶也能負擔得起各種智慧家庭設備與應用系統。

資料來源:電子工程專輯