大步迈入智能家庭：智能家庭现有技术及验证要点分析

        近几年，除了便携设备及穿戴式设备大行其道之外，另一个逐渐崭露头角的新趋势－智能家庭，从原本雷声大雨点小的状况，转而开始抓住众人目光。在今年的美国消费性电子大展（CES）上，众多科技大厂共襄盛举，并在会场展示了如何将数字影音内容导入与整合使用于实际生活中。值得注意的是，硬件品牌大厂开始注重内容服务的完整性，预料在软硬件整合下，产业生态圈将更加稳健，对于推广综合效果将会有加乘效果。
据市调机构IDC指出，智能家庭市场估计从2013至2020年间，年复合成长率将会达到17.74%，估计到了2020年时可望上看517.7亿美元市场规模。此次CES结束之后，预料2014年智能家庭装置市场将会有一波显著的成长，包括电信业与有线电视业者对于规广智能家庭应用服务的态度也都预期将转趋积极。百佳泰身为专业测试实验室，也与许多相关厂商合作切入智能家庭市场，因此希望透过此篇文章，能够简单地介绍现有的技术状况、厂商开发产品时所需要注意的重点及未来的市场走向。
目前市面上有许多被运用在智能家电上的技术，如：Z-Wave、ZigBee、AllSeen、LightwaveRF和InsteOn…等，各有其优缺点。在这边文章中我们将锁定在三个焦点技术上：
● Z-Wave
● ZigBee
● AllSeen


表一：ZigBee、Z-Wave与AllSeen的参数与比较

如表一所示，Z-wave和ZigBee都是基于无线射频上所发展出来的技术，属于硬件架构跟协议上的技术。Z-wave是由Sigma Design所独立开发出来的技术，但缺乏国际标准为其依靠，应用上也仅止于家庭自动化，不同于ZigBee能同时运用于医疗、安全等多种领域。ZigBee是建置于IEEE 802.15.4上的协议，应用层面较广。虽然这两种技术都以Wireless Sensor Networks（WSN）为前提，但Z-wave比较专注智能家庭的应用；ZigBee则开发出很多协议，目前除了采用于智能家庭之外，也同时应用在智能电网跟智能大楼上。虽然ZigBee和Z-Wave都以类似的无线网络技术串联，数百种产品也支持此两种技术使用，然而现阶段却呈现出多头马车的市场现象，尚未有任一技术独大的现象。


图一：AllSeen联盟logo


       
由LG、高通（Qualcomm）、夏普（Sharp）等合组的AllSeen联盟（AllSeen Alliance），采用高通所开发的开放源始码平台AllJoyn为基础，开发出AllSeen技术，是单纯的协议规范，并不属于硬件设计。一开始的概念是基于TCP/IP网络协议，制定一个类似UPnP、DLNA的概念，让硬设备能透过AllSeen的协议，经过Wi-Fi、电线或是以太网络联结达到可被控制的目标，进而实践智能家庭的理念于日常生活之中。
高通身为芯片大厂，目前也释出软件开发工具包（Software Development Kit，SDK）提供加入此联盟的ODM、OEM业者，希冀吸引更多的厂商加入。因为有部分的人认为智能家庭的走向会直接使用现有技术，例如：Wi-Fi或蓝牙技术，所以也有人视AllSeen为Z-wave跟ZigBee的杀手。博通（Broadcom）及高通都致力于开发低功耗、高整合度的芯片，预料市场还会有一番竞争。不过Z-wave跟ZigBee的基础功耗远低于Wi-Fi跟蓝芽，在智能家庭的应用领域还是占有一定的优势。
软硬件整合跟实际应用的规划上来说，前一代的智能家庭控制接口常常是一个遥控器或是PC上的软件，整体用户接口并不是很友善。考虑到电视的大屏幕跟联网能力及远程控制的可能性，目前的大趋势是整合在智能电视（机顶盒）跟手持式设备上。市面上也已经有不少号称Smart Hub的产品，可以同时支持Z-wave、ZigBee、Wi-Fi等不同技术的联机能力。用户完全不需要担心产品兼容性问题。单纯地透过这个Smart Hub跟对应的APP，就可以整合所有市面上大部分产品，实现你的智能家庭。


图二：智能家庭概念

试想一下：在智能家庭的建构之下，当汽车开到家门口时就能自动感应到主人回家，云端上的软件就可以先启动智能家庭里的空调、电灯，打开窗帘并将电视转到默认频道，不需要等你进入家门以后，再一一的启动。透过监控的硬件，可以实时侦测户外，当有人尝试要入侵大门时，硬件发出警告到云端，再发出讯息到你的手机，让你可以判断要报警还是联机到监视器画面确认状况。如果你的小孩半夜偷偷起床打开电视，这时候你正在观看的电视会显示出小孩房间里的电视处于开启状态。你可以进房关掉小孩的电视，或是透过管理接口，直接远程强制关掉他的电视，并改变电灯的颜色，警告他你已经知道他偷偷起床了。
从上述的应用（图二）可看到智能家庭可以帮助用户提升居住的安全质量和环境舒适度，尤其是针对家中长辈跟小孩，更能让他们受到细心的照顾。然而时至今日，智能家庭的概念早已存在许久，但市场却迟迟未起飞。百佳泰观察其根本原因有三个：一、尚未出现让人惊艳且实用的应用吸引消费者；二、智能传感器、低功耗无线控制器等半导体产品的成本过高，进而影响消费者的采用意愿；三、智能家庭领域的互连互通标准规范尚待统一，还有待业界标准制定者、开发商以及半导体厂商的共同努力与合作。
不同于智能手表跟手机的配对相对地单纯，智能家庭的环境中因为充斥着不同厂牌家电产品，因此在认证测试上更显得复杂。家电产品本跟就应该比信息产品“稳定”，不该因为它变聪明，增加联网功能而降低标准，因此在认证测试上着重于产品的兼容性（Compatibility）跟稳定性（Stability）的测试。此外环境中的手机、微波炉、Wi-Fi、蓝芽等，彼此间都会造成干扰影响，为了确保性能（Performance）不受影响，“RF抗干扰能力测试”也是百佳泰的专业跨领域团队一致认为相当重要的测试项目。


       
单一产品的验证已经有各自的协会规范在，但消费者需要的是更加“智能”的产品。百佳泰引以为傲的全面性、跨领域测试服务，能以整理解决整体方案为出发点，提供多广角的测试以臻产品质量。以下我们整理了相关厂商在开发产品时需要特别注意的要点：
● RF抗干扰能力与接收感度恶化验证（RF Signal & De Sense Validation）
环境中的电子产品所产生的高频，例如手机、微波炉等都彼此之间其造成影响。藉由我们专精于电信、EMI、EMS、无线射频通信验证方法的专业团队，带给您产品质量的最高保证。
● APP应用及用户接口测试（APP & User Interface Validation）
为了达成远程遥控的实用性，使用者势必会透过智能手机或是平板电脑的APP控制及使用智能家庭的产品，因此其系统稳定性、安全性及兼容性尤其重要。不同的操作系统例如：iOS、Android、Windows都有不同版本，需要警慎对待。
● 同构型及异质性产品兼容性（Compatibility）
不同接口的产品组合越来越多，因此我们准备了热门品牌的产品组合，包含不同品牌、产品类型、热门排行与市占比率，才能更贴近实际的消费者使用环境，执行兼容性测试可以确保良好使用质量。
● 实体情境验证（User Scenario）
专业UX研究小组，致力于发展使用者使用情境模拟，能够模拟一般家庭的状况，设置电视、冰箱、冷气、音响、水泥墙等环境。在实际的情境中验证产品，透过从用户观点切入并分析产生的商业/营销报告，提供厂商具参考价值且富有逻辑的指南。
从原本消费顶端的少许用户才能负担得起智能家庭，随着技术成熟与相关标准逐渐迈向统一密切互连，以及高性能、低功耗的无线控制器产品的出现，预料将会有更多终端客户采用智能家庭设备与应用系统。产品组合的广度增加了认证深度，百佳泰乐观看待这市场的发展，并认为唯有无微不至的认证测试方案，才能确保厂商所开发的产品在各方面都能完整呈现产品的优点，增加市场上的竞争优势。