Połączone inteligentne miasta przynoszą piękne marzenia. W takich miastach technologie cyfrowe łączą wiele unikalnych funkcji obywatelskich, aby poprawić wydajność operacyjną i inteligencję. Szacuje się, że do 2050 r. 70% populacji świata będzie mieszkać w inteligentnych miastach, gdzie życie będzie zdrowe, szczęśliwe i bezpieczne. Co najważniejsze, obiecuje być zielone, ostatni atut ludzkości przeciwko zniszczeniu planety.
Ale inteligentne miasta to ciężka praca. Nowe technologie są drogie, lokalne władze są ograniczone, a polityka przechodzi na krótkie cykle wyborcze, co utrudnia osiągnięcie wysoce operacyjnego i wydajnego finansowo scentralizowanego modelu wdrażania technologii, który jest ponownie wykorzystywany na obszarach miejskich na całym świecie lub w kraju. W rzeczywistości większość wiodących inteligentnych miast w nagłówkach to po prostu zbiór różnych eksperymentów technologicznych i regionalnych projektów pobocznych, z niewielką liczbą perspektyw na rozbudowę.
Przyjrzyjmy się śmietnikom i parkingom, które są inteligentne dzięki czujnikom i analityce; W tym kontekście zwrot z inwestycji (ROI) jest trudny do obliczenia i standaryzacji, zwłaszcza gdy agencje rządowe są tak rozdrobnione (między agencjami publicznymi i prywatnymi usługami, a także między miastami, regionami i krajami). Spójrzmy na monitorowanie jakości powietrza; Jak łatwo jest obliczyć wpływ czystego powietrza na usługi zdrowotne w mieście? Logicznie rzecz biorąc, inteligentne miasta są trudne do wdrożenia, ale również trudne do zaprzeczenia.
Jest jednak promyk światła w mgle cyfrowej zmiany. Oświetlenie uliczne we wszystkich usługach komunalnych zapewnia miastom platformę do nabywania inteligentnych funkcji i łączenia wielu aplikacji po raz pierwszy. Spójrz na różne projekty inteligentnego oświetlenia ulicznego wdrażane w San Diego w USA i Kopenhadze w Danii, a zobaczysz, że ich liczba rośnie. Projekty te łączą tablice czujników z modułowymi jednostkami sprzętowymi przymocowanymi do słupów oświetleniowych, aby umożliwić zdalne sterowanie samym oświetleniem i uruchamianie innych funkcji, takich jak liczniki ruchu, monitory jakości powietrza, a nawet detektory broni.
Z wysokości słupa oświetleniowego miasta zaczęły zajmować się „żywotnością” miasta na ulicy, w tym przepływem ruchu i mobilnością, hałasem i zanieczyszczeniem powietrza oraz pojawiającymi się możliwościami biznesowymi. Nawet czujniki parkowania, tradycyjnie zakopane na parkingach, można tanio i wydajnie podłączyć do infrastruktury oświetleniowej. Całe miasta mogą zostać nagle połączone w sieć i zoptymalizowane bez rozkopywania ulic, wynajmowania przestrzeni lub rozwiązywania abstrakcyjnych problemów obliczeniowych dotyczących zdrowszego życia i bezpieczniejszych ulic.
Działa to, ponieważ w większości przypadków inteligentne rozwiązania oświetleniowe nie są początkowo kalkulowane z założeniem o oszczędnościach wynikających z inteligentnych rozwiązań. Zamiast tego wykonalność miejskiej rewolucji cyfrowej jest przypadkową konsekwencją jednoczesnego rozwoju oświetlenia.
Oszczędności energii wynikające z wymiany tradycyjnych żarówek na oświetlenie LED ze światłem półprzewodnikowym, a także powszechnie dostępne zasilacze i rozbudowana infrastruktura oświetleniowa sprawiają, że inteligentne miasta stają się rzeczywistością.
Tempo konwersji LED jest już płaskie, a inteligentne oświetlenie przeżywa rozkwit. Około 90% z 363 milionów lamp ulicznych na świecie będzie oświetlanych diodami LED do 2027 r., według Northeast Group, analityka inteligentnej infrastruktury. Jedna trzecia z nich będzie również obsługiwać inteligentne aplikacje, co jest trendem zapoczątkowanym kilka lat temu. Dopóki nie zostaną opublikowane znaczne fundusze i plany, oświetlenie uliczne najlepiej nadaje się jako infrastruktura sieciowa dla różnych technologii cyfrowych w dużych inteligentnych miastach.
Oszczędź na kosztach LED
Zgodnie z zasadami praktycznymi proponowanymi przez producentów oświetlenia i czujników, inteligentne oświetlenie może zmniejszyć koszty administracyjne i konserwacyjne związane z infrastrukturą o 50 do 70 procent. Jednak większość tych oszczędności (około 50 procent, co wystarczy, aby zrobić różnicę) można by uzyskać po prostu przechodząc na energooszczędne żarówki LED. Pozostałe oszczędności pochodzą z łączenia i kontrolowania oświetlaczy oraz przekazywania inteligentnych informacji o tym, jak działają w sieci oświetleniowej.
Same scentralizowane regulacje i obserwacje mogą znacznie obniżyć koszty konserwacji. Istnieje wiele sposobów, które się uzupełniają: planowanie, kontrola sezonowa i regulacja czasu; diagnostyka usterek i zmniejszona obecność pojazdów konserwacyjnych. Wpływ wzrasta wraz z rozmiarem sieci oświetleniowej i wpływa z powrotem do początkowego przypadku zwrotu z inwestycji (ROI). Rynek twierdzi, że takie podejście może zwrócić się w ciągu około pięciu lat i ma potencjał, aby zwrócić się w krótszym czasie dzięki włączeniu „łagodniejszych” koncepcji inteligentnego miasta, takich jak czujniki parkowania, monitory ruchu, kontrola jakości powietrza i detektory broni.
Guidehouse Insights, analityk rynku, śledzi ponad 200 miast, aby ocenić tempo zmian; Twierdzi, że jedna czwarta miast wprowadza inteligentne systemy oświetleniowe. Sprzedaż inteligentnych systemów gwałtownie rośnie. ABI Research oblicza, że globalne przychody wzrosną dziesięciokrotnie do 1,7 miliarda dolarów do 2026 roku. „Moment zapalania się żarówki” na Ziemi wygląda tak; Infrastruktura oświetlenia ulicznego, która jest ściśle związana z działalnością człowieka, jest drogą naprzód jako platforma dla inteligentnych miast w szerszym kontekście. ABI poinformowało, że już w 2022 roku ponad dwie trzecie nowych instalacji oświetlenia ulicznego będzie powiązanych z centralną platformą zarządzania w celu integracji danych z wielu czujników inteligentnego miasta.
Adarsh Krishnan, główny analityk w ABI Research, powiedział: „Istnieje wiele innych możliwości biznesowych dla dostawców inteligentnych miast, którzy wykorzystują infrastrukturę miejskich słupów oświetleniowych, wdrażając łączność bezprzewodową, czujniki środowiskowe, a nawet inteligentne kamery. Wyzwaniem jest znalezienie opłacalnych modeli biznesowych, które zachęcą społeczeństwo do wdrażania rozwiązań wieloczujnikowych na dużą skalę w sposób opłacalny”.
Pytanie nie brzmi już, czy się połączyć, ale jak i ile się połączyć. Jak zauważa Krishnan, część tego dotyczy modeli biznesowych, ale pieniądze już płyną do inteligentnych miast poprzez spółdzielczą prywatyzację usług komunalnych (PPP), gdzie prywatne firmy podejmują ryzyko finansowe w zamian za sukces w kapitale wysokiego ryzyka. Kontrakty „jako usługa” oparte na subskrypcji rozkładają inwestycję na okresy zwrotu, co również pobudza aktywność.
Natomiast latarnie uliczne w Europie są podłączane do tradycyjnych sieci typu honeycomb (zwykle 2G do LTE (4G)), a także do nowego standardu HONEYCOMB IoT, LTE-M. W grę wchodzi również zastrzeżona technologia ultrawąskopasmowa (UNB), a także Zigbee, niewielka liczba pochodnych Bluetooth o niskim poborze mocy i IEEE 802.15.4.
Bluetooth Technology Alliance (SIG) kładzie szczególny nacisk na inteligentne miasta. Grupa przewiduje, że dostawy Bluetooth o niskiej mocy w inteligentnych miastach wzrosną pięciokrotnie w ciągu najbliższych pięciu lat, do 230 milionów rocznie. Większość z nich jest powiązana ze śledzeniem zasobów w miejscach publicznych, takich jak lotniska, stadiony, szpitale, centra handlowe i muzea. Jednak Bluetooth o niskiej mocy jest również skierowany do sieci zewnętrznych. „Rozwiązanie do zarządzania zasobami poprawia wykorzystanie zasobów inteligentnego miasta i pomaga obniżyć koszty operacyjne w miastach” — powiedział Bluetooth Technology Alliance.
Połączenie tych dwóch technik jest lepsze!
Każda technologia ma jednak swoje kontrowersje, z których niektóre zostały rozwiązane w debacie. Na przykład UNB proponuje bardziej rygorystyczne limity dotyczące harmonogramów ładowania i dostarczania, wykluczając równoległe wsparcie dla wielu aplikacji czujników lub dla aplikacji, takich jak kamery, które tego wymagają. Technologia krótkiego zasięgu jest tańsza i zapewnia większą przepustowość do opracowywania ustawień oświetlenia jako platformy. Co ważne, mogą one również pełnić rolę zapasową w przypadku rozłączenia sygnału WAN i zapewniać technikom sposób na bezpośredni odczyt czujników w celu debugowania i diagnostyki. Na przykład Bluetooth o niskim poborze mocy działa z niemal każdym smartfonem na rynku.
Chociaż gęstsza siatka może zwiększyć wytrzymałość, jej architektura staje się złożona i stawia wyższe wymagania energetyczne połączonym czujnikom typu punkt-punkt. Zasięg transmisji jest również problematyczny; zasięg przy użyciu Zigbee i Bluetooth o niskim poborze mocy wynosi maksymalnie kilkaset metrów. Chociaż wiele technologii krótkiego zasięgu jest konkurencyjnych i dobrze nadaje się do czujników opartych na siatce i obejmujących cały obszar sąsiedztwa, są to zamknięte sieci, które ostatecznie wymagają użycia bram do przesyłania sygnałów z powrotem do chmury.
Połączenie typu honeycomb jest zazwyczaj dodawane na końcu. Trendem wśród dostawców inteligentnego oświetlenia jest korzystanie z łączności typu honeycomb typu punkt-chmura, aby zapewnić zasięg bramy lub urządzenia czujnikowego na odległość od 5 do 15 km. Technologia Beehive zapewnia duży zasięg transmisji i prostotę; zapewnia również gotowe sieciowanie i wyższy poziom bezpieczeństwa, zgodnie ze społecznością Hive.
Neill Young, szef pionu Internetu Rzeczy w GSMA, organie branżowym reprezentującym operatorów sieci komórkowych, powiedział: „Operatorzy akcji… mają cały zasięg na całym obszarze, dlatego nie wymagają dodatkowej infrastruktury do łączenia urządzeń oświetlenia miejskiego i czujników. W licencjonowanym spektrum sieć typu honeycomb jest bezpieczna i niezawodna, co oznacza, że operator ma najlepsze warunki, może obsługiwać dużą liczbę potrzeb, znacznie dłuższą żywotność baterii i minimalną konserwację oraz długi zasięg transmisji niedrogiego sprzętu”.
Ze wszystkich dostępnych technologii łączności HONEYCOMB odnotuje największy wzrost w nadchodzących latach, według ABI. Szum wokół sieci 5G i walka o hostowanie infrastruktury 5G skłoniły operatorów do sięgnięcia po słupy oświetleniowe i wypełnienia małych jednostek honeycomb w środowiskach miejskich. W Stanach Zjednoczonych Las Vegas i Sacramento wdrażają LTE i 5G, a także czujniki inteligentnych miast, na latarniach ulicznych za pośrednictwem operatorów AT&T i Verizon. Hongkong właśnie ujawnił plan zainstalowania 400 latarni z obsługą 5G w ramach inicjatywy inteligentnego miasta.
Ścisła integracja sprzętu
Nielsen dodał: „Nordic oferuje produkty wielomodowe krótkiego i dalekiego zasięgu, a jego SoC nRF52840 obsługuje Bluetooth o niskim poborze mocy, Bluetooth Mesh i Zigbee, a także Thread i zastrzeżone systemy 2,4 GHz. Oparty na Honeycomb SiP nRF9160 firmy Nordic oferuje zarówno obsługę LTE-M, jak i NB-iot. Połączenie tych dwóch technologii zapewnia wydajność i korzyści kosztowe”.
Separacja częstotliwości pozwala tym systemom współistnieć, przy czym pierwszy działa w paśmie 2,4 GHz bez uprawnień, a drugi wszędzie tam, gdzie znajduje się LTE. Przy niższych i wyższych częstotliwościach istnieje kompromis między szerszym zasięgiem a większą przepustowością transmisji. Jednak w platformach oświetleniowych technologia bezprzewodowa krótkiego zasięgu jest zwykle używana do łączenia czujników, moc obliczeniowa krawędzi jest używana do obserwacji i analizy, a honeycomb ioT jest używany do przesyłania danych z powrotem do chmury, a także do sterowania czujnikami w celu uzyskania wyższych poziomów konserwacji.
Do tej pory para radiotelefonów krótkiego i dalekiego zasięgu była dodawana oddzielnie, a nie wbudowana w ten sam układ krzemowy. W niektórych przypadkach komponenty są rozdzielone, ponieważ awarie oświetlacza, czujnika i radia są różne. Jednak zintegrowanie dwóch radiotelefonów w jednym systemie spowoduje ściślejszą integrację technologii i niższe koszty zakupu, co jest kluczowym czynnikiem w przypadku inteligentnych miast.
Nordic uważa, że rynek zmierza w tym kierunku. Firma zintegrowała technologie łączności bezprzewodowej krótkiego zasięgu i Honeycomb IoT ze sprzętem i oprogramowaniem na poziomie deweloperskim, aby producenci rozwiązań mogli uruchamiać parę jednocześnie w aplikacjach testowych. Płytka Nordic DK dla nRF9160 SiP została zaprojektowana dla deweloperów, aby „sprawić, aby ich aplikacje Honeycomb IoT działały”; Nordic Thingy:91 został opisany jako „pełnoprawna gotowa brama”, która może być używana jako gotowa platforma prototypowania lub dowód koncepcji dla wczesnych projektów produktów.
Oba posiadają wielomodowy układ Honeycomb nRF9160 SiP i wieloprotokołowy SoC krótkiego zasięgu nRF52840. Według Nordic systemy wbudowane łączące te dwie technologie do komercyjnych wdrożeń IoT są oddalone o zaledwie „miesiące” od komercjalizacji.
Nordic Nielsen powiedział: „platforma inteligentnego oświetlenia miejskiego została skonfigurowana ze wszystkimi tymi technologiami połączeń; rynek bardzo wyraźnie wie, jak je ze sobą połączyć, dostarczyliśmy rozwiązania dla producentów płyt rozwojowych, aby przetestować, jak one ze sobą współpracują. Są one łączone w rozwiązania biznesowe, co jest konieczne, w ciągu zaledwie chwili”.
Czas publikacji: 29-03-2022