Onderling verbonden slimme steden brengen mooie dromen met zich mee. In dergelijke steden verweven digitale technologieën meerdere unieke maatschappelijke functies om de operationele efficiëntie en intelligentie te verbeteren. Er wordt geschat dat in 2050 70% van de wereldbevolking in slimme steden zal leven, waar het leven gezond, gelukkig en veilig zal zijn. Cruciaal is dat het groen belooft te worden, de laatste troef van de mensheid tegen de vernietiging van de planeet.
Maar slimme steden zijn hard werken. Nieuwe technologieën zijn duur, lokale overheden zijn beperkt en de politiek verschuift naar korte verkiezingscycli, waardoor het moeilijk wordt om een zeer operationeel en financieel efficiënt gecentraliseerd technologie-implementatiemodel te realiseren dat in stedelijke gebieden wereldwijd of nationaal wordt hergebruikt. In feite zijn de meeste toonaangevende slimme steden die de krantenkoppen halen eigenlijk slechts een verzameling van verschillende technologie-experimenten en regionale nevenprojecten, met weinig om naar uit te kijken om uit te breiden.
Laten we eens kijken naar afvalcontainers en parkeerterreinen, die slim zijn met sensoren en analyses; In deze context is het rendement op investeringen (ROI) moeilijk te berekenen en te standaardiseren, vooral wanneer overheidsinstanties zo gefragmenteerd zijn (tussen publieke instanties en particuliere diensten, maar ook tussen steden, regio's en landen). Kijk naar monitoring van de luchtkwaliteit; Hoe is het eenvoudig om de impact van schone lucht op de gezondheidszorg in een stad te berekenen? Logischerwijs zijn slimme steden moeilijk te implementeren, maar ook moeilijk te ontkennen.
Er is echter een sprankje licht in de mist van digitale verandering. Straatverlichting in alle gemeentelijke diensten biedt steden een platform om slimme functies te verwerven en voor het eerst meerdere toepassingen te combineren. Kijk naar de verschillende slimme straatverlichtingsprojecten die worden geïmplementeerd in San Diego in de VS en Kopenhagen in Denemarken, en ze nemen in aantal toe. Deze projecten combineren reeksen sensoren met modulaire hardware-eenheden die aan lichtmasten zijn bevestigd om de verlichting zelf op afstand te kunnen bedienen en andere functies te kunnen uitvoeren, zoals verkeerstellers, luchtkwaliteitsmonitors en zelfs wapendetectoren.
Vanaf de hoogte van de lichtmast zijn steden begonnen de ‘leefbaarheid’ van de stad op straat aan te pakken, inclusief verkeersstroom en mobiliteit, lawaai en luchtvervuiling, en opkomende zakelijke kansen. Zelfs parkeersensoren, die traditioneel op parkeerterreinen worden begraven, kunnen goedkoop en efficiënt worden aangesloten op de verlichtingsinfrastructuur. Hele steden kunnen plotseling worden genetwerkt en geoptimaliseerd zonder dat er straten moeten worden opgegraven, ruimte moet worden gehuurd of abstracte computerproblemen over gezonder leven en veiliger straten moeten worden opgelost.
Dit werkt omdat slimme verlichtingsoplossingen voor het grootste deel in eerste instantie niet zijn berekend op besparingen door slimme oplossingen. In plaats daarvan is de levensvatbaarheid van de stedelijke digitale revolutie een toevallig gevolg van de gelijktijdige ontwikkeling van verlichting.
De energiebesparingen door het vervangen van gloeilampen door solid-state LED-verlichting, samen met direct beschikbare stroomvoorzieningen en uitgebreide verlichtingsinfrastructuur, maken slimme steden haalbaar.
Het tempo van de LED-conversie is al vlak en slimme verlichting is in opkomst. Volgens Northeast Group, een slimme infrastructuuranalist, zal ongeveer 90% van de 363 miljoen straatlantaarns ter wereld in 2027 verlicht worden door leds. Een derde daarvan zal ook slimme applicaties draaien, een trend die een paar jaar geleden begon. Totdat substantiële financiering en blauwdrukken zijn gepubliceerd, is straatverlichting het meest geschikt als netwerkinfrastructuur voor verschillende digitale technologieën in grootschalige slimme steden.
Bespaar LED-kosten
Volgens de vuistregels van verlichtings- en sensorfabrikanten kan slimme verlichting de infrastructuurgerelateerde administratieve en onderhoudskosten met 50 tot 70 procent verlagen. Maar het grootste deel van deze besparingen (ongeveer 50 procent, genoeg om een verschil te maken) zou eenvoudigweg kunnen worden gerealiseerd door over te stappen op energiezuinige LED-lampen. De rest van de besparingen komt uit het aansluiten en besturen van verlichtingstoestellen en het doorgeven van intelligente informatie over hoe ze werken via het verlichtingsnetwerk.
Alleen al gecentraliseerde aanpassingen en observaties kunnen de onderhoudskosten aanzienlijk verlagen. Er zijn veel manieren, en ze vullen elkaar aan: planning, seizoenscontrole en aanpassing van de timing; Foutdiagnose en minder aanwezigheid van onderhoudstrucks. De impact neemt toe met de omvang van het verlichtingsnetwerk en vloeit terug in het initiële ROI-geval. De markt zegt dat deze aanpak zichzelf in ongeveer vijf jaar kan terugbetalen, en het potentieel heeft om zichzelf in minder tijd terug te betalen door ‘zachtere’ slimme stadsconcepten te integreren, zoals die met parkeersensoren, verkeersmonitors, luchtkwaliteitscontrole en wapendetectoren. .
Guidehouse Insights, een marktanalist, volgt meer dan 200 steden om het tempo van de veranderingen te meten; Er wordt gezegd dat een kwart van de steden slimme verlichtingsplannen uitrolt. De verkoop van slimme systemen stijgt enorm. ABI Research berekent dat de mondiale inkomsten tegen 2026 zullen vertienvoudigen tot 1,7 miljard dollar. Het 'gloeilampmoment' van de aarde is als volgt; Straatverlichtingsinfrastructuur, die nauw verbonden is met menselijke activiteiten, is de weg vooruit als platform voor slimme steden in een bredere context. Al in 2022 zal ruim tweederde van de nieuwe straatverlichtingsinstallaties gekoppeld zijn aan een centraal beheerplatform om gegevens van meerdere smart city-sensoren te integreren, aldus ABI.
Adarsh Krishnan, hoofdanalist bij ABI Research, zei: “Er zijn veel meer zakelijke kansen voor slimme stadsleveranciers die gebruik maken van de stedelijke lichtmastinfrastructuur door draadloze connectiviteit, omgevingssensoren en zelfs slimme camera’s in te zetten. De uitdaging is om levensvatbare bedrijfsmodellen te vinden die de samenleving aanmoedigen om multi-sensoroplossingen op een kosteneffectieve manier op grote schaal in te zetten.”
De vraag is niet langer óf je verbinding moet maken, maar hoe en hoeveel je überhaupt verbinding moet maken. Zoals Krishnan opmerkt, gaat dit deels over bedrijfsmodellen, maar er stroomt al geld naar slimme steden via coöperatieve nutsprivatisering (PPP), waarbij particuliere bedrijven financiële risico's nemen in ruil voor succes in durfkapitaal. Op abonnementen gebaseerde ‘as-a-service’-contracten spreiden de investeringen over de terugverdientijden, wat ook de activiteit stimuleerde.
Daarentegen worden straatverlichting in Europa verbonden met traditionele honingraatnetwerken (doorgaans 2G tot LTE (4G)) en met het nieuwe HONEYCOMB IoT-standaardapparaat, LTE-M. Eigen ultra-narrowband (UNB) technologie komt ook in beeld, samen met Zigbee, een kleine variant van Low-power Bluetooth, en IEEE 802.15.4-derivaten.
De Bluetooth Technology Alliance (SIG) legt speciale nadruk op slimme steden. De groep voorspelt dat de verzending van Bluetooth met laag vermogen in slimme steden de komende vijf jaar zal vervijfvoudigen, tot 230 miljoen per jaar. De meeste zijn gekoppeld aan het volgen van activa op openbare plaatsen, zoals luchthavens, stadions, ziekenhuizen, winkelcentra en musea. Low-power Bluetooth is echter ook gericht op buitennetwerken. “De asset management-oplossing verbetert het gebruik van slimme stadsbronnen en helpt de stedelijke bedrijfskosten te verlagen”, aldus de Bluetooth Technology Alliance.
Een combinatie van de twee technieken is beter!
Elke technologie heeft echter zijn controverses, waarvan sommige in debat zijn opgelost. UNB stelt bijvoorbeeld strengere limieten voor op het gebied van laadvermogen en leveringsschema's, waardoor parallelle ondersteuning voor meerdere sensortoepassingen of voor toepassingen zoals camera's die dit nodig hebben, wordt uitgesloten. Korteafstandstechnologie is goedkoper en biedt een grotere doorvoersnelheid voor het ontwikkelen van verlichting als platforminstellingen. Belangrijk is dat ze ook een back-uprol kunnen spelen in het geval dat het WAN-signaal wordt verbroken, en technici een middel kunnen bieden om sensoren rechtstreeks uit te lezen voor foutopsporing en diagnostiek. Low-power Bluetooth werkt bijvoorbeeld met vrijwel elke smartphone op de markt.
Hoewel een dichter netwerk de robuustheid kan vergroten, wordt de architectuur ervan complex en stelt het hogere energie-eisen aan onderling verbonden punt-tot-punt-sensoren. Het zendbereik is ook problematisch; Het bereik met Zigbee en Low-power Bluetooth bedraagt maximaal een paar honderd meter. Hoewel een verscheidenheid aan korteafstandstechnologieën concurrerend is en zeer geschikt voor op het elektriciteitsnet gebaseerde, buurbrede sensoren, zijn het gesloten netwerken die uiteindelijk het gebruik van gateways vereisen om signalen terug naar de cloud te verzenden.
Meestal wordt aan het uiteinde een honingraatverbinding toegevoegd. De trend voor leveranciers van slimme verlichting is om point-to-cloud-honingraatconnectiviteit te gebruiken om gateway- of sensorapparaatdekking over een afstand van 5 tot 15 km te bieden. Beehive-technologie zorgt voor een groot transmissiebereik en eenvoud; Volgens de Hive-gemeenschap biedt het ook kant-en-klare netwerken en een hoger beveiligingsniveau.
Neill Young, hoofd van Internet of Things Vertical bij de GSMA, een brancheorganisatie die exploitanten van mobiele netwerken vertegenwoordigt, zei: “Action operators… hebben de volledige dekking van het hele gebied en vereisen daarom geen extra infrastructuur om de stedelijke verlichtingsapparaten en sensoren met elkaar te verbinden. . In het gelicentieerde spectrum heeft het honingraatnetwerk veiligheid en betrouwbaarheid, wat betekent dat de operator de beste omstandigheden heeft, een groot aantal behoeften kan ondersteunen, een veel langere levensduur van de batterij en minimaal onderhoud en een lange transmissieafstand van goedkope apparatuur.
Van alle beschikbare connectiviteitstechnologieën zal HONEYCOMB volgens ABI de komende jaren de grootste groei doormaken. Het geroezemoes over 5G-netwerken en de strijd om de 5G-infrastructuur te hosten heeft operators ertoe aangezet de lichtmast te pakken en kleine honingraateenheden in stedelijke omgevingen te vullen. In de Verenigde Staten zetten Las Vegas en Sacramento LTE en 5G in, evenals slimme stadssensoren, op straatverlichting via providers AT&T en Verizon. Hong Kong heeft zojuist een plan onthuld om 400 5G-lantaarnpalen te installeren als onderdeel van zijn smart city-initiatief.
Strakke integratie van hardware
Nielsen voegde hieraan toe: “Nordic biedt multi-mode producten voor de korte en lange afstand, waarbij de nRF52840 SoC Bluetooth, Bluetooth Mesh en Zigbee met laag vermogen ondersteunt, evenals Thread en eigen 2,4GHz-systemen. Nordic's Honeycomb-gebaseerde nRF9160 SiP biedt zowel LTE-M- als NB-iot-ondersteuning. De combinatie van de twee technologieën brengt prestatie- en kostenvoordelen met zich mee.”
Door frequentiescheiding kunnen deze systemen naast elkaar bestaan, waarbij de eerste in de toestemmingsvrije 2,4 GHz-band draait en de laatste overal waar LTE zich bevindt. Bij lagere en hogere frequenties is er een afweging tussen een grotere dekking en een grotere transmissiecapaciteit. Maar in verlichtingsplatforms wordt doorgaans draadloze technologie op korte afstand gebruikt om sensoren met elkaar te verbinden, wordt edge computing-kracht gebruikt voor observatie en analyse, en wordt honingraat-iot gebruikt om gegevens terug naar de cloud te sturen, evenals sensorcontrole voor hogere onderhoudsniveaus.
Tot nu toe zijn de twee korte- en langeafstandsradio's afzonderlijk toegevoegd en niet in dezelfde siliciumchip ingebouwd. In sommige gevallen zijn de componenten gescheiden omdat de storingen van het belichtingstoestel, de sensor en de radio allemaal verschillend zijn. Het integreren van dubbele radio's in één systeem zal echter resulteren in een nauwere technologie-integratie en lagere aanschafkosten, wat belangrijke overwegingen zijn voor slimme steden.
Nordic denkt dat de markt zich in die richting beweegt. Het bedrijf heeft draadloze en honingraat-IoT-connectiviteitstechnologieën op korte afstand geïntegreerd in hardware en software op ontwikkelaarsniveau, zodat fabrikanten van oplossingen het paar tegelijkertijd in testtoepassingen kunnen gebruiken. Nordic's bord DK voor nRF9160 SiP is ontworpen voor ontwikkelaars om "hun Honeycomb iot-applicaties te laten werken"; Nordic Thingy:91 wordt beschreven als een “volwaardige kant-en-klare gateway” die kan worden gebruikt als kant-en-klaar prototypingplatform of proof-of-concept voor vroege productontwerpen.
Beide zijn voorzien van multi-mode honingraat nRF9160 SiP en multi-protocol korte afstand nRF52840 SoC. Embedded systemen die de twee technologieën combineren voor commerciële IoT-implementaties zijn volgens Nordic slechts “maanden” verwijderd van commercialisering.
Nordic Nielsen zei: “Er is een smart city-verlichtingsplatform opgezet voor al deze verbindingstechnologie; de markt is heel duidelijk hoe ze met elkaar te combineren, we hebben oplossingen geboden voor de ontwikkeling van fabrikanten, om te testen hoe ze samenwerken. Het is absoluut noodzakelijk dat ze binnen een kwestie van tijd worden gecombineerd tot bedrijfsoplossingen.”
Posttijd: 29 maart 2022