Sammenkoblede smarte byer bringer smukke drømme. I sådanne byer væver digitale teknologier flere unikke samfundsfunktioner sammen for at forbedre driftseffektiviteten og intelligensen. Det anslås, at 70 % af verdens befolkning i 2050 vil bo i smarte byer, hvor livet vil være sundt, lykkeligt og sikkert. Afgørende er det, at de lover at være grønne, menneskehedens sidste trumfkort mod planetens ødelæggelse.
Men smarte byer er hårdt arbejde. Nye teknologier er dyre, lokale myndigheder er begrænsede, og politikken skifter til korte valgcyklusser, hvilket gør det vanskeligt at opnå en yderst operationel og økonomisk effektiv centraliseret teknologiudrulningsmodel, der genbruges i byområder globalt eller nationalt. Faktisk er de fleste af de førende smarte byer i overskrifterne i virkeligheden bare en samling af forskellige teknologiske eksperimenter og regionale sideprojekter med meget lidt at se frem til at udvide.
Lad os se på containere og parkeringspladser, som er smarte med sensorer og analyser. I denne sammenhæng er investeringsafkastet (ROI) vanskeligt at beregne og standardisere, især når offentlige myndigheder er så fragmenterede (mellem offentlige myndigheder og private tjenester, samt mellem byer, regioner og lande). Se på luftkvalitetsovervågning. Hvordan er det nemt at beregne virkningen af ren luft på sundhedsydelserne i en by? Logisk set er smarte byer svære at implementere, men også svære at benægte.
Der er dog et lysglimt i tågen af digital forandring. Gadebelysning i alle kommunale tjenester giver byer en platform til at tilegne sig smarte funktioner og kombinere flere applikationer for første gang. Se på de forskellige smarte gadebelysningsprojekter, der implementeres i San Diego i USA og København i Danmark, og de stiger i antal. Disse projekter kombinerer sensorer med modulære hardwareenheder, der er fastgjort til lygtepæle, for at muliggøre fjernbetjening af selve belysningen og for at køre andre funktioner, såsom trafiktællere, luftkvalitetsmålere og endda våbendetektorer.
Fra lysmastens højdepunkt er byer begyndt at fokusere på byens "levedygtighed" på gaden, herunder trafikflow og mobilitet, støj- og luftforurening samt nye forretningsmuligheder. Selv parkeringssensorer, der traditionelt er nedgravet på parkeringspladser, kan billigt og effektivt forbindes til belysningsinfrastrukturen. Hele byer kan pludselig netværkes og optimeres uden at skulle grave gader op, leje plads eller løse abstrakte computerproblemer om sundere levevis og sikrere gader.
Dette fungerer, fordi smarte belysningsløsninger for det meste ikke i første omgang er beregnet med en satsning på besparelser fra smarte løsninger. I stedet er levedygtigheden af den digitale revolution i byerne en tilfældig konsekvens af den samtidige udvikling af belysning.
Energibesparelserne ved at udskifte glødepærer med solid-state LED-belysning, sammen med lettilgængelige strømforsyninger og omfattende belysningsinfrastruktur, gør smarte byer mulige.
Tempoet i konverteringen til LED er allerede fladt, og smart belysning boomer. Omkring 90 % af verdens 363 millioner gadelygter vil være oplyst af LED'er i 2027 ifølge Northeast Group, en analytiker inden for smart infrastruktur. En tredjedel af dem vil også køre smarte applikationer, en tendens der startede for et par år siden. Indtil der offentliggøres betydelig finansiering og tegninger, er gadebelysning bedst egnet som netværksinfrastruktur til forskellige digitale teknologier i store smarte byer.
Spar LED-omkostninger
Ifølge tommelfingerregler foreslået af belysnings- og sensorproducenter kan intelligent belysning reducere infrastrukturrelaterede administrations- og vedligeholdelsesomkostninger med 50 til 70 procent. Men størstedelen af disse besparelser (omkring 50 procent, nok til at gøre en forskel) kan realiseres blot ved at skifte til energieffektive LED-pærer. Resten af besparelserne kommer fra tilslutning og styring af lyskilder og videregivelse af intelligent information om, hvordan de fungerer, på tværs af belysningsnetværket.
Centraliserede justeringer og observationer alene kan reducere vedligeholdelsesomkostningerne betydeligt. Der er mange måder, og de supplerer hinanden: planlægning, sæsonstyring og tidsjustering; fejldiagnose og reduceret tilstedeværelse af vedligeholdelseslastbiler. Effekten stiger med størrelsen af belysningsnetværket og flyder tilbage i det oprindelige ROI-scenarie. Markedet siger, at denne tilgang kan tjene sig selv hjem på omkring fem år og har potentiale til at tjene sig selv hjem på kortere tid ved at inkorporere "blødere" smart city-koncepter, såsom dem med parkeringssensorer, trafikmonitorer, luftkvalitetskontrol og våbendetektorer.
Guidehouse Insights, en markedsanalytiker, sporer mere end 200 byer for at måle tempoet i forandringerne. De siger, at en fjerdedel af byerne er i gang med at implementere smarte belysningssystemer. Salget af smarte systemer stiger voldsomt. ABI Research beregner, at de globale indtægter vil tidobles til 1,7 milliarder dollars i 2026. Jordens "pæreøjeblik" er sådan her: Gadebelysningsinfrastruktur, som er tæt forbundet med menneskelige aktiviteter, er vejen frem som en platform for smarte byer i en bredere kontekst. Allerede i 2022 vil mere end to tredjedele af nye gadebelysningsinstallationer være knyttet til en central styringsplatform for at integrere data fra flere smarte bysensorer, oplyser ABI.
Adarsh Krishnan, chefanalytiker hos ABI Research, udtaler: "Der er mange flere forretningsmuligheder for leverandører af smart city-løsninger, der udnytter infrastrukturen i byernes lysmaster ved at implementere trådløs forbindelse, miljøsensorer og endda smarte kameraer. Udfordringen er at finde levedygtige forretningsmodeller, der opfordrer samfundet til at implementere multisensorløsninger i stor skala på en omkostningseffektiv måde."
Spørgsmålet er ikke længere, om man skal forbinde, men hvordan og hvor meget man overhovedet skal forbinde. Som Krishnan bemærker, handler en del af dette om forretningsmodeller, men penge strømmer allerede ind i smarte byer gennem kooperativ privatisering af forsyningsselskaber (OPP), hvor private virksomheder påtager sig økonomisk risiko til gengæld for succes med venturekapital. Abonnementsbaserede "as-a-service"-kontrakter spreder investeringer over tilbagebetalingsperioder, hvilket også ansporede aktiviteten.
I modsætning hertil bliver gadelygter i Europa forbundet til traditionelle honeycomb-netværk (typisk 2G op til LTE (4G)) samt den nye HONEYCOMB IoT-standardenhed, LTE-M. Proprietær ultra-narrowband (UNB)-teknologi kommer også i spil, sammen med Zigbee, en lille udbredelse af Low-Power Bluetooth, og IEEE 802.15.4-derivater.
Bluetooth Technology Alliance (SIG) lægger særlig vægt på smarte byer. Gruppen forudsiger, at leverancer af Bluetooth med lavt strømforbrug i smarte byer vil femdobles i løbet af de næste fem år til 230 millioner om året. De fleste er knyttet til sporing af aktiver på offentlige steder, såsom lufthavne, stadioner, hospitaler, indkøbscentre og museer. Bluetooth med lavt strømforbrug er dog også rettet mod udendørs netværk. "Løsningen til styring af aktiver forbedrer udnyttelsen af smarte byressourcer og hjælper med at reducere byernes driftsomkostninger," udtalte Bluetooth Technology Alliance.
En kombination af de to teknikker er bedre!
Hver teknologi har dog sine kontroverser, hvoraf nogle er blevet løst i debatten. For eksempel foreslår UNB strengere grænser for nyttelast og leveringsplaner og udelukker parallel understøttelse af flere sensorapplikationer eller applikationer som kameraer, der kræver det. Kortdistanceteknologi er billigere og giver større gennemløbshastighed til udvikling af belysning som en platform-indstillinger. Vigtigt er det, at de også kan spille en backup-rolle i tilfælde af WAN-signalafbrydelse og give teknikere mulighed for at aflæse sensorer direkte til fejlfinding og diagnosticering. Bluetooth med lavt strømforbrug fungerer for eksempel med næsten alle smartphones på markedet.
Selvom et tættere net kan forbedre robustheden, bliver dets arkitektur kompleks og stiller højere energikrav til sammenkoblede punkt-til-punkt-sensorer. Transmissionsrækkevidden er også problematisk; Dækningen ved hjælp af Zigbee og Bluetooth med lavt strømforbrug er kun et par hundrede meter højst. Selvom en række kortdistanceteknologier er konkurrencedygtige og velegnede til netbaserede sensorer, der dækker hele nabolaget, er de lukkede netværk, der i sidste ende kræver brug af gateways til at transmittere signaler tilbage til skyen.
En honeycomb-forbindelse tilføjes normalt til sidst. Tendensen for leverandører af smart belysning er at bruge point-to-cloud honeycomb-forbindelse for at give dækning af gateways eller sensorer på 5 til 15 km afstand. Beehive-teknologi giver stor transmissionsrækkevidde og enkelhed; den giver også standard netværk og et højere sikkerhedsniveau, ifølge Hive-fællesskabet.
Neill Young, chef for Internet of Things Vertical hos GSMA, en brancheorganisation, der repræsenterer mobilnetoperatører, udtalte: "Operatørernes handlinger ... har dækning af hele området og kræver derfor ingen yderligere infrastruktur for at forbinde bybelysningsenheder og sensorer. I det licenserede spektrum har bikagenetværket sikkerhed og pålidelighed, hvilket betyder, at operatøren har de bedste betingelser, kan understøtte et stort antal behov, en meget længere batterilevetid og minimal vedligeholdelse samt lang transmissionsafstand for billigt udstyr."
Af alle de tilgængelige konnektivitetsteknologier vil HONEYCOMB opleve den største vækst i de kommende år, ifølge ABI. Hyppigheden omkring 5G-netværk og kampen om at være vært for 5G-infrastruktur har fået operatører til at gribe lygtepæle og fylde små bikageformede enheder i bymiljøer. I USA implementerer Las Vegas og Sacramento LTE og 5G, samt smart city-sensorer, på gadebelysning gennem udbyderne AT&T og Verizon. Hongkong har netop afsløret en plan om at installere 400 5G-aktiverede lygtepæle som en del af sit smart city-initiativ.
Tæt integration af hardware
Nielsen tilføjede: "Nordic tilbyder multimode produkter med både kort og lang rækkevidde, hvor deres nRF52840 SoC understøtter Bluetooth med lavt strømforbrug, Bluetooth Mesh og Zigbee, samt Thread og proprietære 2,4 GHz-systemer. Nordics Honeycomb-baserede nRF9160 SiP tilbyder både LTE-M og NB-IoT-understøttelse. Kombinationen af de to teknologier giver fordele inden for ydeevne og omkostninger."
Frekvensseparation tillader disse systemer at sameksistere, hvor førstnævnte kører i det tilladelsesfri 2,4 GHz-bånd, og sidstnævnte kører uanset hvor LTE er placeret. Ved lavere og højere frekvenser er der en afvejning mellem bredere dækningsområde og større transmissionskapacitet. Men i belysningsplatforme bruges kortdistance trådløs teknologi typisk til at forbinde sensorer, edge computing-kraft bruges til observation og analyse, og honeycomb IoT bruges til at sende data tilbage til skyen, samt sensorstyring til højere vedligeholdelsesniveauer.
Indtil videre er parret af kortdistance- og langdistanceradioer blevet tilføjet separat og ikke bygget ind i den samme siliciumchip. I nogle tilfælde er komponenterne adskilte, fordi fejlene i illuminatoren, sensoren og radioen alle er forskellige. Integration af to radioer i et enkelt system vil dog resultere i tættere teknologisk integration og lavere anskaffelsesomkostninger, hvilket er vigtige overvejelser for smarte byer.
Nordic mener, at markedet bevæger sig i den retning. Virksomheden har integreret trådløse forbindelsesteknologier med kort rækkevidde og honeycomb IoT i hardware og software på udviklerniveau, så løsningsproducenter kan køre parret samtidigt i testapplikationer. Nordics board DK til nRF9160 SiP blev designet til, at udviklere kunne "få deres Honeycomb IoT-applikationer til at fungere"; Nordic Thingy:91 er blevet beskrevet som en "fuldgyldig, færdiglavet gateway", der kan bruges som en færdiglavet prototypeplatform eller proof-of-concept til tidlige produktdesigns.
Begge har multi-mode honeycomb nRF9160 SiP og multi-protocol kortdistance nRF52840 SoC. Indlejrede systemer, der kombinerer de to teknologier til kommerciel IoT-implementering, er kun "måneder" væk fra kommercialisering, ifølge Nordic.
Nordic Nielsen sagde: "Smart City Lighting-platformen har etableret alle disse forbindelsesteknologier; markedet er meget tydeligt over, hvordan de skal kombineres. Vi har leveret løsninger til producenternes udviklingsbrætter for at teste, hvordan de fungerer sammen. Det er bydende nødvendigt at kombinere dem til forretningsløsninger, inden for et spørgsmål om tid."
Opslagstidspunkt: 29. marts 2022