Les ciutats intel·ligents interconnectades porten somnis preciosos. En aquestes ciutats, les tecnologies digitals entrellacen múltiples funcions cíviques úniques per millorar l'eficiència operativa i la intel·ligència. S'estima que, el 2050, el 70% de la població mundial viurà en ciutats intel·ligents, on la vida serà sana, feliç i segura. Crucialment, promet ser ecològica, l'última carta de triomf de la humanitat contra la destrucció del planeta.
Però les ciutats intel·ligents són una feina dura. Les noves tecnologies són cares, els governs locals tenen restriccions i la política es desplaça cap a cicles electorals curts, cosa que dificulta la consecució d'un model de desplegament tecnològic centralitzat altament operatiu i financerament eficient que es reutilitzi a les zones urbanes a nivell mundial o nacional. De fet, la majoria de les principals ciutats intel·ligents que apareixen als titulars són només un conjunt de diferents experiments tecnològics i projectes regionals secundaris, amb poc que es pugui ampliar.
Fixem-nos en els contenidors d'escombraries i els aparcaments, que són intel·ligents amb sensors i anàlisis; en aquest context, el retorn de la inversió (ROI) és difícil de calcular i estandarditzar, sobretot quan les agències governamentals estan tan fragmentades (entre agències públiques i serveis privats, així com entre pobles, ciutats, regions i països). Fixem-nos en el seguiment de la qualitat de l'aire; com és fàcil calcular l'impacte de l'aire net en els serveis sanitaris d'una ciutat? Lògicament, les ciutats intel·ligents són difícils d'implementar, però també difícils de negar.
Tanmateix, hi ha una mica de llum en la boira del canvi digital. L'enllumenat públic en tots els serveis municipals proporciona una plataforma perquè les ciutats adquireixin funcions intel·ligents i combinin múltiples aplicacions per primera vegada. Si mirem els diversos projectes d'enllumenat públic intel·ligent que s'estan implementant a San Diego, als Estats Units, i a Copenhaguen, a Dinamarca, n'hi ha un nombre cada cop més gran. Aquests projectes combinen conjunts de sensors amb unitats de maquinari modulars fixades a pals de llum per permetre el control remot de la pròpia il·luminació i executar altres funcions, com ara comptadors de trànsit, monitors de qualitat de l'aire i fins i tot detectors d'armes.
Des de l'alçada del pal de llum, les ciutats han començat a abordar la "vivibilitat" de la ciutat al carrer, incloent-hi el flux de trànsit i la mobilitat, el soroll i la contaminació atmosfèrica, i les noves oportunitats de negoci. Fins i tot els sensors d'aparcament, tradicionalment enterrats en aparcaments, es poden connectar de manera econòmica i eficient a la infraestructura d'il·luminació. Ciutats senceres es poden connectar en xarxa i optimitzar de sobte sense excavar carrers, llogar espai ni resoldre problemes informàtics abstractes sobre una vida més saludable i carrers més segurs.
Això funciona perquè, en la seva major part, les solucions d'il·luminació intel·ligent no es calculen inicialment amb una aposta per l'estalvi de les solucions intel·ligents. En canvi, la viabilitat de la revolució digital urbana és una conseqüència accidental del desenvolupament simultani de la il·luminació.
L'estalvi energètic derivat de la substitució de les bombetes incandescents per il·luminació LED d'estat sòlid, juntament amb fonts d'alimentació fàcilment disponibles i una infraestructura d'il·luminació extensa, fan factibles les ciutats intel·ligents.
El ritme de conversió a LED ja és pla i la il·luminació intel·ligent està en auge. Segons Northeast Group, un analista d'infraestructures intel·ligents, aproximadament el 90% dels 363 milions de fanals de carrer del món estaran il·luminats amb LED el 2027. Un terç d'ells també executaran aplicacions intel·ligents, una tendència que va començar fa uns anys. Fins que no es publiquin fons i plànols substancials, l'enllumenat públic és més adequat com a infraestructura de xarxa per a diverses tecnologies digitals en ciutats intel·ligents a gran escala.
Estalvieu el cost dels LED
Segons les regles generals proposades pels fabricants d'il·luminació i sensors, la il·luminació intel·ligent pot reduir els costos administratius i de manteniment relacionats amb la infraestructura entre un 50 i un 70 per cent. Però la majoria d'aquests estalvis (al voltant del 50 per cent, suficient per marcar la diferència) es podrien aconseguir simplement canviant a bombetes LED de baix consum. La resta de l'estalvi prové de la connexió i el control dels il·luminadors i de la transmissió d'informació intel·ligent sobre com funcionen a través de la xarxa d'il·luminació.
Els ajustos i les observacions centralitzades per si soles poden reduir significativament els costos de manteniment. Hi ha moltes maneres, i es complementen entre si: programació, control estacional i ajust de temps; diagnòstic d'avaries i reducció de l'assistència dels camions de manteniment. L'impacte augmenta amb la mida de la xarxa d'enllumenat i es retrocedeix en el cas inicial del retorn de la inversió. El mercat diu que aquest enfocament es pot amortitzar en uns cinc anys, i té el potencial de pagar-se en menys temps incorporant conceptes de ciutat intel·ligent "més suaus", com ara els que tenen sensors d'aparcament, monitors de trànsit, control de la qualitat de l'aire i detectors d'armes.
Guidehouse Insights, un analista de mercat, fa un seguiment de més de 200 ciutats per avaluar el ritme del canvi; diu que una quarta part de les ciutats estan implementant esquemes d'il·luminació intel·ligent. Les vendes de sistemes intel·ligents s'estan disparant. ABI Research calcula que els ingressos globals es multiplicaran per deu fins als 1.700 milions de dòlars el 2026. El "moment bombeta" de la Terra és així: la infraestructura d'enllumenat públic, que està estretament relacionada amb les activitats humanes, és el camí a seguir com a plataforma per a les ciutats intel·ligents en un context més ampli. Ja el 2022, més de dos terços de les noves instal·lacions d'enllumenat públic estaran vinculades a una plataforma de gestió central per integrar dades de múltiples sensors de ciutats intel·ligents, va dir ABI.
Adarsh Krishnan, analista principal d'ABI Research, va dir: "Hi ha moltes més oportunitats de negoci per als proveïdors de ciutats intel·ligents que aprofiten la infraestructura de pals de llum urbans mitjançant la implementació de connectivitat sense fil, sensors ambientals i fins i tot càmeres intel·ligents. El repte és trobar models de negoci viables que animin la societat a implementar solucions multisensor a escala de manera rendible".
La qüestió ja no és si connectar-se, sinó com i quant connectar-se en primer lloc. Com observa Krishnan, part d'això té a veure amb els models de negoci, però els diners ja estan fluint cap a les ciutats intel·ligents a través de la privatització cooperativa de serveis públics (PPP), on les empreses privades assumeixen riscos financers a canvi d'èxit en el capital risc. Els contractes "com a servei" basats en subscripcions distribueixen la inversió al llarg dels períodes de retorn, cosa que també va estimular l'activitat.
En canvi, els fanals de carrer a Europa es connecten a xarxes tradicionals de tipus bresca (normalment de 2G a LTE (4G)), així com al nou dispositiu estàndard HONEYCOMB IoT, LTE-M. La tecnologia patentada de banda ultraestreta (UNB) també està entrant en joc, juntament amb Zigbee, una petita varietat de Bluetooth de baix consum, i derivats de l'IEEE 802.15.4.
La Bluetooth Technology Alliance (SIG) posa especial èmfasi en les ciutats intel·ligents. El grup preveu que els enviaments de Bluetooth de baix consum a les ciutats intel·ligents es quintuplicaran durant els propers cinc anys, fins a 230 milions anuals. La majoria estan vinculats al seguiment d'actius en llocs públics, com ara aeroports, estadis, hospitals, centres comercials i museus. Tanmateix, el Bluetooth de baix consum també està dirigit a xarxes exteriors. "La solució de gestió d'actius millora la utilització dels recursos de les ciutats intel·ligents i ajuda a reduir els costos operatius urbans", va dir la Bluetooth Technology Alliance.
Una combinació de les dues tècniques és millor!
Cada tecnologia té les seves controvèrsies, algunes de les quals s'han resolt en debat. Per exemple, la UNB proposa límits més estrictes en la càrrega útil i els programes de lliurament, descartant el suport paral·lel per a aplicacions de sensors múltiples o per a aplicacions com ara càmeres que ho requereixen. La tecnologia de curt abast és més barata i proporciona un major rendiment per desenvolupar configuracions d'il·luminació com a plataforma. És important destacar que també poden tenir un paper de còpia de seguretat en cas de desconnexió del senyal WAN i proporcionar un mitjà perquè els tècnics llegeixin els sensors directament per a la depuració i el diagnòstic. El Bluetooth de baix consum, per exemple, funciona amb gairebé tots els telèfons intel·ligents del mercat.
Tot i que una xarxa més densa pot millorar la robustesa, la seva arquitectura esdevé complexa i imposa una demanda d'energia més elevada als sensors punt a punt interconnectats. L'abast de transmissió també és problemàtic; la cobertura mitjançant Zigbee i Bluetooth de baixa potència és de només uns centenars de metres com a màxim. Tot i que diverses tecnologies de curt abast són competitives i molt adequades per a sensors basats en la xarxa i a nivell de veïnat, són xarxes tancades que, en última instància, requereixen l'ús de passarel·les per transmetre senyals de tornada al núvol.
Normalment s'afegeix una connexió en forma de bresca al final. La tendència dels proveïdors d'il·luminació intel·ligent és utilitzar la connectivitat en forma de bresca punt-núvol per proporcionar una cobertura de dispositius sensors o de passarel·la de 5 a 15 km de distància. La tecnologia Beehive ofereix un gran abast de transmissió i simplicitat; també proporciona xarxes estàndard i un nivell de seguretat més alt, segons la comunitat Hive.
Neill Young, cap de l'Internet de les Coses Vertical a la GSMA, un organisme industrial que representa els operadors de xarxes mòbils, va dir: "Els operadors d'acció... tenen tota la cobertura de tota la zona, per tant no requereixen infraestructura addicional per connectar els dispositius i sensors d'il·luminació urbana. En l'espectre amb llicència, la xarxa de bresca té seguretat i fiabilitat, cosa que significa que l'operador té les millors condicions, pot donar suport a un gran nombre de necessitats, una durada de la bateria molt més llarga i un manteniment mínim i una llarga distància de transmissió d'equips de baix cost".
De totes les tecnologies de connectivitat disponibles, HONEYCOMB serà la que experimentarà un creixement més gran en els propers anys, segons ABI. L'enrenou sobre les xarxes 5G i la lluita per allotjar infraestructura 5G ha impulsat els operadors a agafar el pal de llum i omplir petites unitats de bresca en entorns urbans. Als Estats Units, Las Vegas i Sacramento estan desplegant LTE i 5G, així com sensors de ciutat intel·ligent, en fanals de carrer a través dels operadors AT&T i Verizon. Hong Kong acaba de presentar un pla per instal·lar 400 fanals compatibles amb 5G com a part de la seva iniciativa de ciutat intel·ligent.
Integració estreta del maquinari
Nielsen va afegir: «Nordic ofereix productes multimode de curt i llarg abast, amb el seu SoC nRF52840 que admet Bluetooth de baix consum, Bluetooth Mesh i Zigbee, així com Thread i sistemes propietaris de 2,4 GHz. El SiP nRF9160 basat en Honeycomb de Nordic ofereix compatibilitat amb LTE-M i NB-iot. La combinació de les dues tecnologies aporta avantatges de rendiment i cost».
La separació de freqüències permet que aquests sistemes coexisteixin, amb el primer funcionant a la banda de 2,4 GHz sense permís i el segon funcionant allà on es troba l'LTE. A freqüències més baixes i més altes, hi ha un compromís entre una cobertura d'àrea més àmplia i una major capacitat de transmissió. Però en les plataformes d'il·luminació, la tecnologia sense fil de curt abast s'utilitza normalment per interconnectar sensors, la potència de computació perimetral s'utilitza per a l'observació i l'anàlisi, i la IoT de tipus bresca s'utilitza per enviar dades al núvol, així com per al control de sensors per a nivells de manteniment més alts.
Fins ara, el parell de ràdios de curt i llarg abast s'han afegit per separat, no s'han integrat al mateix xip de silici. En alguns casos, els components estan separats perquè les fallades de l'il·luminador, el sensor i la ràdio són totes diferents. Tanmateix, la integració de ràdios duals en un sol sistema comportarà una integració tecnològica més estreta i uns costos d'adquisició més baixos, que són consideracions clau per a les ciutats intel·ligents.
Nordic creu que el mercat s'està movent en aquesta direcció. L'empresa ha integrat tecnologies de connectivitat IoT sense fils i de tipus honeycomb de curt abast en maquinari i programari a nivell de desenvolupador, de manera que els fabricants de solucions poden executar el parell simultàniament en aplicacions de prova. La placa DK de Nordic per a nRF9160 SiP va ser dissenyada perquè els desenvolupadors "fessin funcionar les seves aplicacions IoT de tipus Honeycomb"; Nordic Thingy:91 s'ha descrit com una "porta d'entrada estàndard completa" que es pot utilitzar com a plataforma de prototipatge estàndard o prova de concepte per a dissenys de productes inicials.
Tots dos presenten un SiP nRF9160 multimode en forma de panal i un SoC nRF52840 de curt abast multiprotocol. Segons Nordic, els sistemes integrats que combinen les dues tecnologies per a implementacions comercials d'IoT només estan a "mesos" de la comercialització.
Nordic Nielsen va dir: "S'ha creat una plataforma d'il·luminació intel·ligent per a ciutats amb totes aquestes tecnologies de connexió; el mercat té molt clar com combinar-les, hem proporcionat solucions per a la placa de desenvolupament dels fabricants, per provar com funcionen juntes. La seva combinació en solucions empresarials és imprescindible, només és qüestió de temps".
Data de publicació: 29 de març de 2022