1.3 家庭物联网和人工智能

宽带接入把各个家庭连到了互联网中，家庭中的网络技术让家电或电子设备互联互通，这是家庭智能化的两个基本条件。国内二十多年的互联网发展，十多年的宽带接入，实现了家庭数字化的转型并搭建了智能化的基础设施。

国内的家庭智能化随着通信技术和互联网的发展已经崭露头角，但还没有全面得到推广。原因是多样的，既有技术和产品的成熟度不够高，也有普通用户对智能产品的体验仅停留在手机APP的控制。厂家在做各种智能产品的营销广告的时候，也多以手机APP的操作作为智能的典型特征。另外有些智能单品已经吸引了广大消费者的关注，例如扫地机器人、智能摄像头、智能音箱等，这是很多人对智能家居或者家庭智能化的了解。

那么智能家居遇到的瓶颈是什么呢？什么是智能家居下一步的发展方向呢？

人们购买家电产品除了满足基本的功能需求以外，背后的原因是为了美好生活的体验。电视是为了拓展视野、消遣娱乐等，洗衣机是为了让人们腾出时间来做其他事情或休息等。如果家庭中的设备能感知人的需求，能把获得的数据和信息传递给其他相关的设备，并进行智能化的分析和处理，联动相关的电器自动完成人们期望的功能，就可以使人们在不费心劳力的情况得到极致的享受和体验，这才是家庭智能化希望达到的效果。

现代的技术离这样的目标还有多远？

本节要说的是从数字家庭到智能家居转变的两个关键门槛——物联网和人工智能。

有记载的物联网的实践是1990年施乐公司的网络可乐贩售机。对物联网未来发展的设想在比尔·盖茨1995年的《未来之路》一书中已被提出，只是当时无线通信或者传感器等技术还处于早期阶段，人们对物联网的理解十分有限。

后来在1999年，美国麻省理工学院AutoID实验室提出了“物联网”的定义，他们将它诠释成把所有物品通过支持射频识别（RFID）技术的传感设备与互联网连接起来，实现智能识别和管理的效果。

2005年国际电信联盟（ITU）将物联网称为“Internet of things”，它扩展了物联网的概念，物联网是通过RFID、红外传感器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等传感设备，按约定的协议，以有线或无线的方式把物品与互联网连接起来，以计算、存储等处理方式构成所关心事物静态与动态的信息知识网络，用以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

IBM前首席执行官Louis V. Gerstner曾提出一个“15年周期定律”的观点，他认为计算模式或者计算的应用方式每隔15年将发生一次变革，类似于摩尔定律的效果。例如1965年左右发生的以大型机为标志的变革，到了1980年左右是以个人计算机的普及作为应用模式的变革，在1995年左右则是互联网高歌猛进。到了2010年左右则是物联网登上舞台的历史节点。

虽然这样的说法未必精确，但它揭示了一个计算模式的发展规律，即随着基础技术的演进，新的技术和变革在汇聚中蜕变，从量到质，在大多数人没有预见到的情况下悄然而至。

在2010年，中国的国家发展与改革委员会、工业和信息化部等部委发文，推动新一代信息技术物联网的研究。这标志着中国对物联网的认知达到了跨行业发展的地步。

在没有物联网的时候，家庭中数字化的设备独立地运行各自的功能，被动地接收数据。但物联网的发展实现了对设备的主动控制和信息交互，所有家电都连接到一个网络，是数字家庭从数字化发展到“智慧”家庭的契机。

物联网从体系结构来看，分为感知层、网络层和应用层。下层为上层提供数据收集，而上层为下层提供数据处理等功能，各个层次相互独立运行但又相互配合形成完整的系统。

感知层是物联网感知和采集信息的源头，它是由各种传感器、控制设备、终端设备以及家庭网关组成。

家庭中的传感器主要是监控和收集物理量的数据，例如温度、湿度、压力、流量、速度、开关量、过程量等。家庭中的水表、温度计量表、煤气表等是基于物质流体的机械运算与累计，而电表是基于霍尔感应原理的计量。

家庭中的控制设备包含了家庭环境感知设备、安防报警设备、家庭医疗设备等。家庭终端设备通常是能够支持移动终端来获取信息或显示各种媒体信息的设备，它具备智能家居的平台管理功能等，能够控制和传输感知层采集的信号和数据。

家庭网关是跨越网络的连接设备，它能进行包含物理层在内的不同协议层的转换，把数据从一个网络转发到另一个不同媒介或协议的网络。

网络层负责将感知层获得的各种信息传递给应用层，它由家庭网络、互联网、网络管理系统和云计算平台等组成，是物联网的传输通道和基础通信设施。应用层是物联网对用户的应用接口，完成数据处理和业务功能，它和不同的行业紧密相关，是物联网智能化的体现。

物联网的实践并不是要在家庭中重新购买和安装所有的新设备。例如基于ZigBee的智能家居只需要用户用ZigBee的智能开关和插座去替换原来的普通开关和插座，然后使用Zig-Bee的无线发送和接收设备就可以监控和管理家中的设备了。

从发展阶段来看，物联网在家庭中的应用还是处于早期阶段。国内运营商正在快速拓展窄带物联网（NB-IoT）的基础设施，在家庭中首先希望能占领水、电、燃气表等的远程操作，但资费和管理还在完善之中；ZigBee/Z-Wave技术已经成熟并且相关的应用已经商业化，但离家喻户晓的普及程度似乎还有比较远的距离。物联网在宽带接入和家庭网络建设之后开启了智能家居的联动大门，机遇已经到来，除了技术的持续完善，也进入到了持续发展的深耕细作的阶段了。

智能家居蜕化的第二把钥匙是人工智能（Artificial Intelligence，AI）。

智能家居能够进行联动，物联网的应用层能够进行数据处理，但智能化的处理是需要人工智能技术领域的演进和突破。仅仅是简单的数据归类、统计以及传统的数据库信息的检索、排序和输出是远远不够的，人们期望设备在感知环境和信号后，能够“理解”人类的需求并做出“人”的响应。

这就是人工智能要发挥的作用。人工智能在当前阶段还只能替代人来拓展计算能力，并不能替代人的思考能力和意识行为，目前已有的技术发展是让计算机能模拟大脑的感知、判断、学习等过程。

人工智能经过几十年的发展，从系统如何处理智能的角度和实现方式来看，可以把人工智能主要分为结构模拟、功能模拟和行为模拟三种情况。结构模拟是传统的技术设计思维，即实现功能前首先定义系统的结构，系统的结构从设计开始的时候就已经确认了可以支持的功能，这种方式符合人类已有的建筑、机械、电气等工程产品的思路和逻辑；功能模拟直接关注智能功能的模拟，不需要关心系统的结构，功能模拟也称为符号主义、逻辑主义或心理学派，专家系统就是典型的功能模拟或符号主义的例子，它在人工智能的发展历史中发挥了很大的作用，这也是人们在相当一段时间内对于人工智能作用的理解；行为模拟关注系统能够表现的智能行为，即系统如何响应外界环境的刺激和变化，它对行为结果更加关注，而不是传统的技术思维关心系统结构和功能，这种行为模拟的思路认为只要系统能表现出智能的行为响应，就可以认为这是智能系统。

人工智能在发展历程中经历了技术的两次高潮和两次低谷，在深度学习、大数据和云计算等技术的推动下，人工智能目前正处于第三次发展高潮。2016年的AlphaGo以及2017年的AlphaGoZero成功挑战世界顶尖围棋手之后，人工智能的技术研讨和人工智能在行业中的应用等新闻在媒体中频频出现，已经成为很多行业津津乐道的技术升级或转型的方向。值得说明的是，虽然深度学习等技术已经在语言和图像识别、竞技游戏等领域获得了巨大的成功，但完全应用到普世的商业化成品还是需要两年或更多时间，这是新技术兴起到试商用，再到普及应用所要经历的周期。至于人工智能中的通用型强人工智能，很难预测需要多长时间能达到成熟阶段，不同的专家有不同的观点。

人工智能是智能家居转型的金钥匙，即使它目前的技术还处于前期的阶段，但在个别家庭产品的小试锋芒已经让世人瞩目。例如在2017年兴起和2018年蓬勃发展的基于语音识别技术的智能音箱已经是大众熟知的热销产品，它成本不高，体积不大，人们购买音箱可能是为了小朋友听故事，作为自己休闲的娱乐产品、送给老人的礼物等，它省去了人手的按钮操作和手机APP的选项，以接近于人类自然的指令方式来完成主人的呼唤和交互。

当2014年底亚马逊发布第一款具有语音识别功能的智能音箱Echo的时候，当时并没有引起很多人的注意，亚马逊自己也只是希望用户能更加便捷地在亚马逊的平台上购物。但是没有想到智能音箱的销量持续上升，人们感受到了语音交互带来的乐趣和便利。不用说苹果、谷歌、微软等海外巨头，国内的京东叮咚、喜马拉雅、天猫精灵等也已经迅速扩展市场。智能音箱已经隐然在引导智能家居的发展方向，即通过简单的语音互动作为家庭的控制中心和网络连接的入口。当然，目前的语音交互还有很多地方需要技术的持续发展，例如噪音环境、多人语音识别、多轮对话等还没有达到普通人对于语音的识别能力，语音识别到语义理解本身需要跨过技术的门槛等。

除了语音交互技术，虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR）也在2016年和2017年出现了快速增长。对于大众来说，目前VR和AR还只是家庭中的影音娱乐，但是它在将来的智能家庭安防、智能家庭教育等家居领域将有非常吸引人的发展前景。

另外大家在媒体中经常看到的是大数据和云计算的话题。对于家庭来说，目前已经有越来越多因智能设备的使用而产生的数据，例如健康与相关的手环和随身的贴件收集的体温、脉搏、血压等，家庭中的各种监控设备提供的温度、湿度、空气质量等，每天有很多数据被收集到各自的服务器中被处理。但这些数据都是以独立的设备为单位，不是以家庭为单位，所以数据之间没有关联，也不会放在一起进行综合分析和提供智能支持。在智能家居中缺少真正的大数据平台，这也是妨碍智能家居做到真正智能的关键领域。已经有些厂家通过云平台来处理自己产品的数据，提供单独的智能化处理，但是跨设备的数据分析目前是没有厂家能提供的，这是智能家居要进行转型的发展方向。

目前很多智能家居的产品非常类似，智能单品也是大同小异，人们对于智能家居的感受更多的是手机APP的操作，其原因除了行业标准不统一，初创企业的短期营利性的目标，建设生态平台还在起步阶段，另外就是产品背后的技术成熟度还不高。10年以后如果回顾目前的技术进展，也许会觉得有岩洞壁画的感觉。但这也给当前的技术发展留下了很大的想象空间，憧憬未来的最好做法就是通过行动去创造未来，企业要做的是让智能家居在物联网和人工智能的催化下实现下一步的飞跃。