Orașele inteligente interconectate aduc vise frumoase. În astfel de orașe, tehnologiile digitale împletesc multiple funcții civice unice pentru a îmbunătăți eficiența operațională și inteligența. Se estimează că până în 2050, 70% din populația lumii va locui în orașe inteligente, unde viața va fi sănătoasă, fericită și sigură. În mod crucial, promite să fie ecologice, ultimul atu al umanității împotriva distrugerii planetei.
Însă orașele inteligente necesită multă muncă. Noile tehnologii sunt scumpe, administrațiile locale sunt constrânse, iar politica se îndreaptă spre cicluri electorale scurte, ceea ce face dificilă realizarea unui model centralizat de implementare a tehnologiei, extrem de operațional și eficient financiar, care să fie reutilizat în zonele urbane la nivel global sau național. De fapt, majoritatea orașelor inteligente de top din titlurile ziarelor sunt doar o colecție de experimente tehnologice diferite și proiecte regionale secundare, cu puține perspective de extindere.
Să ne uităm la containere și parcări, care sunt inteligente, având senzori și analize analitice; în acest context, rentabilitatea investiției (ROI) este dificil de calculat și de standardizat, mai ales atunci când agențiile guvernamentale sunt atât de fragmentate (între agențiile publice și serviciile private, precum și între orașe, regiuni și țări). Să ne uităm la monitorizarea calității aerului; Cum este ușor de calculat impactul aerului curat asupra serviciilor de sănătate dintr-un oraș? În mod logic, orașele inteligente sunt greu de implementat, dar și greu de negat.
Există, totuși, o licărire de lumină în ceața schimbării digitale. Iluminatul stradal în toate serviciile municipale oferă o platformă pentru orașe pentru a dobândi funcții inteligente și a combina mai multe aplicații pentru prima dată. Uitați-vă la diversele proiecte de iluminat stradal inteligent implementate în San Diego, SUA, și Copenhaga, Danemarca, și numărul acestora este în creștere. Aceste proiecte combină seturi de senzori cu unități hardware modulare fixate pe stâlpii de iluminat pentru a permite controlul de la distanță al iluminatului în sine și pentru a rula alte funcții, cum ar fi contoare de trafic, monitoare de calitate a aerului și chiar detectoare de arme.
De la înălțimea stâlpului de iluminat, orașele au început să abordeze „calitatea de viață” a orașului pe stradă, inclusiv fluxul traficului și mobilitatea, poluarea fonică și a aerului, precum și oportunitățile de afaceri emergente. Chiar și senzorii de parcare, îngropați în mod tradițional în parcări, pot fi conectați ieftin și eficient la infrastructura de iluminat. Orașe întregi pot fi dintr-o dată conectate în rețea și optimizate fără a fi nevoie să se sape străzi, să se închirieze spațiu sau să se rezolve probleme abstracte de calcul despre un trai mai sănătos și străzi mai sigure.
Acest lucru funcționează deoarece, în cea mai mare parte, soluțiile de iluminat inteligent nu sunt calculate inițial cu un pariu pe economiile obținute din soluțiile inteligente. În schimb, viabilitatea revoluției digitale urbane este o consecință accidentală a dezvoltării simultane a iluminatului.
Economiile de energie obținute prin înlocuirea becurilor incandescente cu iluminare LED în stare solidă, împreună cu sursele de alimentare ușor disponibile și o infrastructură extinsă de iluminat, fac orașele inteligente fezabile.
Ritmul conversiei la LED-uri este deja stagnant, iar iluminatul inteligent este în plină expansiune. Aproximativ 90% din cele 363 de milioane de stâlpi de iluminat stradal din lume vor fi iluminați cu LED-uri până în 2027, potrivit Northeast Group, un analist în infrastructură inteligentă. O treime dintre acestea vor rula și aplicații inteligente, o tendință care a început în urmă cu câțiva ani. Până la publicarea unor finanțări substanțiale și a unor planuri, iluminatul stradal este cel mai potrivit ca infrastructură de rețea pentru diverse tehnologii digitale în orașele inteligente la scară largă.
Economisiți costul LED-urilor
Conform regulilor generale propuse de producătorii de iluminat și senzori, iluminatul inteligent poate reduce costurile administrative și de întreținere legate de infrastructură cu 50 până la 70%. Însă majoritatea acestor economii (aproximativ 50%, suficient pentru a face diferența) ar putea fi realizate prin simpla trecere la becuri LED eficiente energetic. Restul economiilor provin din conectarea și controlul iluminatoarelor și din transmiterea informațiilor inteligente despre modul în care acestea funcționează în rețeaua de iluminat.
Ajustările și observațiile centralizate pot reduce semnificativ costurile de întreținere. Există multe modalități, iar acestea se completează reciproc: programarea, controlul sezonier și ajustarea temporizării; diagnosticarea defecțiunilor și reducerea prezenței camioanelor de întreținere. Impactul crește odată cu dimensiunea rețelei de iluminat și se reflectă în cazul inițial al rentabilității investiției. Piața spune că această abordare se poate amortiza în aproximativ cinci ani și are potențialul de a se amortiza singură într-un timp mai scurt prin încorporarea unor concepte de orașe inteligente mai „soft”, cum ar fi cele cu senzori de parcare, monitoare de trafic, controlul calității aerului și detectoare de arme de foc.
Guidehouse Insights, un analist de piață, urmărește peste 200 de orașe pentru a evalua ritmul schimbării; aceasta afirmă că un sfert dintre orașe implementează scheme de iluminat inteligent. Vânzările de sisteme inteligente sunt în creștere vertiginos. ABI Research calculează că veniturile globale vor crește de zece ori, ajungând la 1,7 miliarde de dolari până în 2026. „Momentul becului” al Pământului este așa: infrastructura de iluminat stradal, care este strâns legată de activitățile umane, este calea de urmat ca platformă pentru orașele inteligente într-un context mai larg. Încă din 2022, peste două treimi din noile instalații de iluminat stradal vor fi conectate la o platformă centrală de gestionare pentru a integra date de la mai mulți senzori ai orașelor inteligente, a declarat ABI.
Adarsh Krishnan, analist principal la ABI Research, a declarat: „Există mult mai multe oportunități de afaceri pentru furnizorii de orașe inteligente care valorifică infrastructura stâlpilor de iluminat urban prin implementarea de conectivitate wireless, senzori de mediu și chiar camere inteligente. Provocarea este de a găsi modele de afaceri viabile care să încurajeze societatea să implementeze soluții multi-senzoriale la scară largă, într-un mod eficient din punct de vedere al costurilor.”
Întrebarea nu mai este dacă să se conecteze, ci cum și cât să se conecteze în primul rând. După cum observă Krishnan, o parte din aceasta ține de modelele de afaceri, dar banii deja curg către orașele inteligente prin privatizarea cooperativă a utilităților (PPP), unde companiile private își asumă riscuri financiare în schimbul succesului în capitalul de risc. Contractele „ca serviciu” bazate pe abonament distribuie investițiile pe perioade de recuperare, ceea ce a stimulat, de asemenea, activitatea.
În schimb, iluminatul stradal din Europa este conectat la rețele tradiționale de tip fagure de miere (de obicei 2G până la LTE (4G)), precum și la noul dispozitiv standard HONEYCOMB IoT, LTE-M. Tehnologia proprietară ultra-narrowband (UNB) intră și ea în joc, alături de Zigbee, o mică gamă de Bluetooth de consum redus, și derivate din IEEE 802.15.4.
Alianța Tehnologică Bluetooth (SIG) pune un accent deosebit pe orașele inteligente. Grupul preconizează că livrările de dispozitive Bluetooth de consum redus de energie în orașele inteligente vor crește de cinci ori în următorii cinci ani, ajungând la 230 de milioane pe an. Majoritatea sunt legate de urmărirea activelor în locuri publice, cum ar fi aeroporturi, stadioane, spitale, centre comerciale și muzee. Cu toate acestea, Bluetooth de consum redus de energie este destinat și rețelelor exterioare. „Soluția de gestionare a activelor îmbunătățește utilizarea resurselor orașelor inteligente și ajută la reducerea costurilor de operare urbane”, a declarat Alianța Tehnologică Bluetooth.
O combinație a celor două tehnici este mai bună!
Fiecare tehnologie are însă controversele sale, unele dintre ele fiind rezolvate prin dezbateri. De exemplu, UNB propune limite mai stricte privind sarcina utilă și programele de livrare, excluzând suportul paralel pentru aplicații cu senzori multipli sau pentru aplicații precum camerele care îl necesită. Tehnologia cu rază scurtă de acțiune este mai ieftină și oferă un randament mai mare pentru dezvoltarea setărilor de iluminat ca platformă. Este important de menționat că acestea pot juca și un rol de rezervă în cazul deconectării semnalului WAN și oferă tehnicienilor un mijloc de a citi direct senzorii pentru depanare și diagnosticare. Bluetooth-ul cu consum redus de energie, de exemplu, funcționează cu aproape fiecare smartphone de pe piață.
Deși o rețea mai densă poate spori robustețea, arhitectura sa devine complexă și impune cerințe energetice mai mari senzorilor interconectați punct-la-punct. Raza de transmisie este, de asemenea, problematică; Acoperirea folosind Zigbee și Bluetooth de putere redusă este de cel mult câteva sute de metri. Deși o varietate de tehnologii cu rază scurtă de acțiune sunt competitive și potrivite pentru senzorii bazați pe rețea, la nivel de vecin, acestea sunt rețele închise care necesită în cele din urmă utilizarea unor gateway-uri pentru a transmite semnale înapoi către cloud.
De obicei, la final se adaugă o conexiune tip fagure de miere. Tendința furnizorilor de iluminat inteligent este de a utiliza conectivitate tip fagure de miere punct-cloud pentru a oferi o acoperire de gateway sau dispozitiv senzor la o distanță de 5 până la 15 km. Tehnologia Beehive aduce o rază mare de transmisie și simplitate; de asemenea, oferă o rețea standard și un nivel mai ridicat de securitate, potrivit comunității Hive.
Neill Young, șeful diviziei Internet of Things Vertical de la GSMA, un organism industrial care reprezintă operatorii de rețele mobile, a declarat: „Operatorii de acțiune... au acoperire completă a întregii zone, prin urmare nu necesită infrastructură suplimentară pentru conectarea dispozitivelor de iluminat urban și a senzorilor. Rețeaua de tip fagure de miere cu spectru licențiat are siguranță și fiabilitate, ceea ce înseamnă că operatorul are cele mai bune condiții, poate susține un număr mare de nevoi, o durată de viață a bateriei mult mai lungă, întreținere minimă și distanță mare de transmisie a echipamentelor ieftine.”
Dintre toate tehnologiile de conectivitate disponibile, HONEYCOMB va înregistra cea mai mare creștere în următorii ani, potrivit ABI. Zgomotul legat de rețelele 5G și goana după ce găzduiește infrastructura 5G i-au determinat pe operatori să pună mâna pe stâlpii de iluminat și să umple mici unități tip fagure de miere în mediile urbane. În Statele Unite, Las Vegas și Sacramento implementează LTE și 5G, precum și senzori pentru orașe inteligente, pe iluminatul stradal, prin intermediul operatorilor AT&T și Verizon. Hong Kong tocmai a dezvăluit un plan de instalare a 400 de stâlpi de iluminat compatibili cu 5G, ca parte a inițiativei sale privind orașele inteligente.
Integrare strânsă a hardware-ului
Nielsen a adăugat: „Nordic oferă produse multi-mod cu rază scurtă și lungă de acțiune, SoC-ul său nRF52840 suportând Bluetooth cu consum redus de energie, Bluetooth Mesh și Zigbee, precum și Thread și sisteme proprietare de 2,4 GHz. SiP-ul nRF9160 bazat pe Honeycomb de la Nordic oferă suport atât pentru LTE-M, cât și pentru NB-iot. Combinația celor două tehnologii aduce avantaje de performanță și cost.”
Separarea frecvențelor permite coexistența acestor sisteme, primele funcționând în banda de 2,4 GHz fără permisiune, iar cele din urmă funcționând oriunde se află LTE. La frecvențe mai joase și mai înalte, există un compromis între o acoperire mai largă și o capacitate de transmisie mai mare. Însă, în platformele de iluminat, tehnologia wireless cu rază scurtă de acțiune este de obicei utilizată pentru interconectarea senzorilor, puterea de calcul de la margine este utilizată pentru observare și analiză, iar IoT-ul de tip fagure de miere este utilizat pentru a trimite date înapoi în cloud, precum și pentru controlul senzorilor pentru niveluri mai ridicate de întreținere.
Până în prezent, perechea de radiouri cu rază scurtă și lungă de acțiune a fost adăugată separat, nu încorporată în același cip de silicon. În unele cazuri, componentele sunt separate deoarece defecțiunile iluminatorului, senzorului și radioului sunt toate diferite. Cu toate acestea, integrarea radiourilor duale într-un singur sistem va duce la o integrare tehnologică mai strânsă și la costuri de achiziție mai mici, acestea fiind considerații cheie pentru orașele inteligente.
Nordic consideră că piața se îndreaptă în această direcție. Compania a integrat tehnologii de conectivitate wireless și IoT de tip fagure de miere pe rază scurtă de acțiune în hardware și software la nivel de dezvoltator, astfel încât producătorii de soluții să poată rula simultan perechea în aplicații de testare. Placa DK de la Nordic pentru nRF9160 SiP a fost concepută pentru ca dezvoltatorii să „facă aplicațiile lor IoT de tip fagure de miere să funcționeze”; Nordic Thingy:91 a fost descrisă ca o „gateway completă, gata de utilizare”, care poate fi utilizată ca platformă de prototipare gata de utilizare sau ca dovadă de concept pentru proiectele timpurii de produse.
Ambele dispun de SiP nRF9160 multi-mod de tip fagure de miere și SoC nRF52840 multi-protocol cu rază scurtă de acțiune. Sistemele integrate care combină cele două tehnologii pentru implementări IoT comerciale sunt la doar „luni” distanță de comercializare, potrivit Nordic.
Nordic Nielsen a declarat: „O platformă de iluminat inteligent pentru orașe a fost creată pentru toate aceste tehnologii de conectare; piața știe foarte clar cum să le combine, am oferit soluții pentru producători, plăci de dezvoltare, pentru a testa cum funcționează împreună. Combinarea lor în soluții de afaceri este imperativă, doar o chestiune de timp.”
Data publicării: 29 martie 2022