Sammenkoblede smarte byer bringer vakre drømmer. I slike byer vever digitale teknologier sammen flere unike samfunnsfunksjoner for å forbedre driftseffektivitet og intelligens. Det er anslått at innen 2050 vil 70 % av verdens befolkning bo i smarte byer, hvor livet vil være sunt, lykkelig og trygt. Avgjørende er at det lover å være grønt, menneskehetens siste trumfkort mot planetens ødeleggelse.
Men smarte byer er hardt arbeid. Nye teknologier er dyre, lokale myndigheter er begrenset, og politikken går over til korte valgperioder, noe som gjør det vanskelig å oppnå en svært operativ og økonomisk effektiv sentralisert teknologidistribusjonsmodell som gjenbrukes i byområder globalt eller nasjonalt. Faktisk er de fleste av de ledende smarte byene i overskriftene egentlig bare en samling av forskjellige teknologiske eksperimenter og regionale sideprosjekter, med lite å se frem til å utvide.
La oss se på containere og parkeringsplasser, som er smarte med sensorer og analyser. I denne sammenhengen er avkastning på investeringen (ROI) vanskelig å beregne og standardisere, spesielt når offentlige etater er så fragmenterte (mellom offentlige etater og private tjenester, samt mellom byer, regioner og land). Se på luftkvalitetsovervåking. Hvordan er det enkelt å beregne effekten av ren luft på helsetjenestene i en by? Logisk nok er smarte byer vanskelige å implementere, men også vanskelige å benekte.
Det finnes imidlertid et lysglimt i tåken av digital endring. Gatebelysning i alle kommunale tjenester gir en plattform for byer til å skaffe seg smarte funksjoner og kombinere flere applikasjoner for første gang. Se på de ulike smarte gatebelysningsprosjektene som implementeres i San Diego i USA og København i Danmark, og de øker i antall. Disse prosjektene kombinerer sensormatriser med modulære maskinvareenheter festet til lyktestolper for å muliggjøre fjernkontroll av selve belysningen og for å kjøre andre funksjoner, for eksempel trafikktellere, luftkvalitetsmålere og til og med våpendetektorer.
Fra lyktestolpens høyde har byer begynt å ta tak i byens «levedyktighet» på gaten, inkludert trafikkflyt og mobilitet, støy og luftforurensning, og nye forretningsmuligheter. Selv parkeringssensorer, tradisjonelt gravd ned på parkeringsplasser, kan billig og effektivt kobles til belysningsinfrastrukturen. Hele byer kan plutselig kobles til nettverk og optimaliseres uten å grave opp gater eller leie plass eller løse abstrakte dataproblemer om sunnere livsstil og tryggere gater.
Dette fungerer fordi smarte belysningsløsninger for det meste ikke i utgangspunktet er kalkulert med en satsing på besparelser fra smarte løsninger. I stedet er levedyktigheten til den urbane digitale revolusjonen en tilfeldig konsekvens av den samtidige utviklingen av belysning.
Energibesparelsene ved å erstatte glødepærer med LED-belysning i faststoffutgave, sammen med lett tilgjengelige strømforsyninger og omfattende belysningsinfrastruktur, gjør smarte byer mulige.
Tempoet i LED-konverteringen er allerede flatt, og smart belysning er i kraftig vekst. Omtrent 90 % av verdens 363 millioner gatelys vil være opplyst av LED innen 2027, ifølge Northeast Group, en analytiker innen smart infrastruktur. En tredjedel av dem vil også kjøre smarte applikasjoner, en trend som startet for noen år siden. Inntil betydelig finansiering og planer publiseres, er gatebelysning best egnet som nettverksinfrastruktur for ulike digitale teknologier i store smarte byer.
Spar LED-kostnader
I følge tommelfingerreglene foreslått av belysnings- og sensorprodusenter, kan smart belysning redusere administrasjons- og vedlikeholdskostnader knyttet til infrastruktur med 50 til 70 prosent. Men mesteparten av disse besparelsene (omtrent 50 prosent, nok til å utgjøre en forskjell) kan realiseres ganske enkelt ved å bytte til energieffektive LED-pærer. Resten av besparelsene kommer fra å koble til og kontrollere belysningsarmaturer og sende intelligent informasjon om hvordan de fungerer på tvers av belysningsnettverket.
Sentraliserte justeringer og observasjoner alene kan redusere vedlikeholdskostnadene betydelig. Det finnes mange måter, og de utfyller hverandre: planlegging, sesongkontroll og tidsjustering; feildiagnose og redusert tilstedeværelse av vedlikeholdsbiler. Effekten øker med størrelsen på belysningsnettverket og strømmer tilbake til det opprinnelige avkastningsscenariet. Markedet sier at denne tilnærmingen kan betale seg selv på omtrent fem år, og har potensial til å betale seg selv på kortere tid ved å innlemme "mykere" smartbykonsepter, for eksempel de med parkeringssensorer, trafikkmonitorer, luftkvalitetskontroll og våpendetektorer.
Markedsanalytikeren Guidehouse Insights sporer mer enn 200 byer for å måle tempoet i endringene. De sier at en fjerdedel av byene ruller ut smarte belysningssystemer. Salget av smarte systemer skyter i været. ABI Research beregner at de globale inntektene vil tidobles til 1,7 milliarder dollar innen 2026. Jordens «lyspæreøyeblikk» er slik: Gatebelysningsinfrastruktur, som er nært knyttet til menneskelige aktiviteter, er veien videre som en plattform for smarte byer i en bredere sammenheng. Allerede i 2022 vil mer enn to tredjedeler av nye gatebelysningsinstallasjoner være knyttet til en sentral administrasjonsplattform for å integrere data fra flere smartbysensorer, sa ABI.
Adarsh Krishnan, sjefsanalytiker hos ABI Research, sa: «Det finnes mange flere forretningsmuligheter for leverandører av smarte byer som utnytter urban lyktestolpeinfrastruktur ved å distribuere trådløs tilkobling, miljøsensorer og til og med smartkameraer. Utfordringen er å finne levedyktige forretningsmodeller som oppmuntrer samfunnet til å distribuere multisensorløsninger i stor skala på en kostnadseffektiv måte.»
Spørsmålet er ikke lenger om man skal koble seg til, men hvordan og hvor mye man skal koble seg til i utgangspunktet. Som Krishnan bemerker, handler noe av dette om forretningsmodeller, men penger strømmer allerede inn i smarte byer gjennom kooperativ privatisering av forsyningsselskaper (PPP), der private selskaper tar på seg økonomisk risiko i bytte mot suksess innen risikokapital. Abonnementsbaserte «som-en-tjeneste»-kontrakter sprer investeringer over tilbakebetalingsperioder, noe som også ansporet aktivitet.
I motsetning til dette kobles gatelys i Europa til tradisjonelle bikakenettverk (vanligvis 2G opptil LTE (4G)) samt den nye HONEYCOMB IoT-standardenheten, LTE-M. Proprietær ultra-smalbåndsteknologi (UNB) kommer også i spill, sammen med Zigbee, en liten variant av lavstrøms-Bluetooth, og IEEE 802.15.4-derivater.
Bluetooth Technology Alliance (SIG) legger spesielt vekt på smarte byer. Gruppen spår at forsendelser av lavstrøms-Bluetooth i smarte byer vil femdobles i løpet av de neste fem årene, til 230 millioner i året. De fleste er knyttet til sporing av eiendeler på offentlige steder, som flyplasser, stadioner, sykehus, kjøpesentre og museer. Lavstrøms-Bluetooth er imidlertid også rettet mot utendørs nettverk. «Løsningen for ressursforvaltning forbedrer utnyttelsen av smartbyressurser og bidrar til å redusere driftskostnader i byene», sa Bluetooth Technology Alliance.
En kombinasjon av de to teknikkene er bedre!
Hver teknologi har imidlertid sine kontroverser, hvorav noen har blitt løst i debatt. For eksempel foreslår UNB strengere grenser for nyttelast og leveringsplaner, og utelukker parallell støtte for flere sensorapplikasjoner eller for applikasjoner som kameraer som krever det. Kortdistanseteknologi er billigere og gir større gjennomstrømning for å utvikle innstillinger for belysning som en plattform. Viktigere er det at de også kan spille en backup-rolle i tilfelle WAN-signalbrudd, og gi teknikere en måte å lese sensorer direkte for feilsøking og diagnostikk. Bluetooth med lavt strømforbruk fungerer for eksempel med nesten alle smarttelefoner på markedet.
Selv om et tettere nett kan forbedre robustheten, blir arkitekturen kompleks og stiller høyere energikrav til sammenkoblede punkt-til-punkt-sensorer. Overføringsrekkevidden er også problematisk; dekningen ved bruk av Zigbee og Bluetooth med lavt strømforbruk er bare noen få hundre meter på det meste. Selv om en rekke kortdistanseteknologier er konkurransedyktige og godt egnet for nettbaserte sensorer som dekker hele nabolaget, er de lukkede nettverk som til syvende og sist krever bruk av gatewayer for å overføre signaler tilbake til skyen.
En honeycomb-tilkobling legges vanligvis til på slutten. Trenden for leverandører av smart belysning er å bruke punkt-til-sky-honeycomb-tilkobling for å gi gateway- eller sensordekning på 5 til 15 km. Beehive-teknologi gir stor overføringsrekkevidde og enkelhet; den gir også standard nettverk og et høyere sikkerhetsnivå, ifølge Hive-fellesskapet.
Neill Young, leder for Internet of Things Vertical hos GSMA, en bransjeorganisasjon som representerer mobilnettoperatører, sa: «Operatørene har full dekning av hele området, og krever derfor ingen ekstra infrastruktur for å koble til bybelysningsenheter og sensorer. I det lisensierte spekteret har bikakenettverket sikkerhet og pålitelighet, noe som betyr at operatøren har de beste forholdene, kan støtte et stort antall behov, en mye lengre batterilevetid og minimalt vedlikehold og lang overføringsavstand for lavkostutstyr.»
Av alle tilgjengelige tilkoblingsteknologier vil HONEYCOMB se den største veksten i årene som kommer, ifølge ABI. Summingen rundt 5G-nettverk og kampen om å være vert for 5G-infrastruktur har fått operatører til å gripe lyktestolpene og fylle små bikakeenheter i urbane miljøer. I USA distribuerer Las Vegas og Sacramento LTE og 5G, samt smartbysensorer, på gatelys gjennom operatørene AT&T og Verizon. Hong Kong har nettopp avduket en plan om å installere 400 5G-aktiverte lyktestolper som en del av sitt smartbyinitiativ.
Tett integrering av maskinvare
Nielsen la til: «Nordic tilbyr multimodusprodukter med kort og lang rekkevidde, med sin nRF52840 SoC som støtter Bluetooth med lavt strømforbruk, Bluetooth Mesh og Zigbee, samt Thread og proprietære 2,4 GHz-systemer. Nordics Honeycomb-baserte nRF9160 SiP tilbyr støtte for både LTE-M og NB-IoT. Kombinasjonen av de to teknologiene gir ytelses- og kostnadsfordeler.»
Frekvensseparasjon tillater at disse systemene kan sameksistere, der førstnevnte kjører i det tillatelsesfrie 2,4 GHz-båndet og sistnevnte kjører der LTE befinner seg. Ved lavere og høyere frekvenser er det en avveining mellom bredere områdedekning og større overføringskapasitet. Men i belysningsplattformer brukes vanligvis kortdistanse trådløs teknologi til å koble sammen sensorer, kantdatakraft brukes til observasjon og analyse, og honeycomb IoT brukes til å sende data tilbake til skyen, samt sensorkontroll for høyere vedlikeholdsnivåer.
Så langt har paret med kort- og langdistanseradioer blitt lagt til separat, ikke innebygd i samme silisiumbrikke. I noen tilfeller er komponentene separert fordi feilene i illuminatoren, sensoren og radioen er forskjellige. Integrering av to radioer i ett enkelt system vil imidlertid resultere i tettere teknologisk integrasjon og lavere anskaffelseskostnader, noe som er viktige hensyn for smarte byer.
Nordic tror markedet beveger seg i den retningen. Selskapet har integrert kortdistanse trådløse og honeycomb IoT-tilkoblingsteknologier i maskinvare og programvare på utviklernivå, slik at løsningsprodusenter kan kjøre paret samtidig i testapplikasjoner. Nordics board DK for nRF9160 SiP ble designet for at utviklere skulle «få sine Honeycomb IoT-applikasjoner til å fungere»; Nordic Thingy:91 har blitt beskrevet som en «fullverdig, ferdiglaget gateway» som kan brukes som en ferdig prototypeplattform eller konseptutvikling for tidlige produktdesign.
Begge har multimodus honeycomb nRF9160 SiP og multiprotokoll kortdistanse nRF52840 SoC. Innebygde systemer som kombinerer de to teknologiene for kommersiell IoT-distribusjon er bare «måneder» unna kommersialisering, ifølge Nordic.
Nordic Nielsen sa: «En smart plattform for bybelysning har satt opp all denne tilkoblingsteknologien. Markedet har et veldig tydelig bilde av hvordan de skal kombineres. Vi har levert løsninger til produsentenes utviklingspanel for å teste hvordan de fungerer sammen. Det er avgjørende at de kombineres til forretningsløsninger, og det tar bare et spørsmål om tid.»
Publisert: 29. mars 2022