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为了系统的展现产品经理以及相关从业者所需要掌握的方方面面，本书讲述了智能家居产品从技术到体验，从推广和运营过程中的知识要点。书中在讲述智能家居各方面知识的同时，也会引用很多产品实例，非常便于读者理解并接受如何打造智能家居产品。
书名：智能家居产品 从设计到运营
ISBN：978-7-115-39645-7
本书由人民邮电出版社发行数字版。版权所有，侵权必究。
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邢袖迪
本科毕业于山东大学计算机学院电子商务系，研究生就读于爱丁堡大学（University of Edinburgh）和伦敦政治经济学院（LSE），分别获运筹学硕士和决策科学硕士。
现就职于幻腾智能公司，有着多年的互联网产品经理经验和智能家居用户运营经验。曾实习于法国电信巴黎研发中心（Orange Lab）和英国铁路监管办公室（Office of Rail Regulation, UK）。
本书特色
基于作者曾经在互联网行业从事产品经理的经验，擅长理解用户需求和把握技术要点；可以像一名使者一样，用平和的、精准的语言，在行业参与者和用户群体之间传达着彼此的信息。
基于作者的海外留学经历，凭借扎实的外文资料阅读能力和客观严谨的理工科思维，借助一定的校友资源，可以整合出很多国际化的思考；尤其在国内相关参考资料有限的情况下，视野决定了思考的质量。
基于作者自身的智能家居从业经验，既熟悉行业参与者的局限与规划，又了解用户群体的需求与疑惑，可以像一场节目的主持人一样从容自信的讲解着智能家居的一幕幕。
全书通过技术、用户体验和市场三个视角切入，兼顾不同用户群体和居住环境的切实需要，并不忘呼吁匠人精神的回归，十分贴近当下智能硬件与系统集成交织的真实市场图景。本书确实为我们带来了很多新的启发。
——王胜阳 《智能家居》杂志 数智网le365.cc 主编
移动化、智能化、万物互联是未来的三大趋势。“要么智能，要么死”再也不是危言耸听的预言。智能家居无疑是离我们生活最近、可触可及的改变和存在。作者以独特的专业角度阐述了智能家居产品的台前幕后。建议所有“踮起脚尖遥望未来”的行业人员都来读一读。
——易北辰 小易科技CEO 畅销书《移动互联网时代》作者
这是一本非常有特色的书。第一，它行文流畅、图文并茂、充满了人文艺术的情怀，是一本“易读”的书。第二，它分享了来自行业的新鲜知识和案列，是一本“有用”的书。第三，它提纲挈领、深厚宽广，是一本“用心”打造的书。在中国智能家居大规模产业化呼之欲出的拐点时刻，这是一本难得的书，强烈推荐！
——宋玉杰 Apple& 索尼智能硬件专家
在智能家居行业，确实非常紧缺这样一本书籍。作者对整个行业的产品、技术、运营等进行了详细梳理，也对语音交互和大数据处理等最新人工智能技术的行业应用进行了全面阐述。智能家居行业方兴未艾，此书起到了很大的推广作用！
——李宏言 阿里巴巴智能生活事业部
本书根据作者多年互联网和智能家居的从业经验编写而成，提出了智能家居产品的三原色模型，并逐步阐述了一款好的智能家居产品需要满足的三个条件：优越的技术、友好的用户体验和有效的市场策略。同时，从产品设计、用户和行业参与者等多个角度分析了智能家居这一新兴行业。此外，书中引用的一些国外的产品实例和分析问题的方法与模型，都能带来很多启发。
对于智能家居相关行业的产品从业者或运营人员来说，本书可以梳理行业信息，辅助产品设计，极具参考价值。
这是立春后的第二天。早晨7点左右，我正在浅度睡眠中徘徊着，手机唤醒了我。卧室的灯渐渐亮起，我拿起手机，收到了一条推送消息：“今天天气不错，开窗透透气吧。” 一个大大的懒腰后，我拉开窗帘，打开窗户，屋里的灯随之自动灭掉。新的一天就这样开始了！我嗅到了飘散在空气里的一些智能气息，顿时清心爽面。大约10点时，我站在公司门前，习惯性地按动着开门的摩斯码——即使这是我知道的唯一一组摩斯码，它每天都能为我开启一扇交融了科技与生活的大门。片刻之后，我坐在座位上，屏幕上闪现着一份写书的邀约，我的眼前浮起了一些片段：
在我刚踏入智能家居行业时，几乎找不到一本入门级的参考资料。因为智能家居是一个新兴的行业。
在与用户交流的日常工作中，我不断更新着对用户需求的认知，一些理念性的观点也在我脑海里酝酿着。因为智能家居是一个实用的产品。
在朋友或校友的聚会上，当我用手机远程打开了家里的灯时，总会收到很多惊喜的眼神。因为智能家居是一个新奇的主意。
在一些互联网活动上，当我谈到智能家居时，时常能引出一场有深度的行业探讨。因为智能家居是一个巨大的机会。
在一些智能产品展会上，当我对一些设计理念和产品需求提出疑问时，有时我并不敢认同厂商的见解。因为智能家居是一个热闹的风口。
原来这些有趣的片段在我的脑海里已经积淀了这么久，而这一刻，我认为对智能家居行业进行梳理的时机已经成熟。我希望能借助这本书，去讲述一场正在上演的智能家居大戏。
本书围绕着智能家居的三原色模型，从技术、体验、市场三个角度逐步展开，阐述在这一新兴行业中好产品需要具备的三个要素，即优越的技术，友好的用户体验和有效的市场策略。本书同时借鉴了丰富的产品实例，支撑对于所述观点的理解，也能为相关工作带来一些启发。
正如同智能家居是面向千家万户的，本书所面向的读者群体也颇为广泛。随着各行各业对智能家居的布局，每一天行业里都会迎接一些新人，本书可为他们打开一扇门。既然行业对从业者的要求是非常综合的，本书可以提供一种参考的可能，帮助智能产品及其相关行业的产品经理、运营人员深入浅出地了解行业。对于技术爱好者，他们可以通过本书从用户体验和市场的角度，加强对行业的认知。此外，也希望本书能帮助行业监管者和投资人等群体，为他们制定决策提供参考。
现在，就让我们一起开启这场别开生面的大戏的序幕！
邢袖迪
2015年5月于清华园
【本章引语】
海报，是电影或戏剧的一种最常见的预告形式。通过与剧情相关的图片，配上简单的文字，若隐若现地介绍着即将开启的大幕。一款好的海报，不仅能在第一时间吸引观众的眼球，激起心中的期待，更能引导观众对剧情展开想象。当大幕拉开的时候，看过海报的观众有着更强的代入感，更容易与剧情产生共鸣。
本章的题图是一张极简风格的海报，这三个交织的圆，将会讲述怎样的故事？大幕慢慢拉开，让我们来看一下智能家居唱的到底是一场什么戏。
1.1 智能家居的情景实例
1.2 智能家居的基本属性
1.3 蓄势待发的智能家居
1.4 与智能家居相关的概念
1.5 智能家居三原色模型
1.6 本书框架
智能家居是什么？通俗来讲，家里的设备都进行了升级换代，并且具备了相互连通的能力，由此构成了更加舒适的家居生活。
为了更形象地理解这个概念，先来看6个日常生活中的情景实例。
时间：早晨6:33
地点：卧室、卫生间、厨房
智能床监测到你已经进入了最浅睡眠状态，便向其他设备发出了唤醒的指令；智能窗帘慢慢拉开，智能音箱也放出了轻柔的音乐，于是你自然又舒适地醒来，开始了一天的生活。
在卫生间里洗漱时，智能镜子上显示着昨晚欧美市场的金融行情，同时你也查看了下期待已久的大片—《人工智能2》就要上映了。
同时厨房里的智能豆浆机自动开始制作豆浆，其豆浆含量和温度都是你最熟悉、最喜欢的。
时间：早晨8:12
地点：衣帽间、玄关（进门处附近的区域）
当你走进衣帽间时，灯会自动亮起，智能试衣镜上显示出今天的天气信息并推荐了两款着装搭配。
出门前，你在智能墙面开关的显示屏上确认了一下今天的限号信息，同时双击了一下购物袋的图标，把今天的购物清单下了单；最后你一键关闭了全家的灯，带上门后，门会自动锁上，并激活了全家布防模式。
时间：中午13:15
地点：办公室
中午休息后，O2O超市的送货员打来了电话，早晨下单的各种水果蔬菜已经送到了家门口。你用手机为送货员开门，并通过智能音箱的对讲功能嘱咐了几句。不用担心家中的财产安全，因为安防摄像头正在监视着玄关处，所有的红外探测器也在把守着自己的区域。
你又通过摄像头看了下家中的爱猫，发现早晨给它的猫粮居然还没有吃完。
有轻微强迫症的你，突然记不清楚是否关了阳台的窗户，就通过手机上的智能家居平台确认了一下门窗的闭合状态。
时间：晚上6:53
地点：公司停车场、车库、玄关
下班后，当发动车的时候，爱车已经规划好了一条通畅的路线；同时家中的智能空调也会自动打开，准备以最舒适的温度迎接你回家；由于你总是喜欢吃煮熟后再闷15分钟的米饭，智能电饭煲会根据预估的你到家时间开始煮饭。
临近车库时，车库门会自动打开。
到家时智能门也会自动解锁，打开门的一瞬间家里的灯光缓缓亮起，智能音箱里也传来悠扬的西班牙歌曲，正是你下午分享到微信朋友圈里的那首，你对音箱会心地一笑。
时间：晚上8:02
地点：客厅、书房、休闲区
晚饭后，客厅的智能电视提醒你在追的电视剧已经更新了，于是伴着柔和的灯光你看了一会电视，并且和好友通过电视激烈地讨论了一会剧情。
这时书桌上的台灯像眨眼睛一样闪烁了一下，你突然想起来这周的法语课作业还没有写；当你在书桌前坐下时，客厅的电视自动关闭了，全家的灯都变成了暗光模式，只有台灯专注地陪你也进入了学习状态。
完成作业后，手环里的智能教练提醒你不要忘了今天的健身计划，于是你骑上了动感单车，伴着音乐挥洒着汗水；在运动的同时，智能设备也在收集、整理着你的各种身体指标，并制订着下一步的健身计划。
时间：晚上11:03
地点：卧室
正在看手机的你收到一条智能管家的推送消息：“主人，你明天的行程挺忙的，所以记得早些休息哟。”确实，你想起了明天要谈的几个项目，决定早些休息。
伴着家中逐渐暗下来的光线，你也慢慢有了睡意，通过床头的开关，一键关闭了家中所有的灯，并开启了夜间模式：新风系统和空调都进入了低耗状态，门窗也自动布防，床更是以最舒适的温度和软度拥抱你入睡。
通过上一节列举的6个情景实例，可以对智能家居有一个初步的、感性的认识。进一步研究，能从这些实例中抽取出一些共有的特点，也就是智能家居的基本属性。从而完成了从列举实例到提取共性的过程，也定义了什么是智能家居。
智能家居是全天候都在工作的，不受白天黑夜的限制。从唤醒用户到送用户出门上班，从迎接用户回家到陪伴用户入睡，智能家居一直在工作着，甚至当用户入睡后，也随时听候吩咐：如果用户夜间起床，智能夜灯会及时地亮起。
图1-1 基本属性-全天候
用户在家中的任何一个区域，都可以与智能家居进行交互，并享受相应的功能，甚至不在家中的时候，也可以进行远程查看和控制。其广泛的交互区域，是传统家居不能比的。
图1-2 基本属性-全区域
智能家居涵盖了日常生活的方方面面，可谓无微不至。如实例中提到的衣（情景2中衣帽间的试衣镜）、食（情景1中的豆浆机和情景4中的电饭煲）、住（情景1中的智能床）、行（情景2中查看限号信息和情景4中的车库门）。
家中的设备不再是一个个孤零零的个体，而是可以互相连通、相互协作的智能设备，从而提供着更丰富的功能。此外还可以整合一些外部信息或开放数据，如用户的日程安排、天气情况、路况信息等。
智能家居并没有创造新的用户需求，而是为传统需求提供了一个更好的解决方案。例如智能床的唤醒功能，只是替代了原有的传统闹钟，采用了更舒适的方式去唤醒用户。再如智能电饭煲，可以与其他设备协作，远程开启煮饭功能，这是传统电饭煲做不到的，但解决的依然是煮饭的需求。
智能家居把用户从一些重复性的操作中解放出来，从而把更多的时间和精力投入到具有创造性的工作中。例如原本需要手动查询的限号信息，却可以呈现在玄关处的智能墙面开关上，从而避免了琐碎的操作；例如衣帽间试衣镜上呈现的天气信息，也可以帮用户省去很多检索信息的时间；再如每天窗帘的闭合，都可以交给智能家居去完成。此外，智能家居还可以识别一些原本不容易察觉的细节，从而及时地提供建议。例如智能床可以通过用户近期的睡眠质量，结合智能手环采集的运动量，建议用户注意作息、多加运动。
智能家居正在借着物联网浪潮之势，踏着传统家居的“互联网+”之道，来到人们的日常生活中。随着实施成本的降低和功能的提升，这股智能化的力量更是势不可当。
物联网，被誉为继互联网、移动互联网之后的第三波信息化浪潮，并且将更加深入地影响到人们的生活，如图1-3所示。
图1-3 三次信息化浪潮对家居生活的影响
在互联网时代，正如比尔·盖茨所梦想的“每个家里都能有一台电脑”[1]，每个家庭通过一台电脑的连网，实现了与世界的连接。虽然只是有线的网络，而且必须在家中一个固定的位置上网，但毕竟实现了互联的从无到有。
在移动互联网时代，无线网络覆盖了全家的每个区域，而且笔记本电脑、智能手机、平板电脑等便携设备的普及，能让我们更加便捷地与世界连接。这一步完成了从固定到移动的互联，但我们的目光依然离不开那几块屏幕。
在正在发生的物联网时代，传统设备的智能化创造了更多的触点，让智能家居真正来到人们身边。这一步，将完成从局部到全部的互联，我们也将把目光从屏幕上移开，回到原本的生活中。在物联网时代有了更多的连接网络的可能，对家居生活的影响也最为广泛。
从供应方的角度来看，传统家居的产品和市场都已成形，行业的参与者都在努力寻求新的增长点。“互联网+”的提出，给了传统家居参与者很多启发，都在努力探索如何践行互联网思维。一台传统的电视，如果可以连入网络，不但提供的内容会更加丰富，还可以实现手机控制等新奇的功能；一个传统的地产项目，如果在预装时，就实施了智能家居解决方案，业主入住的时候，推开的将是智能生活的大门。
从需求方的角度来看，人们对家居生活有了更多的期待。随着生活水平的提高和中产阶级的不断壮大，对生活品质的追求变得日益迫切。而智能家居的出现，恰恰可以解决这方面的需求。早晨起床时，一杯新鲜的豆浆已经做好；夜里起床时，智能夜灯会自动亮起；智能家居就这样从身边的小事做起，逐渐走进了人们的生活。此外，节能环保意识的提高，也促进了人们对智能家居的向往。
根据高盛的报告[2]，在过去的10年间，智能硬件终端、网络连接和数据处理三个方面的成本都有所降低。
更廉价的传感器：传感器的平均成本从1.30美元降至0.60美元。
更廉价的带宽：带宽的成本下降了约40倍。
更廉价的数据处理成本：数据处理的成本下降了约60倍。
综上所述，整个物联网的实施成本有了很大幅度的降低，而智能家居作为物联网的一部分，也受惠于成本的降低。
提到元器件成本，就离不开摩尔定律（Moore’s law），它是由英特尔的戈登·摩尔在1965年提出来的：集成电路上所集成的电路数目，约每18个月会翻一番；换一句话说，微处理器的性能每18个月会提高一倍，或者价格下降一半。不过此定律被认为是一种推测，并没有基于什么物理法则。而实际情况也证明，这种技术发展的增速有放缓的迹象，但成本的降低，是一种不可抵挡的大趋势。
从智能家居技术的基础层来看，性能有了很大的提升。
计算速度的提升，提供了更强大的数据处理能力。
大数据技术的发展，可以从数据中发掘更多的价值。
广泛的网络覆盖，让基于Wi-Fi通信的智能设备更容易实现连网。
此外，在安全性、功耗管理、远程控制方面技术的突破，都提升了智能家居的性能。
从智能家居用户的应用层来看，功能也有了一定的改进。
人工智能和机器学习技术的发展，能为用户提供更加贴心的体验。
智能手机的普及，让很多简单的设备可以借助手机完成计算和连网，从而提供更丰富的功能。
综上所述，在宏观层面上，智能家居将借力物联网和“互联网+”的趋势；在微观层面上，智能家居将借助技术发展的有利趋势。因此，蓄势已久的智能家居即将爆发。
随着科技公司的广泛布局、资本的疯狂追逐、媒体的大力报道，很多科技概念已经被过度消费。当人们对一个新的概念刚刚有了点认识的时候，另一个概念又被抛了出来，真正能被人们记住的，恐怕只是一个雏形和一些片面的见解。而这些概念的吹捧者，为了保持视野的前瞻性和话题的新鲜度，不得不追随着更新的概念，也因此错失了把概念落地的时间和机会。
于是这些概念变成了风口词汇：来得很突然，去得也匆忙。但幸运的是，这些概念正在悄悄地来到人们的身边，智能家居为这些看似熟悉却又有些陌生的概念，提供了一个登台亮相的机会。
这一概念是由英国科学家Kevin Ashton，于1999年在麻省理工学院提出的是指把原本相互独立的设备，通过连网实现互联互通，从而提高效率，提供更多服务，获得健康、安全、环保等方面的收益。
同时这也是一个很广泛的概念，它包括：智能家居、可穿戴设备、车联网、智慧城市、产业互联网等智能设备。如图1-4所示，智能家居是物联网的一个重要组成部分。
图1-4 物联网相关概念的关系图
在物联网的基础上，思科公司更是进一步提出了万物联网（Internet of Everything，简称IoE）的概念[3]，认为可以实现对人、物体、数据、流程的有效连接，从而让城市和社区的生活更加舒适。
可穿戴设备几乎是最早来到人们身边的智能设备，其包括：智能手环、智能手表、智能眼镜、智能运动相机等。根据高盛的预测[2]，到2017年，全球可穿戴设备的利润总额将达200亿美元。
与智能家居的交集：当用户在家中时，所佩戴的设备可以与智能家居产生交互。例如，可以通过手环上的按键，打开家里的灯；再如，可以通过智能手表，查看此刻家中的空气状况。
车联网的功能包括：对车况的检查、日常资讯、娱乐、导航、车辆管理等。根据Gartner的预测，到2020年联网车的数量将超过传统车。
与智能家居的交集：当用户驾车离开或者回到家中时，可以与智能家居产生一些联动。例如前面情景实例中提到的下班回家，当你在公司发动车时，家中的空调和电饭煲可以根据路况信息，适时开始工作。
智慧城市是把新一代信息技术充分运用在各行各业，涉及城市的经济、环境、生活、经济等方面，包括：智能仪表、智能交通灯、智能停车收费系统、城市资源利用率分析等。
与智能家居的交集，例如，智能水电表可以完成自动抄表。再如，智能洗衣机可以根据智慧城市提供的用电峰值信息，选择合适的工作时间，以提高城市的公共资源利用率。
云计算技术，是一种基于互联网的计算资源共享方式，可以广泛地为智能家居提供可靠的数据存储与处理的功能。
在早期的互联网时代，一种网络服务可能需要大量的服务器资源和带宽等硬件保障，这无疑提高了开发的门槛。但如今借助云计算技术和“云平台”提供商，计算资源变得更加“民主化”，智能家居中的设备通过接入“云”端，都可以获得优质的计算资源。很多创业团队借助云计算技术，同样打造出了优秀的产品，也推动了行业的繁荣与发展。
大数据技术，是指在合理的时间内，对海量数据进行获取、处理并挖掘出有价值的、可解读的信息。
智能家居中的各种设备都会产生大量的数据，其中还包括一些非结构化的数据，这都意味着大数据技术的机会。大数据技术，可以为智能家居挖掘出更多有价值的信息。例如，根据用户冰箱里食品的喜好，推荐更健康的生活方式；根据天气和用户着装习惯的历史记录，建议更合心意的服饰搭配。
增强现实技术，是在现实世界影像的基础上，叠加一个虚拟世界的图像，并可以进行互动。
作为一种全新的观察世界的方式，增强现实技术可以为智能家居提供一种更加丰富的交互体验。例如在微软Hololens的概念宣传片[4]中，就可以感受到增强现实技术在智能家居中的应用：在书桌上立体展示天气预报，在墙上观看电视节目。就像宣传语中说的那样：当你改变了看世界的方式时，你就改变了你所看见的世界（“When you change the way you see the world，you can change the world you see.”）。
人工智能技术，是指由人工设计并制造出来的系统所表现的智能，可以为智能家居提供一个聪明的智能中枢。
借助人工智能，我们可以像科幻电影中那样，随心所欲地控制家里的设备。人工智能将在家中扮演“管家”的角色，根据智能的程度分为控制、反馈和交流三个层次。根据用户的需求，去控制一些设备并及时地反馈，这是大多数“管家”都能做到的，但要达到机器与人自由“交流”的层次，还需要更多的研究。
工业4.0，是指通过制造业的信息化和智能化，完成传统工厂到智慧工厂的升级，并实现商业流程和价值流程的优质整合。
借助工业4.0技术，工厂可以更好地把控智能产品的生产流程，而且智能产品也是由诸多智能元器件构成，并具有一定的感知、计算和通信的能力，这更丰富了在生产过程中与工业4.0技术的结合。
综上所述，一方面，智能家居提供了一个让技术走到大众身边的舞台，提供了一个让概念落地的机会；另一方面，这些概念也让智能家居变得更舒适、更强大。
在色彩学中，红、绿、蓝被称为“三原色”；按照不同的比例去组合这三种颜色，会产生丰富多彩的色彩。这套原色系统被称作“RGB色彩空间”。在其最中心的重叠区域是白色，色彩纯正，没有半点瑕疵和偏颇。
在Drew Conway提出的数据科学文氏图[5]中，数据科学是数学与统计学知识、计算机技能和商业逻辑三者的交集。他认为只有同时具备这三种技能的人，才能驾驭数据科学的舞台。
受这两种模型的启发，笔者也提出了属于智能家居行业的三原色模型：技术+体验+推广与运营。只有当产品兼具这三个方面的特质时，才能成为一款优秀的、没有瑕疵的智能家居产品。
为了对三原色模型先有一些感性的认识，图1-5通过词云的形式，罗列了每个方面所需要具备的特质和相关概念。
图1-5 智能家居三原色模型
在技术方面，涵盖了智能家居的硬件、通信、数据处理等技术；技术是整个产品的基础，需要做到前沿、严谨与可靠。
在体验方面，涵盖了用户在使用智能家居全过程的体验；体验是产品的外表，需要做到简单、易用。
在推广与运营方面，涵盖了把产品带入千家万户的过程，如公司的可持续运营、产品的有效升级迭代、让用户愿意买单；需要做到灵活、有效。
只有处于三原色交叉的区域，才能称得上一款成功的智能家居产品，否则任何的偏颇，都有其不可避免的局限性。或许在短时间内能得到某些群体的肯定，但从长远来看终究难以向大众推广。
图1-6 不完整的智能家居产品
这只是一款高傲的产品，炫酷却又有些疏远，给人一种不友好的印象。没有在用户体验方面投入足够的思考，会让产品变得突兀；即使技术过硬、推广策略有效，但因学习门槛过高，也只能局限在专业从业者或技术爱好者的圈子里，很难走进广大用户的家里。
这只是一款传统的产品，熟悉却又有些腻，给人一种不入时的印象。这类产品有着很成熟的市场和很流畅的体验，而且已经被广大用户所熟悉，但因为缺乏革新技术的融入，用户的满意度和厂商的利润率都遇到了发展的瓶颈。
这只是一款单纯的产品，卖好却不卖座，给人一种不完整的印象。虽然产品实现了技术和体验的完美融合，但因为推广与运营模式的薄弱，在市场上受阻，制约了产品的推广，最终只能局限在商用或者少数群体。
回顾一下本章引语中的那幅极简的插图。如果把本书比作一幅画，那么书中的8个章节也是按照智能家居三原色模型逐渐绘制。
图1-7 本书框架
第1章勾画了三个圆的框架：通过情景实例的介绍、基本属性的总结、相关概念的阐述，对智能家居有些初步的了解，并且进一步引出了三原色模型。
第2章填补了一下左圆：智能家居相关的技术。首先介绍了技术框架，然后讲解了传感器、通信协议、数据同步等细节，有一定的技术门槛。
第3章填补了一下右圆：智能家居中的用户体验：从交互方式的演变到体验的再整合，从传统体验的延伸到双向学习的过程。
第4章进一步勾画了两圆的交集：智能家居中的产品。先后介绍了智能化程度的区分、智能产品的用户中心化，以及产品联动和应用情景。
第5章着重填充了两圆的交集：以6大产品系统为线索，罗列了多种智能家居产品的特性。
第6章从用户的角度勾画了上圆：根据多种划分标准介绍了用户群体的构成，还从感性和理性因素的角度分析了用户需求。
第7章从商家的角度勾画了上圆：介绍了不同行业参与者的推广之道，其中包括科技公司、传统企业、创业公司等。
第8章聚焦在了三个圆的交集：从技术、行业、企业、从业者等多个角度畅想了智能家居的未来。
对于智能家居来说，有很多可以量化的数据，因为智能的本质是数字。如果本书也尝试着量化一下，从各方面的比重来看，技术、体验、运营与推广的比例大约是2:4:4。
通过本章的介绍，大幕已经开启。首先描述了一些常见的情景，并提取出了智能家居的基本属性，然后介绍了一些相关概念，并提出了属于智能家居的三原色模型。接下来，好戏即将围绕着这三个圆逐渐登场。
本章首先会介绍一下智能家居产品的技术架构，然后进一步介绍一些技术上的细节。不过基于本书的目标群体主要是非技术人员，所以这里介绍的细节也都是一些基本知识，而且对这些技术知识的掌握，也有助于产品的设计和推广。
［1］Claudine Beaumont. Bill Gates's dream: A computer in every home. [http://www.telegraph.co.uk/technology/3357701/Bill-Gatess-dream-A-computer-in-every-home.html](http://www.telegraph.co.uk/technology/3357701/Bill-Gatess-dream-A-computer-in-every-home.html)
［2］Simona Jankowski, etc. The Internet of Things: Making sense of the next mega-trend. Equity Research, Goldman Sachs, [http://www.goldmansachs.com/our-thinking/outlook/internet-of-things/iot-report.pdf](http://www.goldmansachs.com/our-thinking/outlook/internet-of-things/iot-report.pdf)
［3］ Shane Mitchell, Nicola Villa, Martin Stewart-Weeks, Anne Lange. The Internet of Everything for Cities. [http://www.cisco.com/web/about/ac79/docs/ps/motm/IoE-Smart-City_PoV.pdf](http://www.cisco.com/web/about/ac79/docs/ps/motm/IoE-Smart-City_PoV.pdf)
［4］ Microsoft HoloLens. [http://www.microsoft.com/microsoft-hololens/en-us](http://www.microsoft.com/microsoft-hololens/en-us)
［5］ Drew Conway. 数据科学文氏图The Data Science Venn Diagram. [http://drewconway.com/zia/2013/3/26/the-data-science-venn-diagram](http://drewconway.com/zia/2013/3/26/the-data-science-venn-diagram)
【本章引语】
被誉为史上最伟大的歌舞片之一的电影《雨中曲》（Singin’in the Rain），在风靡了几十年之后，被搬上了各地剧场的舞台。演员们在台上的人造雨中翩翩起舞，尽情地演绎着“雨中曲”；观众们伴着雨中的湿气，更加沉浸在歌声里。为了营造效果，有的场次甚至会用到4000公斤的水，但不用担心剧场的环境，整个舞台会在中场休息时被清扫得干干净净。而这一切都归功于强大的舞台设计，因为只有技术过硬，演员们才敢当众玩水。
对于智能家居也是同样的道理，底层的技术是否过硬几乎决定了产品的成败。本章就让我们来看一下智能家居的舞台是如何搭建的，各种技术又是如何支撑着整个产品的。
2.1 智能家居产品的技术架构
2.2 智能设备的触角：传感器
2.3 智能设备互联的语言：通信协议
2.4 智能设备的数据同步
通过本节对“物联网的新技术架构”模型的介绍，可以对各模块有一个初步的了解。然后将结合一个众筹项目，进一步解释这个模型。
对技术架构的了解，将有助于从整体的层面去掌握技术。这里的架构是在迈克尔·波特和詹姆斯·贺普曼提出的“物联网的新技术架构”[6]的基础上，做了一点改编。所以，其不只局限于智能家居产品，也可以供其他智能产品参考使用。
图2-1 物联网产品的技术架构
从技术层面来说，产品包括硬件和软件两个部分。其中硬件包括：设备原有的物理部件、智能部件（传感器、处理器、数据存储装置、控制装置）、连网部件（接口、天线、网络连接模块、网络连接协议）。软件部分包括：操作系统、软件应用、用户交互系统。将在2.2节中，对传感器进行更多的介绍。
此外，在本书的框架中，把产品分为了技术和体验两个部分，这是从用户的接触层面来划分的。将用户所能接触到的、看到的归为体验而用户接触不到的、最底层的归为技术，也就是本章所介绍的内容。
与迈克尔的观点不同，这里把网关、路由器之类的连网设备也归于该部分，而且网络连接协议不仅局限在产品和产品云之间的通信，还包括产品和产品之间的直接通信。此外，将在2.3节中，对通信协议做更多的介绍。
产品云由三个部分组成：产品数据库、应用平台、智能应用平台。其中产品数据库是最底层的数据存储环节，需要实现对产品实时数据和历史数据进行存储与管理。应用平台，是通过对产品数据库的利用，以实现产品基础的智能功能，还包括与智能手机APP的连通。智能应用平台，是一个采用了大数据分析技术的智能控制中心，包括一些智能规则库，以实现高层次的智能管理，并可以与CRM等业务系统相连接。另外，将在2.4节中对数据的同步做更多的介绍。
对于用户来说，包括用户身份的验证、设备的授权管理。
对于系统管理人员来说，包括后台系统的权限管理、云平台的权限管理。例如当遇到技术故障时，如何向工程师、客服人员授权，并管理其查看的数据范围和操作权限等。
外部数据源，指外部数据的接口，包括天气、交通、地理位置等信息。其中，包括一些开放数据，需要通过API接入系统。另外，这里也值得介绍一下SDK和API两个概念。SDK（Software Development Kit，即软件开发工具组）是一整套供开发者用来开发程序的工具。例如，Android SDK就是用来开发Android系统的应用程序。API（Application Programming Interface，即应用程序界面）是一个用来让同一平台下的程序调用其他功能的函数库。例如，需要在自己的网站上嵌入地图服务，就可以使用地图提供商的API。通常SDK中也会包含一些API。
综上所述，需要明确的是，技术框架的提出往往只是为了理解问题，并没有一个固定的标准，也没有严格的界限。例如在产品部分的连网部件中，也有用于网络连接的元器件和通信协议。
下面将以众筹项目MESH[7]为例，进一步介绍技术框架的每一个部分。MESH项目取自“Make、Experience、Share”三个单词的首字母，也很好地诠释了项目的初衷：用户通过不同模块的搭配去自行创造一个智能产品，然后在生活中体验这种智能化产品，并将这种想法分享给好友。因为项目的模块具有灵活组合的特点，所以非常适合在这里作为技术架构的实例去讲解。
从产品的硬件部分来说，套装中分别包括：加速度模块、LED灯模块、按钮模块，每个模块都有一个相应功能的传感器和一块充电电池。
从产品和产品云之间的通信来说，所有的模块都是通过蓝牙低功耗技术（BLE）与iPad相连，从而连接了产品云。
从产品间的互联来说，模块和模块之间的通信同样采用了蓝牙低功耗技术，且模块之间的通信距离可达10米。
从产品的功能逻辑层面，也就是产品云方面来看，用户不需要编程，在iPad应用Canvas的可视化界面上，通过简单地拖拽即可完成模块的搭配与连接。其中支持的软件逻辑包括计时器、计数器、逻辑与操作。
对于设备的添加过程，用户需要在iPad应用中点击“登记”按钮，然后将模块置于iPad周围，即可完成绑定，且每个iPad最多可以绑定10个模块。
支持的外部数据源，包括天气、邮件提醒等功能。例如，在下雨天出门前，提示灯会提醒用户带伞。还可以通过配置，与摄像头、运动相机等外部硬件相连。例如，在一定的条件下，可以触发相机去拍照。
传感器，一个听上去有些距离感的科技词汇，其实早已经遍布生活的各个角落。从感应水龙头到电饭煲，从声控灯到光电鼠标，从遥控器到智能手机，都是传感器在发挥着作用。
根据郎为民在《大话物联网》[8]中的介绍，传感器就是把一些非电学物理量，转换成电学量（如电压、电流、电容等）的元器件，从而可以进行测量、传输与处理。非电学物理量，包括速度、压力、温度、湿度、光照度、流量等。如图2-2所示，传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路构成，有时还需要加上一个辅助电源。其中，敏感元件可以直接感受被测量的非电信号，是传感器的核心，也是设计与制作传感器的关键。
图2-2 传感器的组成
智能手机已经成为人们日常生活的一部分，其中丰富的传感器发挥着感知的作用，增强了手机的智能化。如今，越来越多的智能产品正在挑战手机的一些功能，这背后正是把一些手机中的传感器迁移到了智能产品中。下面将梳理一下手机中常见的传感器。
又称为加速计、重力加速度传感器等，也是最为成熟的一种MEMS（Microelectromechanical Systems，即微机电系统）装置。用于测量手机自身的运动，可以监测到手机的摆放方向和角度。通常与陀螺仪一起使用。
可以提供更高精度的角度信息，能识别出手机逆时针旋转、顺时针旋转和朝上下左右4个方向的旋转。在智能产品中，可以用于监护类设备对跌倒事故的识别。
又称为电子罗盘，通过地磁场确定北极的方向，配合GPS信息后，可以提供导航功能。通常在使用前需要运用8字校准法进行校准。
由一个光脉冲发射和探测器组成，通过测量发射出的光脉冲反射回来的时间，去计算与物体之间的距离。常用情景是，当人们打电话时，手机接近面部后屏幕便会熄灭，另外，这一功能可以帮助手机实现节能。在智能产品中，该传感器可以带来一种非接触式的操作方式。
可以测量手机周边的光线明亮程度，并进一步自动调节屏幕的亮暗。该传感器可以很好地被用在室内光线的监测上，并与照明系统和窗帘产生联动。
利用声电转换器件，把声响转换为电信号，话筒便使用了这种传感器。在智能产品中，声控灯是最常见的情景，也可以用于安防。
正如传感器的“感”来自于“感觉”一词，在物联网中，传感器就像触角一样可以感知到周边的环境。那么在智能家居中，传感器需要做到像人的五官一样，去感受声音、光线、温度等外界环境，更需要去感知一些人无法觉察到的信息。除了上节介绍的那些手机中常见的传感器，更多传感器的引入，进一步增强了智能家居的感知能力。
在环境监测与管理类的智能产品中，可以借助温度传感器、气体传感器、气压传感器等，去感知家中的环境情况。在安防类的智能产品中，可以借助震动传感器、红外传感器、压力传感器等，去识别一些事件的发生。
综上所述，一些传感器的引入，并与原有功能产生联动，这便是一种智能化的思路。其中，传感器是信息的输入端，可以触发产品的原有功能，从而构成一个智能的整体。
传感器经过一定的包装后，也能作为一种智能家居产品去使用。以众筹项目Notion[9]为例，可以更具体地理解传感器的功能。这款轻巧的产品，采用了一节纽扣电池，通常可以使用两年，并内置了多种传感器，通过下表可以了解到具体的应用情景。
| 传感器 |
应用情景 |
|---|---|
| 光线传感器 |
判断房间内的灯是否忘记关闭 |
| 温度传感器 |
判断室内温度是否适宜 |
| 压电传感器 |
判断罐内液体的剩余量 |
| 距离传感器 |
判断橱柜门是否被打开 |
| 陀螺仪 |
判断房门是否被打开 |
| 漏水探测器 |
判断水管是否漏水 |
基于每个传感器都具有丰富的功能，Notion团队认为，一个家里配备7个传感器，便可以构建一个比较完整的智能家居系统。
PCB（Printed Circuit Board，即印制电路板）是另一个智能设备中常见的概念，它由若干层玻璃纤维材料和铜箔构成。其中，玻璃纤维是PCB的主要底板，并且是铜箔之间的绝缘体。铜箔像一条河流把电路板中的元器件（包括传感器）连接了起来，其走过的路径又被称作走线。元器件的连接又分为表面贴装和通孔连接两种。
产品在经过了部分智能化升级之后，设备拥有了一定的感知能力。而实现这些设备之间的互联，则像是让其可以互相通话。本节将首先介绍三种无线互联的语言，也就是通信协议，并对比每种协议的优缺点。此外，还介绍了iBeacon这种新兴技术。
图2-3 采用蓝牙协议的产品连接示意图
点对点通信协议，即两个设备之间的连接协议，其代表是蓝牙协议。蓝牙，是一种基于2.4GHz频段的、短距离通信技术，能在手机、笔记本电脑、蓝牙耳机等智能设备之间进行无线信息交换。通过蓝牙技术，可以将原本没有连网能力的设备间接地连入互联网。基于其低功耗的特点和智能手机的普及，蓝牙依然是很多智能产品的首选，例如智能秤、运动手环、水杯、音箱等。
在实际应用中，如图2-3所示，蓝牙协议可以实现一种简单的设备连接方案。智能产品通过蓝牙协议与智能手机相连，进而通过互联网与产品云相连。不过，该连接过程需要手机保持蓝牙功能的开启。通过图2-3也可以看出，由于受蓝牙协议的通信距离的限制，用户只能在家中对产品进行查看与控制，所以该方案不支持远程控制。
在星状结构中，通常以一个设备为中心，向其他设备节点辐射。其中，Wi-Fi作为一种代表性的通信协议，已经被广泛地使用。值得一提的是，Wi-Fi一词是“Wireless Fidelity”的缩写，意思是“无线高保真”。基于其广泛普及度和传输速率，Wi-Fi是很多智能产品的首选，例如安防摄像头、电视、智能插
座等。
在实际应用中，如图2-4所示，Wi-Fi可以实现一定规模的设备连接方案。家中的智能产品通过Wi-Fi与路由器相连，进而通过互联网接入产品云。用户也可以在手机有网络的地方，通过互联网去控制智能产品，包括远程查看和控制。不过，由于路由器的限制，智能产品必须位于路由器的信号范围内，且数量不能过多。此外，由于一些智能产品交互界面的限制，把其接入Wi-Fi网络的设置过程始终有着一定的操作门槛。
图2-4 采用Wi-Fi的产品连接示意图
网状结构，顾名思义是指设备之间能组成一个网络，更多的设备可以直接互相通信，具有更强的稳定性和拓展性。所以这种协议可以在智能家居中很好地发挥作用，进而也涌现出了多种协议，如Zigbee、Zwave以及后起之秀Thread等。在网状结构中，通常有一个中心设备——网关，它创建并管理着这个网络。有的设备不仅是一个节点，还可以参与数据的转发。转发路径是唯一的，并且需要一定的算法去确定。而有的设备则只是接收数据的节点，大多数时候处于休眠状态，以实现设备的低功耗。在完成组网后，为了进一步把设备接入互联网，还需要把网关和路由器相连。
在实际应用中，如图2-5所示，网状结构也可以实现一定规模的设备连接方案。家中的智能产品首先通过自组网，直接或间接地与网关连接，而网关又与路由器相连，进而实现了智能产品和产品云的相连。进一步讲，用户也可以通过手机去进行远程控制。此外，值得一提的是，图中的智能产品3通过智能产品2，也接入了智能网络，这也是网状结构的一大优势。
图2-5 采用网状通信协议的产品连接示意图
在分别介绍了三种通信协议之后，本节将对其做一个对比。这种对比，也是厂商在自我宣传时和用户在选购产品时常要做的。但其实一种协议就像一门语言，有其丰富各异的特点，而没有绝对的优劣之分。
首先，简单地对比一下两种广泛使用的通信协议：星状结构和网状结构。如图2-6所示，星状结构对其中心设备的依赖度较高，该设备必须保持连接状态，且其他设备需要在中心设备的信号范围内。其实，这正是普遍使用的以Wi-Fi为通信协议的智能家居方案，而这里的中心设备就是路由器。当房屋面积过大时，若想使全家设备都实现连接，则需要通过其他途径扩大Wi-Fi的信号范围。
图2-6 星状结构和网状结构的对比
而相比之下，网状结构则具有较强的抗灾性和可扩展性。设备之间可以自组网，所以即使某设备出现故障，其他设备依然可以互相通信。虽然网状结构依然需要一个中心设备与外界相
连，但基于强大的自组网能力，其通信范围可以无限拓展。此外，星状结构中的设备数量容易受通信效果的限制，而网状结构则具有“设备越多、信号越强”的特点。
下面将通过一些客观的数据去对比这三种通信协议，下表整理自Jin-Shyan Lee的一份研究报告[10]。从表中可以看出，每种协议都有在特定情形下的优点：如果只是简单快捷地尝试一下智能产品，蓝牙协议是一种选择；如果产品对带宽要求较高（如安防摄像头），Wi-Fi便是最好的选择；如果智能家居系统中有很多设备，且部分设备需要考虑功耗问题，则Zigbee是一种不错的选择。
|
|
Bluetooth蓝牙 |
Wi-Fi |
Zigbee |
|---|---|---|---|
| IEEE标准 |
802.15.1 |
802.11 |
802.15.4 |
| 网络结构 |
点对点 |
星状 |
网状 |
| 最大传输速率 |
1 MB/s |
54 MB/s |
250 KB/s |
| 传输范围 |
10m |
100m |
10-100m |
| 功耗情况 |
中等 |
高功耗 |
低功耗 |
| 网络最多节点数 |
8 |
32+ |
64000+ |
| 连接延迟 |
10s+ |
3～5s |
30ms- |
综上所述，不同的协议，就像风格迥异的语言，共同丰富着智能设备的互联技术。在设计产品时，需要针对不同的产品需求，去选择相应的通信协议，以充分发挥其技术特性，并达到产品性能的提升。
iBeacon技术是由苹果公司提出的一种基于低功耗蓝牙（BLE）的室内定位技术，具有低功耗、低成本的特点。通过这种技术，可以检测到iBeacon基站附近智能设备的出现，然后该设备可以根据收到的iBeacon信息执行一些任务[11]。除了苹果的iOS设备外，也支持部分安卓4.3及以上的机型。
iBeacon的传输距离分为3个范围：几厘米、几米和大于10米。因此，可以根据设备与iBeacon之间距离的变化，判断设备携带者的的行为。但是，其局限性是设备必须保持蓝牙功能开启。幸运的是，像智能手环之类的智能设备，在推广的过程中也在一起教育市场，培养用户保持蓝牙开启的习惯。
自2013年该技术提出以来，在零售业中已经有了很成熟的应用。例如，当你在商场内路过某家店铺时，可能通过该商场的APP收到一条该店铺的打折消息。再如，iBeacon技术已经整合到了微信的“摇一摇—周边”功能里，用户可以在商家附近通过摇取折扣券，以实现更多的消费。
此外，这一室内定位技术，可以在商店之外发挥更多的作用[12]。比如识别到用户在家中走动；比如嵌入到孩子的棒球手套里，可以确定孩子与家的距离，甚至还可以通过宠物佩戴定位产品，确保其不会走丢。
如图2-7所示，iBeacon在自行车安防方面的应用[13]，也能带来一些启发。采用了iBeacon技术的自行车，可以被接入物联网，进而提供一些基于位置的服务。例如，当你走近自行车时，自行车会自动解锁，这省去了繁琐的开锁操作。例如，当自行车位于其他iBeacon基站时，你可以很容易定位自行车。而当自行车被盗时，也会及时向你的手机推送警报消息。
图2-7 采用了iBeacon技术的智能自行车（图片来源：Kontakt.io）
在信息时代，人们不再受空间的限制，可以自由地进行信息的交换和共享，这便造成了数据同步的问题。对于基于网络的服务来说，数据同步始终是一项重要的工作，而且在物联网时代，数据同步将面临更大的挑战。
在人们熟悉的互联网服务和移动互联网服务中，离不开数据同步的问题。例如，在线购票时，如何确保剩余票数的实时展示，如何应对交易流程中出现的异常。再如，和好友聊天时，“对方正在输入”这种实时的提示是如何实现的。当然，随着网络技术的发展，这些问题都有了很好的解决方案。
图2-8 不同服务的数据同步问题
但在物联网时代，随着连网能力的普及，设备之间的数据同步面临着更加复杂的环境。不像智能手机有着一套较为完整的体系，智能产品从形态到技术都有较大的差异，更有可能使用着不同的网络通信协议。此外，还需要考虑到某些设备的低功耗特性。下面对数据同步的实例和协议的介绍，将有助于理解同步问题的难点。
提到数据同步的问题，两军问题（Two Generals' Problem）是计算机网络中一个经典的例子。如图2-9所示，红方A1和A2两个军团分别驻扎在两个山头上，而山谷之间是蓝方的B军团。如果A1或者A2单独进攻B军团，将会失败，但如果同时进攻，就会胜利。所以红方两个军团对进攻时间的掌控，就变得至关
重要。
图2-9 两军问题图例
为了达成协议，A1派出了通信兵，且在通过山谷的时候没有被B军抓获，成功地把消息送给了A2：明早9点向B军发起进攻。虽然此时A2知道了进攻的消息，但此时A1不确定这个消息已经顺利地通知到了A2，所以通信兵需要再赶回A1。于是，他又一次成功地通过了山谷，把通知到A2的消息告诉了A1。但此时，A2并不确定通信兵已经顺利地回到了A1。于是，A1和A2两军陷入了不断确认的死循环中，无法做到百分之百的确定。这个故事主要说明了在一个不可靠的网络中进行通信的缺点，也证明了世界上并不存在绝对可靠的通信
协议。
就像上面例子中的A1和A2的通信，设备间在传输数据前，需要通信双方先达成一个协议，也就是握手技术。其中，最为著名的是三次握手协议（Three times handshake），如图2-10所示，设备A和设备B通过三次握手，达成了传输数据的协议。
建立连接时，设备A向设备B发送SYN包（Synchronize Sequence Numbers，即同步序列编号），其中seq=x，并进入SYN_SENT状态，等待设备B确认。
设备B收到SYN包，给出确认ACK=x+1；并发送自己的SYN包（seq=y），同时进入SYN_RECV状态。
图2-10 三次握手协议
设备A收到SYN包，给出确认ACK=y+1；然后两个设备都进入ESTABLISHED状态，表示连接成功。
完成三次握手后，设备A和设备B便成功建立了连接，并开始传输数据。当然这也不能做到理论上的绝对可靠，但却是一种普遍使用的协议。
对于智能家居来讲，数据同步问题体现在很多方面，如设备状态的查看、产品之间的联动、手机对设备的控制等。而同时需要考虑的因素有：产品的功耗问题、网络通信协议的传输速率、数据的准确率等。通常，需要在多种因素中做出取舍，以保证产品整体体验上的最优。例如，如果想更准确地知道某设备的状态，则需要与其进行更频繁的通信，但这也将影响到该设备的功耗，特别是不通电的无线设备。这时，便需要在准确度和功耗之间做出权衡。
本章介绍了智能家居产品的技术架构，并进一步介绍了一些技术上的细节。从丰富的传感器，到特点各异的通信协议，再到数据同步的问题，都是智能家居产品的技术支撑，也都影响着上层产品带来的体验。
［6］ 迈克尔·波特，詹姆斯·贺普曼. 物联网时代企业竞争战略.哈佛商业评论，70-89页，2014年11月
［7］ MESH Project. [http://meshprj.com/](http://meshprj.com/)
［8］ 郎为民. 大话物联网. 人民邮电出版社，2011
［9］ Notion: Home Monitoring,Simplified. [https://www.kickstarter.com/projects/1044009888/notion-be-home-even-when-youre-not/description](https://www.kickstarter.com/projects/1044009888/notion-be-home-even-when-youre-not/description)
［10］ Jin-Shyan Lee, Yu-Wei Su, and Chung-Chou Shen. A Comparative Study of Wireless Protocols: Bluetooth, UWB, ZigBee, and Wi-Fi. [http://eee.guc.edu.eg/Announcements/Comparaitive_Wireless_standards.pdf](http://eee.guc.edu.eg/Announcements/Comparaitive_Wireless_standards.pdf)
［11］ What is iBeacon? A Guide to iBeacon. [http://www.ibeacon.com/what-is-ibeacon-a-guide-to-beacons/](http://www.ibeacon.com/what-is-ibeacon-a-guide-to-beacons/)
［12］ Jen Quinlan. 25 beacon uses you won’t find in a store. [http://thepu.sh/trends/25-beacon-uses-wont-find-store/](http://thepu.sh/trends/25-beacon-uses-wont-find-store/)
［13］ Kontakt.io. How a Beacon Makes the JIVR | Bike special. [http://kontakt.io/blog/jivr-launch/](http://kontakt.io/blog/jivr-launch/)
