1.3 家庭物聯(lián)網(wǎng)和人工智能

寬帶接入把各個家庭連到了互聯(lián)網(wǎng)中，家庭中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)讓家電或電子設(shè)備互聯(lián)互通，這是家庭智能化的兩個基本條件。國內(nèi)二十多年的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，十多年的寬帶接入，實現(xiàn)了家庭數(shù)字化的轉(zhuǎn)型并搭建了智能化的基礎(chǔ)設(shè)施。

國內(nèi)的家庭智能化隨著通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)嶄露頭角，但還沒有全面得到推廣。原因是多樣的，既有技術(shù)和產(chǎn)品的成熟度不夠高，也有普通用戶對智能產(chǎn)品的體驗僅停留在手機APP的控制。廠家在做各種智能產(chǎn)品的營銷廣告的時候，也多以手機APP的操作作為智能的典型特征。另外有些智能單品已經(jīng)吸引了廣大消費者的關(guān)注，例如掃地機器人、智能攝像頭、智能音箱等，這是很多人對智能家居或者家庭智能化的了解。

那么智能家居遇到的瓶頸是什么呢？什么是智能家居下一步的發(fā)展方向呢？

人們購買家電產(chǎn)品除了滿足基本的功能需求以外，背后的原因是為了美好生活的體驗。電視是為了拓展視野、消遣娛樂等，洗衣機是為了讓人們騰出時間來做其他事情或休息等。如果家庭中的設(shè)備能感知人的需求，能把獲得的數(shù)據(jù)和信息傳遞給其他相關(guān)的設(shè)備，并進行智能化的分析和處理，聯(lián)動相關(guān)的電器自動完成人們期望的功能，就可以使人們在不費心勞力的情況得到極致的享受和體驗，這才是家庭智能化希望達到的效果。

現(xiàn)代的技術(shù)離這樣的目標(biāo)還有多遠？

本節(jié)要說的是從數(shù)字家庭到智能家居轉(zhuǎn)變的兩個關(guān)鍵門檻——物聯(lián)網(wǎng)和人工智能。

有記載的物聯(lián)網(wǎng)的實踐是1990年施樂公司的網(wǎng)絡(luò)可樂販?zhǔn)蹤C。對物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的設(shè)想在比爾·蓋茨1995年的《未來之路》一書中已被提出，只是當(dāng)時無線通信或者傳感器等技術(shù)還處于早期階段，人們對物聯(lián)網(wǎng)的理解十分有限。

后來在1999年，美國麻省理工學(xué)院AutoID實驗室提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的定義，他們將它詮釋成把所有物品通過支持射頻識別（RFID）技術(shù)的傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能識別和管理的效果。

2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）將物聯(lián)網(wǎng)稱為“Internet of things”，它擴展了物聯(lián)網(wǎng)的概念，物聯(lián)網(wǎng)是通過RFID、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光掃描器等傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，以有線或無線的方式把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，以計算、存儲等處理方式構(gòu)成所關(guān)心事物靜態(tài)與動態(tài)的信息知識網(wǎng)絡(luò)，用以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

IBM前首席執(zhí)行官Louis V. Gerstner曾提出一個“15年周期定律”的觀點，他認(rèn)為計算模式或者計算的應(yīng)用方式每隔15年將發(fā)生一次變革，類似于摩爾定律的效果。例如1965年左右發(fā)生的以大型機為標(biāo)志的變革，到了1980年左右是以個人計算機的普及作為應(yīng)用模式的變革，在1995年左右則是互聯(lián)網(wǎng)高歌猛進。到了2010年左右則是物聯(lián)網(wǎng)登上舞臺的歷史節(jié)點。

雖然這樣的說法未必精確，但它揭示了一個計算模式的發(fā)展規(guī)律，即隨著基礎(chǔ)技術(shù)的演進，新的技術(shù)和變革在匯聚中蛻變，從量到質(zhì)，在大多數(shù)人沒有預(yù)見到的情況下悄然而至。

在2010年，中國的國家發(fā)展與改革委員會、工業(yè)和信息化部等部委發(fā)文，推動新一代信息技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的研究。這標(biāo)志著中國對物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)知達到了跨行業(yè)發(fā)展的地步。

在沒有物聯(lián)網(wǎng)的時候，家庭中數(shù)字化的設(shè)備獨立地運行各自的功能，被動地接收數(shù)據(jù)。但物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展實現(xiàn)了對設(shè)備的主動控制和信息交互，所有家電都連接到一個網(wǎng)絡(luò)，是數(shù)字家庭從數(shù)字化發(fā)展到“智慧”家庭的契機。

物聯(lián)網(wǎng)從體系結(jié)構(gòu)來看，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。下層為上層提供數(shù)據(jù)收集，而上層為下層提供數(shù)據(jù)處理等功能，各個層次相互獨立運行但又相互配合形成完整的系統(tǒng)。

感知層是物聯(lián)網(wǎng)感知和采集信息的源頭，它是由各種傳感器、控制設(shè)備、終端設(shè)備以及家庭網(wǎng)關(guān)組成。

家庭中的傳感器主要是監(jiān)控和收集物理量的數(shù)據(jù)，例如溫度、濕度、壓力、流量、速度、開關(guān)量、過程量等。家庭中的水表、溫度計量表、煤氣表等是基于物質(zhì)流體的機械運算與累計，而電表是基于霍爾感應(yīng)原理的計量。

家庭中的控制設(shè)備包含了家庭環(huán)境感知設(shè)備、安防報警設(shè)備、家庭醫(yī)療設(shè)備等。家庭終端設(shè)備通常是能夠支持移動終端來獲取信息或顯示各種媒體信息的設(shè)備，它具備智能家居的平臺管理功能等，能夠控制和傳輸感知層采集的信號和數(shù)據(jù)。

家庭網(wǎng)關(guān)是跨越網(wǎng)絡(luò)的連接設(shè)備，它能進行包含物理層在內(nèi)的不同協(xié)議層的轉(zhuǎn)換，把數(shù)據(jù)從一個網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個不同媒介或協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將感知層獲得的各種信息傳遞給應(yīng)用層，它由家庭網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成，是物聯(lián)網(wǎng)的傳輸通道和基礎(chǔ)通信設(shè)施。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)對用戶的應(yīng)用接口，完成數(shù)據(jù)處理和業(yè)務(wù)功能，它和不同的行業(yè)緊密相關(guān)，是物聯(lián)網(wǎng)智能化的體現(xiàn)。

物聯(lián)網(wǎng)的實踐并不是要在家庭中重新購買和安裝所有的新設(shè)備。例如基于ZigBee的智能家居只需要用戶用ZigBee的智能開關(guān)和插座去替換原來的普通開關(guān)和插座，然后使用Zig-Bee的無線發(fā)送和接收設(shè)備就可以監(jiān)控和管理家中的設(shè)備了。

從發(fā)展階段來看，物聯(lián)網(wǎng)在家庭中的應(yīng)用還是處于早期階段。國內(nèi)運營商正在快速拓展窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）的基礎(chǔ)設(shè)施，在家庭中首先希望能占領(lǐng)水、電、燃?xì)獗淼鹊倪h程操作，但資費和管理還在完善之中；ZigBee/Z-Wave技術(shù)已經(jīng)成熟并且相關(guān)的應(yīng)用已經(jīng)商業(yè)化，但離家喻戶曉的普及程度似乎還有比較遠的距離。物聯(lián)網(wǎng)在寬帶接入和家庭網(wǎng)絡(luò)建設(shè)之后開啟了智能家居的聯(lián)動大門，機遇已經(jīng)到來，除了技術(shù)的持續(xù)完善，也進入到了持續(xù)發(fā)展的深耕細(xì)作的階段了。

智能家居蛻化的第二把鑰匙是人工智能（Artificial Intelligence，AI）。

智能家居能夠進行聯(lián)動，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層能夠進行數(shù)據(jù)處理，但智能化的處理是需要人工智能技術(shù)領(lǐng)域的演進和突破。僅僅是簡單的數(shù)據(jù)歸類、統(tǒng)計以及傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫信息的檢索、排序和輸出是遠遠不夠的，人們期望設(shè)備在感知環(huán)境和信號后，能夠“理解”人類的需求并做出“人”的響應(yīng)。

這就是人工智能要發(fā)揮的作用。人工智能在當(dāng)前階段還只能替代人來拓展計算能力，并不能替代人的思考能力和意識行為，目前已有的技術(shù)發(fā)展是讓計算機能模擬大腦的感知、判斷、學(xué)習(xí)等過程。

人工智能經(jīng)過幾十年的發(fā)展，從系統(tǒng)如何處理智能的角度和實現(xiàn)方式來看，可以把人工智能主要分為結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬和行為模擬三種情況。結(jié)構(gòu)模擬是傳統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計思維，即實現(xiàn)功能前首先定義系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從設(shè)計開始的時候就已經(jīng)確認(rèn)了可以支持的功能，這種方式符合人類已有的建筑、機械、電氣等工程產(chǎn)品的思路和邏輯；功能模擬直接關(guān)注智能功能的模擬，不需要關(guān)心系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，功能模擬也稱為符號主義、邏輯主義或心理學(xué)派，專家系統(tǒng)就是典型的功能模擬或符號主義的例子，它在人工智能的發(fā)展歷史中發(fā)揮了很大的作用，這也是人們在相當(dāng)一段時間內(nèi)對于人工智能作用的理解；行為模擬關(guān)注系統(tǒng)能夠表現(xiàn)的智能行為，即系統(tǒng)如何響應(yīng)外界環(huán)境的刺激和變化，它對行為結(jié)果更加關(guān)注，而不是傳統(tǒng)的技術(shù)思維關(guān)心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，這種行為模擬的思路認(rèn)為只要系統(tǒng)能表現(xiàn)出智能的行為響應(yīng)，就可以認(rèn)為這是智能系統(tǒng)。

人工智能在發(fā)展歷程中經(jīng)歷了技術(shù)的兩次高潮和兩次低谷，在深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)和云計算等技術(shù)的推動下，人工智能目前正處于第三次發(fā)展高潮。2016年的AlphaGo以及2017年的AlphaGoZero成功挑戰(zhàn)世界頂尖圍棋手之后，人工智能的技術(shù)研討和人工智能在行業(yè)中的應(yīng)用等新聞在媒體中頻頻出現(xiàn)，已經(jīng)成為很多行業(yè)津津樂道的技術(shù)升級或轉(zhuǎn)型的方向。值得說明的是，雖然深度學(xué)習(xí)等技術(shù)已經(jīng)在語言和圖像識別、競技游戲等領(lǐng)域獲得了巨大的成功，但完全應(yīng)用到普世的商業(yè)化成品還是需要兩年或更多時間，這是新技術(shù)興起到試商用，再到普及應(yīng)用所要經(jīng)歷的周期。至于人工智能中的通用型強人工智能，很難預(yù)測需要多長時間能達到成熟階段，不同的專家有不同的觀點。

人工智能是智能家居轉(zhuǎn)型的金鑰匙，即使它目前的技術(shù)還處于前期的階段，但在個別家庭產(chǎn)品的小試鋒芒已經(jīng)讓世人矚目。例如在2017年興起和2018年蓬勃發(fā)展的基于語音識別技術(shù)的智能音箱已經(jīng)是大眾熟知的熱銷產(chǎn)品，它成本不高，體積不大，人們購買音箱可能是為了小朋友聽故事，作為自己休閑的娛樂產(chǎn)品、送給老人的禮物等，它省去了人手的按鈕操作和手機APP的選項，以接近于人類自然的指令方式來完成主人的呼喚和交互。

當(dāng)2014年底亞馬遜發(fā)布第一款具有語音識別功能的智能音箱Echo的時候，當(dāng)時并沒有引起很多人的注意，亞馬遜自己也只是希望用戶能更加便捷地在亞馬遜的平臺上購物。但是沒有想到智能音箱的銷量持續(xù)上升，人們感受到了語音交互帶來的樂趣和便利。不用說蘋果、谷歌、微軟等海外巨頭，國內(nèi)的京東叮咚、喜馬拉雅、天貓精靈等也已經(jīng)迅速擴展市場。智能音箱已經(jīng)隱然在引導(dǎo)智能家居的發(fā)展方向，即通過簡單的語音互動作為家庭的控制中心和網(wǎng)絡(luò)連接的入口。當(dāng)然，目前的語音交互還有很多地方需要技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，例如噪音環(huán)境、多人語音識別、多輪對話等還沒有達到普通人對于語音的識別能力，語音識別到語義理解本身需要跨過技術(shù)的門檻等。

除了語音交互技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）和增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）也在2016年和2017年出現(xiàn)了快速增長。對于大眾來說，目前VR和AR還只是家庭中的影音娛樂，但是它在將來的智能家庭安防、智能家庭教育等家居領(lǐng)域?qū)⒂蟹浅Ｎ说陌l(fā)展前景。

另外大家在媒體中經(jīng)常看到的是大數(shù)據(jù)和云計算的話題。對于家庭來說，目前已經(jīng)有越來越多因智能設(shè)備的使用而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，例如健康與相關(guān)的手環(huán)和隨身的貼件收集的體溫、脈搏、血壓等，家庭中的各種監(jiān)控設(shè)備提供的溫度、濕度、空氣質(zhì)量等，每天有很多數(shù)據(jù)被收集到各自的服務(wù)器中被處理。但這些數(shù)據(jù)都是以獨立的設(shè)備為單位，不是以家庭為單位，所以數(shù)據(jù)之間沒有關(guān)聯(lián)，也不會放在一起進行綜合分析和提供智能支持。在智能家居中缺少真正的大數(shù)據(jù)平臺，這也是妨礙智能家居做到真正智能的關(guān)鍵領(lǐng)域。已經(jīng)有些廠家通過云平臺來處理自己產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，提供單獨的智能化處理，但是跨設(shè)備的數(shù)據(jù)分析目前是沒有廠家能提供的，這是智能家居要進行轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向。

目前很多智能家居的產(chǎn)品非常類似，智能單品也是大同小異，人們對于智能家居的感受更多的是手機APP的操作，其原因除了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，初創(chuàng)企業(yè)的短期營利性的目標(biāo)，建設(shè)生態(tài)平臺還在起步階段，另外就是產(chǎn)品背后的技術(shù)成熟度還不高。10年以后如果回顧目前的技術(shù)進展，也許會覺得有巖洞壁畫的感覺。但這也給當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展留下了很大的想象空間，憧憬未來的最好做法就是通過行動去創(chuàng)造未來，企業(yè)要做的是讓智能家居在物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的催化下實現(xiàn)下一步的飛躍。