Połączone ze sobą inteligentne miasta przynoszą piękne marzenia.W takich miastach technologie cyfrowe łączą wiele unikalnych funkcji obywatelskich, aby poprawić efektywność operacyjną i inteligencję.Szacuje się, że do 2050 roku 70% światowej populacji będzie mieszkać w inteligentnych miastach, w których życie będzie zdrowe, szczęśliwe i bezpieczne.Co najważniejsze, zapowiada się ekologicznie, co będzie ostatnim atutem ludzkości przed zniszczeniem planety.
Ale inteligentne miasta to ciężka praca.Nowe technologie są drogie, samorządy lokalne są ograniczone, a polityka skupia się na krótkich cyklach wyborczych, co utrudnia osiągnięcie wysoce operacyjnego i efektywnego finansowo scentralizowanego modelu wdrażania technologii, który byłby ponownie wykorzystywany na obszarach miejskich na całym świecie lub w kraju.W rzeczywistości większość wiodących inteligentnych miast z pierwszych stron gazet to po prostu zbiór różnych eksperymentów technologicznych i pobocznych projektów regionalnych, w których nie można się doczekać rozwoju.
Przyjrzyjmy się śmietnikom i parkingom wyposażonym w inteligentne czujniki i narzędzia analityczne;W tym kontekście zwrot z inwestycji (ROI) jest trudny do obliczenia i ujednolicenia, zwłaszcza gdy agencje rządowe są tak rozdrobnione (pomiędzy agencjami publicznymi a usługami prywatnymi, a także pomiędzy miastami, regionami i krajami).Spójrz na monitorowanie jakości powietrza;Jak łatwo obliczyć wpływ czystego powietrza na służbę zdrowia w mieście?Logicznie rzecz biorąc, inteligentne miasta są trudne do wdrożenia, ale też trudno temu zaprzeczyć.
We mgle cyfrowych zmian widać jednak promyk światła.Oświetlenie uliczne we wszystkich usługach miejskich zapewnia miastom platformę do nabycia inteligentnych funkcji i łączenia po raz pierwszy wielu zastosowań.Spójrz na różne projekty inteligentnego oświetlenia ulicznego wdrażane w San Diego w USA i Kopenhadze w Danii, a ich liczba rośnie.Projekty te łączą matryce czujników z modułowymi jednostkami sprzętowymi mocowanymi do słupów oświetleniowych, aby umożliwić zdalne sterowanie samym oświetleniem i uruchamianie innych funkcji, takich jak liczniki ruchu, monitory jakości powietrza, a nawet wykrywacze broni.
Od wysokości słupa świetlnego miasta zaczęły zwracać uwagę na „żylność” miasta na ulicy, w tym na przepływ ruchu i mobilność, hałas i zanieczyszczenie powietrza oraz pojawiające się możliwości biznesowe.Nawet czujniki parkowania, tradycyjnie chowane na parkingach, można tanio i skutecznie podłączyć do infrastruktury oświetleniowej.Całe miasta można nagle połączyć w sieć i zoptymalizować bez konieczności rozkopywania ulic, wynajmowania powierzchni czy rozwiązywania abstrakcyjnych problemów obliczeniowych dotyczących zdrowszego życia i bezpieczniejszych ulic.
To działa, ponieważ w większości przypadków inteligentne rozwiązania oświetleniowe nie są początkowo kalkulowane z myślą o oszczędnościach wynikających z inteligentnych rozwiązań.Zamiast tego żywotność miejskiej rewolucji cyfrowej jest przypadkową konsekwencją jednoczesnego rozwoju oświetlenia.
Oszczędności energii wynikające z wymiany żarówek na półprzewodnikowe oświetlenie LED, w połączeniu z łatwo dostępnymi źródłami zasilania i rozbudowaną infrastrukturą oświetleniową, umożliwiają realizację inteligentnych miast.
Tempo konwersji na diody LED jest już płaskie, a inteligentne oświetlenie kwitnie.Według analityka inteligentnej infrastruktury Northeast Group do 2027 r. około 90% z 363 milionów latarni ulicznych na świecie będzie oświetlonych diodami LED.Jedna trzecia z nich będzie także obsługiwać inteligentne aplikacje, co jest trendem, który rozpoczął się kilka lat temu.Do czasu opublikowania znacznych funduszy i planów oświetlenie uliczne najlepiej nadaje się jako infrastruktura sieciowa dla różnych technologii cyfrowych w inteligentnych miastach na dużą skalę.
Oszczędzaj koszty diod LED
Zgodnie z praktycznymi zasadami zaproponowanymi przez producentów oświetlenia i czujników inteligentne oświetlenie może obniżyć 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 uzyskać po prostu przechodząc na energooszczędne żarówki LED.Pozostała część oszczędności pochodzi z podłączenia i sterowania oświetlaczami oraz przekazywania inteligentnych informacji o ich działaniu w sieci oświetleniowej.
Same scentralizowane korekty i obserwacje mogą znacznie obniżyć koszty konserwacji.Sposobów jest wiele i uzupełniają się one: planowanie, kontrola sezonowa i dostosowanie czasu;Diagnozowanie usterek i zmniejszona frekwencja pojazdów konserwacyjnych.Wpływ wzrasta wraz z rozmiarem sieci oświetleniowej i wpływa z powrotem na początkowy zwrot z inwestycji.Rynek twierdzi, że takie podejście może zwrócić się w ciągu około pięciu lat i może zwrócić się w krótszym czasie poprzez włączenie „bardziej miękkich” koncepcji inteligentnych miast, takich jak czujniki parkowania, monitory ruchu, kontrola jakości powietrza i wykrywacze broni .
Analityk rynku Guidehouse Insights śledzi ponad 200 miast, aby ocenić tempo zmian;Mówi się, że jedna czwarta miast wdraża systemy inteligentnego oświetlenia.Sprzedaż inteligentnych systemów gwałtownie rośnie.ABI Research oblicza, że do roku 2026 światowe przychody wzrosną dziesięciokrotnie, do 1,7 miliarda dolarów. „Moment żarówki” dla Ziemi wygląda następująco;Infrastruktura oświetlenia ulicznego, która jest ściśle powiązana z działalnością człowieka, jest rozwiązaniem przyszłości jako platforma dla inteligentnych miast w szerszym kontekście.ABI twierdzi, że już w 2022 r. ponad dwie trzecie nowych instalacji oświetlenia ulicznego będzie połączone z centralną platformą zarządzania w celu integracji danych z wielu czujników inteligentnego miasta.
Adarsh Krishnan, główny analityk w ABI Research, powiedział: „Istnieje znacznie więcej możliwości biznesowych dla dostawców inteligentnych miast, którzy wykorzystują infrastrukturę miejskich słupów oświetleniowych poprzez wdrażanie łączności bezprzewodowej, czujników środowiskowych, a nawet inteligentnych kamer.Wyzwanie polega na znalezieniu realnych modeli biznesowych, które zachęcą społeczeństwo do wdrażania rozwiązań wielosensorowych na dużą skalę w opłacalny sposób”.
Pytaniem nie jest już, czy podłączyć, ale przede wszystkim jak i ile podłączyć.Jak zauważa Krishnan, częściowo dotyczy to modeli biznesowych, ale pieniądze już napływają do inteligentnych miast w drodze prywatyzacji przedsiębiorstw użyteczności publicznej (PPP), w ramach której prywatne firmy podejmują ryzyko finansowe w zamian za sukces w zakresie kapitału wysokiego ryzyka.Umowy abonamentowe „jako usługa” rozkładają inwestycje na okresy zwrotu, co również pobudziło aktywność.
Natomiast latarnie uliczne w Europie są podłączone do tradycyjnych sieci o strukturze plastra miodu (zwykle od 2G do LTE (4G)), a także do nowego urządzenia w standardzie HONEYCOMB Iot, LTE-M.W grę wchodzi także zastrzeżona technologia ultrawąskopasmowa (UNB), a także Zigbee, niewielka odmiana technologii Bluetooth o niskim poborze mocy i pochodne standardu IEEE 802.15.4.
Stowarzyszenie Technologii Bluetooth (SIG) kładzie szczególny nacisk na inteligentne miasta.Grupa przewiduje, że dostawy urządzeń Bluetooth o niskim poborze mocy do inteligentnych miast 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 małej mocy jest również przeznaczony do sieci zewnętrznych.„Rozwiązanie do zarządzania aktywami poprawia wykorzystanie zasobów inteligentnego miasta i pomaga obniżyć koszty operacyjne miast” – stwierdziło stowarzyszenie Bluetooth Technology Alliance.
Połączenie dwóch technik jest lepsze!
Każda technologia ma jednak swoje kontrowersje, a niektóre z nich zostały rozwiązane w drodze debaty.Na przykład UNB proponuje bardziej rygorystyczne limity dotyczące harmonogramów ładunku i dostaw, wykluczając równoległą obsługę aplikacji z wieloma czujnikami lub aplikacji takich jak kamery, które tego wymagają.Technologia krótkiego zasięgu jest tańsza i zapewnia większą przepustowość przy opracowywaniu ustawień oświetlenia jako platformy.Co ważne, mogą również odgrywać rolę rezerwową w przypadku odłączenia sygnału WAN i zapewniać technikom bezpośredni odczyt czujników w celu debugowania i diagnostyki.Na przykład Bluetooth o niskim poborze mocy współpracuje z prawie każdym smartfonem dostępnym na rynku.
Chociaż gęstsza sieć może zwiększyć niezawodność, jej architektura staje się złożona i zwiększa zapotrzebowanie na energię dla wzajemnie połączonych czujników punkt-punkt.Problematyczny jest także zasięg transmisji;Zasięg przy użyciu Zigbee i Bluetooth o niskim poborze mocy wynosi maksymalnie kilkaset metrów.Chociaż różnorodne technologie krótkiego zasięgu są konkurencyjne i dobrze nadają się do stosowania w przypadku czujników opartych na siatce i obejmujących całe sąsiedztwo, są to sieci zamknięte, które ostatecznie wymagają użycia bram do przesyłania sygnałów z powrotem do chmury.
Na końcu zwykle dodaje się połączenie o strukturze plastra miodu.Trendem wśród dostawców inteligentnego oświetlenia jest korzystanie z łączności typu „punkt-chmura” o strukturze plastra miodu, aby zapewnić zasięg bramy lub czujnika na odległość od 5 do 15 km.Technologia ula zapewnia duży zasięg transmisji i prostotę;Według społeczności Hive zapewnia także gotową łączność sieciową i wyższy poziom bezpieczeństwa.
Neill Young, szef pionu Internetu rzeczy w GSMA, organie branżowym reprezentującym operatorów sieci komórkowych, powiedział: „Operatorzy akcji… mają zasięg na całym obszarze, dlatego nie wymagają dodatkowej infrastruktury do podłączenia urządzeń i czujników oświetlenia miejskiego .W licencjonowanym widmie sieć o strukturze plastra miodu charakteryzuje się bezpieczeństwem i niezawodnością, co oznacza, że operator ma najlepsze warunki, może obsłużyć dużą liczbę potrzeb, znacznie dłuższą żywotność baterii i minimalną konserwację oraz dużą odległość transmisji taniego sprzętu.
Według ABI, spośród wszystkich dostępnych technologii łączności, w nadchodzących latach największy rozwój odnotuje HONEYCOMB.Szum wokół sieci 5G i poszukiwanie infrastruktury 5G skłoniły operatorów do chwycenia słupa oświetleniowego i wypełnienia małych jednostek o strukturze plastra miodu w środowiskach miejskich.W Stanach Zjednoczonych Las Vegas i Sacramento wdrażają LTE i 5G, a także czujniki inteligentnego miasta w latarniach ulicznych za pośrednictwem operatorów AT&T i Verizon.Hongkong właśnie przedstawił plan zainstalowania 400 latarni obsługujących technologię 5G w ramach inicjatywy inteligentnego miasta.
Ścisła integracja sprzętu
Nielsen dodał: „Nordic oferuje wielomodowe produkty krótkiego i dalekiego zasięgu, w tym układ SoC nRF52840 obsługujący technologie Bluetooth o niskim poborze mocy, Bluetooth Mesh i Zigbee, a także wątki i zastrzeżone systemy 2,4 GHz.Układ nRF9160 SiP firmy Nordic oparty na strukturze plastra miodu oferuje obsługę zarówno LTE-M, jak i NB-iot.Połączenie tych dwóch technologii zapewnia korzyści w zakresie wydajności i kosztów.”
Separacja częstotliwości umożliwia współistnienie tych systemów, przy czym pierwszy działa w wolnym paśmie 2,4 GHz, a drugi wszędzie tam, gdzie znajduje się LTE.Przy niższych i wyższych częstotliwościach istnieje kompromis pomiędzy większym zasięgiem obszaru a większą wydajnością transmisji.Jednak w platformach oświetleniowych do łączenia czujników zwykle wykorzystuje się technologię bezprzewodową krótkiego zasięgu, moc obliczeniową brzegową wykorzystuje się do obserwacji i analiz, a rozwiązania iot o strukturze plastra miodu służą do wysyłania danych z powrotem do chmury, a także do sterowania czujnikami w celu zapewnienia wyższych poziomów konserwacji.
Jak dotąd parę radiotelefonów krótkiego i dalekiego zasięgu dodawano osobno, a nie wbudowano w ten sam chip krzemowy.W niektórych przypadkach elementy są rozdzielane, ponieważ awarie oświetlacza, czujnika i radia są różne.Jednakże zintegrowanie dwóch radiotelefonów w jeden system spowoduje ściślejszą integrację technologii i niższe koszty nabycia, co jest kluczowym czynnikiem dla inteligentnych miast.
Nordic uważa, że rynek zmierza w tym kierunku.Firma zintegrowała technologie łączności bezprzewodowej krótkiego zasięgu i IoT o strukturze plastra miodu ze sprzętem i oprogramowaniem na poziomie programistów, dzięki czemu producenci rozwiązań mogą jednocześnie uruchamiać obie pary w aplikacjach testowych.Płytka Nordic DK dla nRF9160 SiP została zaprojektowana dla programistów, aby „sprawić, by ich aplikacje iot Honeycomb działały”;Nordic Thingy:91 został opisany jako „pełnoprawna, gotowa do użycia bramka”, którą można wykorzystać jako gotową platformę do prototypowania lub dowód koncepcji dla wczesnych projektów produktów.
Obydwa są wyposażone w wielomodowy układ scalony nRF9160 SiP o strukturze plastra miodu i wieloprotokołowy układ SoC krótkiego zasięgu nRF52840.Zdaniem Nordic systemy wbudowane, które łączą te dwie technologie na potrzeby komercyjnych wdrożeń IoT, dzielą już tylko „miesiące” od komercjalizacji.
Nordic Nielsen powiedział: „W ramach platformy inteligentnego oświetlenia miejskiego stworzono wszystkie te technologie połączeń;na rynku jest bardzo jasne, jak je połączyć, dostarczyliśmy rozwiązania dla płyt rozwojowych producentów, aby przetestować, jak ze sobą współpracują.Połączenie ich w rozwiązania biznesowe jest koniecznością w krótkim czasie.”
Czas publikacji: 29 marca 2022 r