智能家居随谈
這幾年，除了物聯網概念炒作的火熱，還有一個名詞頻現各大科技網站和論壇，就是智能家居。關于什么是智能家居，并沒有一個權威的定義。但是有幾個特點還是受到普遍認可，比如可控制、基于傳感器、有一定的交互能力等等，但是縱觀各論壇和QQ群，以及和一些所謂搞智能家居的公司和個人交流下來的情況看，絕大多數人對智能家居的理解還停留在簡單的傳感器采集和控制層面，比如用手機控制窗簾、燈光、門窗、電源等，用攝像頭遠程監控，很多人理解的智能家居基本就是這樣了。說到這里，讀者稍微思考就會發現問題所在，這類模式的所謂智能家居，沒有任何智能可言。你看到智能了嗎？反正我是沒看到。
如果給窗戶外邊裝一個雨水感應器，下雨的時候窗戶能檢測到是否潲雨，會自動關閉窗口，這算智能家居嗎？回答這個問題前，我們先看看什么是智能。
百度百科上對智能的定義如下：
從感覺到記憶到思維這一過程，稱為“智慧”，智慧的結果就產生了行為和語言，將行為和語言的表達過程稱為“能力”，兩者合稱“智能”，將感覺、記憶、回憶、思維、語言、行為的整個過程稱為智能過程，它是智力和能力的表現。
用這個定義考察上面門窗的例子，可以發現離所謂的智能還有一段差距。
我們再看看百度百科上對人工智能的定義：
人工智能(Artificial Intelligence) ，英文縮寫為AI。它是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是機器科學的一個分支，它企圖了解智能的實質，并生產出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應的智能機器，該領域的研究包括機器人、圖像識別、語言識別、自然語言識別和專家系統等。
用這個定義考察門窗的例子，離智能就更遠了一些。
那么，感應雨水自動開關的門窗到底是個算是神馬玩意兒呢？說的專業些，是自動控制設備；說的靠智能些，可以視作為人工智能的一個神經單元。
那什么才算是真正意義上的智能家居呢？
首先，智能家居中的“智能”應符合“智能”和“人工智能”兩個定義涵蓋的各項特征。智能家居的實現中，感覺部分是最容易實現的，主要通過各種傳感器解決，比如采集溫度、濕度、光照、電壓、圖像等，但是要特別注意，人的部分感知是無法模擬的，比如對不同材質的觸摸感知分辨能力，這類能力需要通過其他手段綜合實現，有些方面目前科技還無法實現，這也是傳感器領域不懈追求的目標。
記憶和回憶部分在機器層面就是存儲和檢索，有些傳感器不具備記憶功能，那么就需要給它一個記憶載體，這部分現在很容易實現，但是在很多傳感器上往往不具備存儲模塊，需要外接一個存儲設備來實現，目前智能家居的采集部分基本都是屬于低數據量的，較大數據量的部分主要是視覺采集部分，對于大數據量的存儲需要有一定的速度，這個后面我們會詳談。而回憶是智能家居系統提取歷史數據（可能只是幾十微秒前采集的數據），進行智能處理的重要步驟，所以如何快速檢索到歷史數據也是要考慮的方面。
而下面要講的思維部分，就是智能家居的核心，但是看了這么多人談智能家居，做智能家居，卻沒有看到有人談及“思維”部分，這是最讓我費解的。換句話說，沒有實現“思維”的“智能家居”都是偽智能家居。在說清楚什么是“思維部分“之前我們先來看看高級生物體是如何實現思維的。比如人口渴去拿桌上的杯子喝水：大腦收到口渴了的信號----對口渴程度做出判斷-----通知運動系統移動頭部輔助視覺系統辨識自己所處的環境----視覺系統采集環境信息----發現桌子---大腦根據歷史記憶知道桌面上有個水杯----通知視覺系統收集水杯信息-----視覺系統反饋水杯信息給大腦判斷里面有水-----大腦控制身體運動系統靠近水杯-----拿起水杯喝下…..具體的步驟你可以分解的更加細致，但大致過程如此，我們從這個過程中可以看到，從采集出發，大腦分析，執行，再視覺系統，再判斷，再采集，再執行…..，這是高級生命體智能發生的過程，與智能定義中的幾個特征完全符合，這個過程很容易理解。因此我們得知要模擬智能，那就需要有一顆“大腦”。現實中的情況是，到目前都沒有人去認真思考如何實現“大腦”，都還停留在如何用傳感器采集數據的階段。
這顆“大腦”數量是唯一的嗎？可以是，可以不是，一般情況下，我們可以把整個居住環境想象成一個生命體，用一顆大腦就可以完成所有智能處理。但你也可以把居住環境想象成三頭六臂的哪吒，用分布式來完成處理，只不過每顆“大腦”彼此之間協作的復雜度提升了很多。舉個大家都接觸的例子，每天大家用谷歌和度娘搜索信息，假設谷歌只有一臺服務器，面對100個用戶提交的搜索請求，只能排隊一一處理。而如果有100臺服務器，這100個請求就可以同時處理。另一種情況是，如果谷歌只有一臺服務器，在數據庫中30億個頁面中查找你提交的關鍵字，那要很長很長時間，而谷歌如果有30000臺服務器同時查，那你的等待時間縮短至少30000倍，當然合并檢索結果也需要一點點時間。智能家居環境中，如果采集數據的執行點多，而且是大數據量的（比如視頻數據和語音數據）或者又是大數據又是實時性很高的情況，那么數據處理量也是相當驚人的，當一顆“大腦”不能勝任的時候，我們就必須讓它變出三頭六臂。
這顆“大腦”的物理基礎有了，現實中我們用電腦設備來擔當，這里的電腦設備可以是普通PC，也可以是平板電腦、企業級服務器、甚至可能是你的手機，不管哪種設備，運算能力和高效處理能力必須能滿足一定的需求。光有“肉體”不行，還需要有靈魂，否則人就是不是人了，是死人；智能家居就不是智能家居了，是廢料一堆。
讓智能家居真正智能的核心登場——智能家居專用操作系統。為啥不用普通操作系統，比如微軟家的，小企鵝家的，或者谷歌家的，還有火狐家的等等，而要專用操作系統呢？這就要說清楚智能家居中的家居到底是個什么環境的問題，誰在這個環境下和誰打交道的問題？
人和周遭環境相處，平時我們常說人要去適應環境。而智能家居的出發點是以人為本，換句話說，就是讓人更懶，懶得不用去思考，讓家居環境去替你思考和完成部分事情。從這個角度看，你會發現，人與環境的互動中，人不再是適應環境的客體，而是讓環境來適應人，以人為中心。這種“人與環境的互動”或者為了強調環境的主動性，我把“環境”放到前面，改成“環境與人的互動”，就與建筑和設計界近年提出的交互場設計理念實現了統一（沒聽過的去看王佳博士的《交互場設計》一書）。一句話概況，所謂智能居家就是依托于計算機和信息化技術，使家居環境與人進行自然級人性化的場的交互設計過程。這就是從設計學角度，我給智能家居下的非嚴謹定義。如果往交互設計領域扯，扯小半本書不是問題，這里省去100頁文字，我們回到智能家居的“靈魂”——智能操作系統上來。我給出了一個非嚴謹的智能家居定義，從這個定義出發，考察前面說到的這些操作系統家族，可以說沒有一個專門針對智能家居而設計的。所以智能家居界是需要一個專有操作系統的。對于一般人而言，打造一個操作系統是有極高難度的，我稍后給出另一種解決方案。我們先看看這樣一個操作系統應該具備哪些特性：
1）和“神經單元”（傳感器模塊）通訊交互能力，而且是無線的
2）高實時性，高可靠性（關鍵時候不能掉鏈子）
3）強大的系統級語音和視覺處理能力，支持體感交互、語音命令、支持云處理（彌補硬件資源的不足）
4）強大的系統級的智能統籌管理API支持。
5）智能終端的無線顯示驅動能力（支持無線、柔性顯示屏幕，如納米顯示薄膜做成的顯示終端）
6）支持顯示系統的觸摸響應和語音輸出
7）系統級高智能專家決策系統
8）系統級的高智能專家建議系統
9）支持網絡并行化和作業調度
當然還有很多其他的特性，一個完備的操作系統要考慮的還有很多，但這幾塊是智能家居操作系統必備的。如果微軟現在開始研發這個操作系統，我相信微軟的事業和操作系統霸主地位能繼續輝煌至少30年。當然蘋果也可以干這個事，或者是你。
只是你我這等散落在“天朝夢，夢之藍”——天朝夢就是請客吃飯搞關系的國度的技術屌絲只能難以望其微軟和蘋果的項背。那怎么辦呢？退而求其次，只有一條路，改進開源操作系統，在linux、安卓、firefox OS等系統上改進，盡可能的把上面提到的特性做進系統級。但是不要忘記的是這些操作系統不是為智能家居準備的，難度也是極大的，只是存在實現的可能性，相比之下我更看好linux。
關于智能操作系統我是有初步框架的，這里就不展開了，否則又是半本書下去，這里省略200頁。你只要知道其能力遠超乎你的想象，未來電腦上的桌面系統將消失，成為智能家居系統的一部分就行了。我甚至考慮是否要寫一本半技術半應用場景描述的智能家居系統小冊子。
我們把思路往回拉一些，說一個非常關鍵的問題。如果你的胳膊和身體分開，你還想控制你的手臂，你怎么實現？答，無法實現，只在科幻電影中有。不錯，只有在科幻電影中可以實現，其中一種解決辦法就是用意念控制，這種可以跨越一定距離（意念有作用范圍，符合能量定律）隔空通訊的技術反而在無生命體上容易實現，不錯就是各種無線傳輸協議，比如wifi，zigbee，藍牙等等。不管選擇哪種無線通訊協議，只要能完成和“大腦”通訊的協議就是好協議。我們不考慮具體的技術實現細節，因為這些技術都已經普遍使用，我們提升一層，抽象出來，思考一下應用層級別的通訊協議。我們考察這些協議的需求：
1）要足夠安全，加密強度夠（可以由底層協議實現）
2）速度要夠快，抗干擾，信號要穩定（物理層實現，還是底層）
開個玩笑而已，上面兩層都不是我要說的應用層協議，這些由底層協議就可以完成，我們看看應用層協議的特性吧：
1）與底層通訊協議無關（也就是你用藍牙還是wifi，老子都不關心，我就關心你發我的內容，這層需要系統級的協議適配器模式來實現對上層接口的一致性）
2）協議要適應不同體量級的數據傳輸（不管是一個字節的控制命令還是海量的視頻數據，當然你可以再細分成幾個體量級別）
3）協議靈活可擴展（適應未來新出現的底層協議）
4）協議輕量級（輔助信息要少，提高有效信息載荷比）
5）不能再有5了，否則就太完美了
關于通訊部分就此打住，不是專業的可能看的一頭霧水，既然是隨談，就不深入下去了，否則又是，你懂得。
既然大腦有了，通訊有了，那么智能定義中給出的語音和行動部分就很好理解了，作為交互系統，有輸入必然有輸出，這部分很好理解，放一邊不說。話分兩頭，各表一枝，我講個一般人不去思考的東西，就是前面提到的系統級高智能專家建議系統。我可以用幾百個字來描述這個系統的作用，但是我覺得更容易讓你直觀接受的方式就是去看看《鋼鐵俠3》，斯塔克實驗室里面的那個能說會道的機器人管家（小名賈維斯Jarvis）就是最好的系統級高智能專家建議系統的化身。當然，電影中的它已經是一部完善的智能家居系統。有時候，視頻的魅力比文字強大百倍。
最后說個更重要的問題，真心不希望再聽見有人說自己做了個用iphone控制某某電器設備的“智能家居“設備，既然控制權都在你手上了，智能家居的智商已經降到0了，如果你說0智商的玩意也算有智商，那么好吧，你就叫他“智能家居”吧，大家也就知道你的智商了。遠程控制就是遠程控制，自動化就是自動化，請不要占“智能家居”的便宜。
真正的智能家居肯定不需要用手機這類移動設備控制，是自然級的交互過程，基于機器視覺的體感交互技術日新月異，云端語音識別和智庫問答技術（例如siri、蟲洞）已經達到實用層次，把高計算量的工作丟給云端即可。所以智能家居操作系統是一種和云計算綁定的新型操作系統。純交互方面，目前比較接近智能居家的領域是adaptive architecture，有興趣的可以網上看看視頻。
綜合來看，智能家居是真正高科技玩意，其技術含量遠比一輛現代化的汽車復雜百倍（當然未來汽車也可以用智能家居操作系統）。理論上智能家居系統適用于任何趨于封閉環境的交互環境場設計。最后從技術角度劃分一下智能家居的組成部分：
1）神經元（各種傳感器組成的各種類型不同的采集模塊）
2）智能玻璃（柔性無線傳感視頻顯示膜）
3）智能家居操作系統（智能家居的靈魂所在，下一代全球性操作系統）
4）基于視覺和語音的體感交互系統（構建在云端）
5）智能家居專用無線傳輸協議（高效、輕量、可拓展）
好了，這就是我對未來的一些看法，我理解的智能家居，為了節省字節和你的寶貴時間，省略了很多更具體的細節，也許有空的時候我會寫一本書完善我的想法。我還想提醒的一句是，這不是幻想，50%的部分都已經實現。
如果全地球有人對此感興趣，有資金有技術不浮躁，看好未來10年后的市場，那么可以按我的設計思路開始考慮整個系統了，智能居家操作系統未來一定會和今天的windows系統一樣普及。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?南京創客空間 老鄭
（本文觀點作者原創，如有轉載請注明出處）
轉載于:https://blog.51cto.com/airhand/1209450
總結
- 上一篇： Android用户界面开发(2):Lis
- 下一篇： IOS使用通知回调方法