Các thành phố thông minh kết nối mang đến những giấc mơ đẹp. Trong những thành phố như vậy, công nghệ số đan xen nhiều chức năng dân sự độc đáo để cải thiện hiệu quả hoạt động và trí thông minh. Người ta ước tính rằng đến năm 2050, 70% dân số thế giới sẽ sống trong các thành phố thông minh, nơi cuộc sống sẽ khỏe mạnh, hạnh phúc và an toàn. Quan trọng hơn, nó hứa hẹn sẽ xanh, lá bài chủ cuối cùng của nhân loại chống lại sự hủy diệt của hành tinh.
Nhưng thành phố thông minh là công việc khó khăn. Công nghệ mới đắt đỏ, chính quyền địa phương bị hạn chế và chính trị chuyển sang chu kỳ bầu cử ngắn, khiến việc đạt được mô hình triển khai công nghệ tập trung có hiệu quả cao về mặt tài chính và hoạt động, được tái sử dụng ở các khu vực đô thị trên toàn cầu hoặc quốc gia trở nên khó khăn. Trên thực tế, hầu hết các thành phố thông minh hàng đầu trên các tiêu đề thực sự chỉ là tập hợp các thử nghiệm công nghệ khác nhau và các dự án phụ trong khu vực, với rất ít triển vọng mở rộng.
Hãy xem xét các thùng rác và bãi đỗ xe, những thứ thông minh với các cảm biến và phân tích; Trong bối cảnh này, lợi tức đầu tư (ROI) rất khó tính toán và chuẩn hóa, đặc biệt là khi các cơ quan chính phủ quá phân mảnh (giữa các cơ quan công và các dịch vụ tư nhân, cũng như giữa các thị trấn, thành phố, khu vực và quốc gia). Hãy xem xét việc giám sát chất lượng không khí; Làm thế nào để dễ dàng tính toán tác động của không khí sạch đối với các dịch vụ y tế trong một thành phố? Về mặt logic, các thành phố thông minh khó triển khai, nhưng cũng khó phủ nhận.
Tuy nhiên, vẫn có một tia sáng le lói trong sương mù của sự thay đổi kỹ thuật số. Chiếu sáng đường phố trong tất cả các dịch vụ đô thị cung cấp một nền tảng cho các thành phố để có được các chức năng thông minh và kết hợp nhiều ứng dụng lần đầu tiên. Hãy xem xét các dự án chiếu sáng đường phố thông minh khác nhau đang được triển khai tại San Diego ở Hoa Kỳ và Copenhagen ở Đan Mạch, và chúng đang ngày càng tăng về số lượng. Các dự án này kết hợp các mảng cảm biến với các đơn vị phần cứng mô-đun được cố định vào cột đèn để cho phép điều khiển từ xa chính hệ thống chiếu sáng và chạy các chức năng khác, chẳng hạn như máy đếm lưu lượng giao thông, máy theo dõi chất lượng không khí và thậm chí cả máy dò súng.
Từ độ cao của cột đèn, các thành phố đã bắt đầu giải quyết vấn đề “khả năng sống” của thành phố trên đường phố, bao gồm lưu lượng giao thông và khả năng di chuyển, tiếng ồn và ô nhiễm không khí, và các cơ hội kinh doanh mới nổi. Ngay cả các cảm biến đỗ xe, theo truyền thống được chôn trong bãi đậu xe, cũng có thể được kết nối với cơ sở hạ tầng chiếu sáng một cách hiệu quả và rẻ tiền. Toàn bộ thành phố đột nhiên có thể được kết nối mạng và tối ưu hóa mà không cần đào đường phố hoặc thuê không gian hoặc giải quyết các vấn đề tính toán trừu tượng về cuộc sống lành mạnh hơn và đường phố an toàn hơn.
Điều này hiệu quả vì, phần lớn, các giải pháp chiếu sáng thông minh ban đầu không được tính toán dựa trên khoản tiết kiệm từ các giải pháp thông minh. Thay vào đó, khả năng tồn tại của cuộc cách mạng kỹ thuật số đô thị là hệ quả ngẫu nhiên của sự phát triển đồng thời của chiếu sáng.
Tiết kiệm năng lượng từ việc thay thế bóng đèn sợi đốt bằng đèn LED thể rắn, cùng với nguồn điện sẵn có và cơ sở hạ tầng chiếu sáng rộng khắp, giúp xây dựng thành phố thông minh trở nên khả thi.
Tốc độ chuyển đổi đèn LED đã chậm lại, và chiếu sáng thông minh đang bùng nổ. Theo Northeast Group, một nhà phân tích cơ sở hạ tầng thông minh, khoảng 90% trong số 363 triệu đèn đường trên thế giới sẽ được chiếu sáng bằng đèn LED vào năm 2027. Một phần ba trong số chúng cũng sẽ chạy các ứng dụng thông minh, một xu hướng đã bắt đầu từ vài năm trước. Cho đến khi có nguồn tài trợ và bản thiết kế đáng kể được công bố, chiếu sáng đường phố phù hợp nhất với vai trò là cơ sở hạ tầng mạng cho nhiều công nghệ kỹ thuật số khác nhau trong các thành phố thông minh quy mô lớn.
Tiết kiệm chi phí đèn LED
Theo các quy tắc chung do các nhà sản xuất đèn và cảm biến đề xuất, đèn thông minh có thể giảm chi phí hành chính và bảo trì liên quan đến cơ sở hạ tầng từ 50 đến 70 phần trăm. Nhưng hầu hết các khoản tiết kiệm đó (khoảng 50 phần trăm, đủ để tạo ra sự khác biệt) có thể đạt được chỉ bằng cách chuyển sang bóng đèn LED tiết kiệm năng lượng. Phần tiết kiệm còn lại đến từ việc kết nối và kiểm soát đèn chiếu sáng và truyền thông tin thông minh về cách chúng hoạt động trên toàn bộ mạng lưới chiếu sáng.
Chỉ riêng việc điều chỉnh và quan sát tập trung có thể giảm đáng kể chi phí bảo trì. Có nhiều cách và chúng bổ sung cho nhau: lập lịch, kiểm soát theo mùa và điều chỉnh thời gian; Chẩn đoán lỗi và giảm số lượng xe bảo trì. Tác động tăng lên theo quy mô của mạng lưới chiếu sáng và chảy ngược trở lại trường hợp ROI ban đầu. Thị trường cho biết cách tiếp cận này có thể tự trả tiền trong khoảng năm năm và có khả năng tự trả tiền trong thời gian ngắn hơn bằng cách kết hợp các khái niệm thành phố thông minh "mềm hơn", chẳng hạn như các khái niệm có cảm biến đỗ xe, màn hình giám sát giao thông, kiểm soát chất lượng không khí và máy dò súng.
Guidehouse Insights, một nhà phân tích thị trường, theo dõi hơn 200 thành phố để đánh giá tốc độ thay đổi; Công ty cho biết một phần tư các thành phố đang triển khai các chương trình chiếu sáng thông minh. Doanh số bán các hệ thống thông minh đang tăng vọt. ABI Research tính toán rằng doanh thu toàn cầu sẽ tăng gấp mười lần lên 1,7 tỷ đô la vào năm 2026. "Khoảnh khắc bóng đèn" của Trái đất giống như thế này; Cơ sở hạ tầng chiếu sáng đường phố, có liên quan chặt chẽ đến các hoạt động của con người, là con đường phía trước như một nền tảng cho các thành phố thông minh trong bối cảnh rộng hơn. ABI cho biết, ngay từ năm 2022, hơn hai phần ba số công trình chiếu sáng đường phố mới sẽ được liên kết với một nền tảng quản lý trung tâm để tích hợp dữ liệu từ nhiều cảm biến thành phố thông minh.
Adarsh Krishnan, nhà phân tích chính tại ABI Research, cho biết: "Có nhiều cơ hội kinh doanh hơn cho các nhà cung cấp thành phố thông minh tận dụng cơ sở hạ tầng cột đèn đô thị bằng cách triển khai kết nối không dây, cảm biến môi trường và thậm chí là camera thông minh. Thách thức là tìm ra các mô hình kinh doanh khả thi khuyến khích xã hội triển khai các giải pháp đa cảm biến ở quy mô lớn theo cách tiết kiệm chi phí".
Câu hỏi không còn là có nên kết nối hay không, mà là kết nối như thế nào và bao nhiêu ngay từ đầu. Như Krishnan quan sát, một phần của điều này là về các mô hình kinh doanh, nhưng tiền đã chảy vào các thành phố thông minh thông qua tư nhân hóa tiện ích hợp tác (PPP), nơi các công ty tư nhân chịu rủi ro tài chính để đổi lấy thành công trong vốn đầu tư mạo hiểm. Các hợp đồng "theo dạng dịch vụ" dựa trên đăng ký phân bổ đầu tư trong các kỳ hoàn vốn, điều này cũng thúc đẩy hoạt động.
Ngược lại, đèn đường ở Châu Âu đang được kết nối với mạng lưới tổ ong truyền thống (thường là 2G lên đến LTE (4G)) cũng như thiết bị chuẩn HONEYCOMB Iot mới, LTE-M. Công nghệ băng thông cực hẹp (UNB) độc quyền cũng đang được đưa vào sử dụng, cùng với Zigbee, một phần nhỏ của Bluetooth công suất thấp và các dẫn xuất IEEE 802.15.4.
Liên minh Công nghệ Bluetooth (SIG) đặc biệt chú trọng đến các thành phố thông minh. Nhóm này dự đoán rằng các lô hàng Bluetooth công suất thấp trong các thành phố thông minh sẽ tăng gấp năm lần trong năm năm tới, lên 230 triệu một năm. Hầu hết đều được liên kết với việc theo dõi tài sản ở những nơi công cộng, chẳng hạn như sân bay, sân vận động, bệnh viện, trung tâm mua sắm và bảo tàng. Tuy nhiên, Bluetooth công suất thấp cũng hướng đến các mạng ngoài trời. Liên minh Công nghệ Bluetooth cho biết "Giải pháp quản lý tài sản cải thiện việc sử dụng các nguồn lực của thành phố thông minh và giúp giảm chi phí vận hành đô thị".
Sự kết hợp của hai kỹ thuật sẽ tốt hơn!
Mỗi công nghệ đều có những tranh cãi riêng, tuy nhiên, một số trong đó đã được giải quyết trong cuộc tranh luận. Ví dụ, UNB đề xuất các giới hạn chặt chẽ hơn về tải trọng và lịch trình giao hàng, loại trừ hỗ trợ song song cho nhiều ứng dụng cảm biến hoặc cho các ứng dụng như máy ảnh yêu cầu điều đó. Công nghệ tầm ngắn rẻ hơn và cung cấp thông lượng lớn hơn để phát triển Cài đặt chiếu sáng dưới dạng nền tảng. Quan trọng là chúng cũng có thể đóng vai trò dự phòng trong trường hợp ngắt kết nối tín hiệu WAN và cung cấp phương tiện để các kỹ thuật viên đọc cảm biến trực tiếp để gỡ lỗi và chẩn đoán. Ví dụ, Bluetooth công suất thấp hoạt động với hầu hết mọi điện thoại thông minh trên thị trường.
Mặc dù lưới dày đặc hơn có thể tăng cường độ bền, nhưng kiến trúc của nó trở nên phức tạp và đặt ra nhu cầu năng lượng cao hơn đối với các cảm biến điểm-đến-điểm được kết nối với nhau. Phạm vi truyền cũng là vấn đề; Phạm vi phủ sóng sử dụng Zigbee và Bluetooth công suất thấp chỉ tối đa là vài trăm mét. Mặc dù nhiều công nghệ tầm ngắn có tính cạnh tranh và phù hợp với các cảm biến toàn bộ hàng xóm dựa trên lưới, nhưng chúng là các mạng khép kín, cuối cùng đòi hỏi phải sử dụng các cổng để truyền tín hiệu trở lại đám mây.
Kết nối dạng tổ ong thường được thêm vào ở cuối. Xu hướng của các nhà cung cấp thiết bị chiếu sáng thông minh là sử dụng kết nối dạng tổ ong điểm-đến-đám mây để cung cấp phạm vi phủ sóng thiết bị cảm biến hoặc cổng kết nối từ 5 đến 15 km. Công nghệ Beehive mang lại phạm vi truyền dẫn lớn và tính đơn giản; Theo cộng đồng Hive, công nghệ này cũng cung cấp mạng lưới có sẵn và mức độ bảo mật cao hơn.
Neill Young, giám đốc Internet of Things Vertical tại GSMA, một cơ quan công nghiệp đại diện cho các nhà khai thác mạng di động, cho biết: “Các nhà khai thác hành động… có toàn bộ vùng phủ sóng của toàn bộ khu vực, do đó không cần cơ sở hạ tầng bổ sung để kết nối các thiết bị chiếu sáng đô thị và cảm biến. Trong phổ tần được cấp phép, mạng lưới tổ ong có tính an toàn và độ tin cậy, có nghĩa là nhà khai thác có các điều kiện tốt nhất, có thể hỗ trợ một số lượng lớn nhu cầu, tuổi thọ pin dài hơn nhiều, bảo trì tối thiểu và khoảng cách truyền dài của thiết bị giá rẻ”.
Trong số tất cả các công nghệ kết nối hiện có, theo ABI, HONEYCOMB sẽ chứng kiến sự tăng trưởng lớn nhất trong những năm tới. Sự xôn xao về mạng 5G và cuộc chạy đua để lưu trữ cơ sở hạ tầng 5G đã thúc đẩy các nhà khai thác nắm bắt cột đèn và lấp đầy các đơn vị tổ ong nhỏ trong môi trường đô thị. Tại Hoa Kỳ, Las Vegas và Sacramento đang triển khai LTE và 5G, cũng như các cảm biến thành phố thông minh, trên đèn đường thông qua các nhà mạng AT&T và Verizon. Hồng Kông vừa công bố kế hoạch lắp đặt 400 cột đèn hỗ trợ 5G như một phần của sáng kiến thành phố thông minh.
Tích hợp chặt chẽ phần cứng
Nielsen cho biết thêm: “Nordic cung cấp các sản phẩm tầm ngắn và tầm xa đa chế độ, với SoC nRF52840 hỗ trợ Bluetooth công suất thấp, Bluetooth Mesh và Zigbee, cũng như Thread và các hệ thống 2,4ghz độc quyền. SiP nRF9160 dựa trên Honeycomb của Nordic cung cấp cả hỗ trợ LTE-M và NB-iot. Sự kết hợp của hai công nghệ này mang lại lợi thế về hiệu suất và chi phí.”
Phân tách tần số cho phép các hệ thống này cùng tồn tại, với hệ thống trước chạy trong băng tần 2,4ghz không cần cấp phép và hệ thống sau chạy ở bất kỳ nơi nào có LTE. Ở tần số thấp hơn và cao hơn, có sự đánh đổi giữa vùng phủ sóng rộng hơn và khả năng truyền tải lớn hơn. Nhưng trong các nền tảng chiếu sáng, công nghệ không dây tầm ngắn thường được sử dụng để kết nối các cảm biến, năng lượng điện toán biên được sử dụng để quan sát và phân tích, và IoT tổ ong được sử dụng để gửi dữ liệu trở lại đám mây, cũng như điều khiển cảm biến để có mức bảo trì cao hơn.
Cho đến nay, cặp radio tầm ngắn và tầm xa đã được thêm riêng biệt, không được tích hợp vào cùng một chip silicon. Trong một số trường hợp, các thành phần được tách biệt vì lỗi của đèn chiếu sáng, cảm biến và radio đều khác nhau. Tuy nhiên, việc tích hợp radio kép vào một hệ thống duy nhất sẽ dẫn đến tích hợp công nghệ chặt chẽ hơn và chi phí mua sắm thấp hơn, đây là những cân nhắc chính đối với các thành phố thông minh.
Nordic cho rằng thị trường đang chuyển động theo hướng đó. Công ty đã tích hợp các công nghệ kết nối IoT không dây tầm ngắn và dạng tổ ong vào phần cứng và phần mềm ở cấp độ nhà phát triển để các nhà sản xuất giải pháp có thể chạy cặp đôi này đồng thời trong các ứng dụng thử nghiệm. Bo mạch DK của Nordic dành cho nRF9160 SiP được thiết kế cho các nhà phát triển để "làm cho các ứng dụng IoT Honeycomb của họ hoạt động"; Nordic Thingy:91 được mô tả là "cổng kết nối hoàn chỉnh có sẵn" có thể được sử dụng làm nền tảng tạo mẫu có sẵn hoặc bằng chứng khái niệm cho các thiết kế sản phẩm ban đầu.
Cả hai đều có SiP nRF9160 tổ ong đa chế độ và SoC nRF52840 tầm ngắn đa giao thức. Theo Nordic, các hệ thống nhúng kết hợp hai công nghệ này để triển khai IoT thương mại chỉ còn "vài tháng" nữa là đến ngày thương mại hóa.
Nordic Nielsen cho biết: “Nền tảng chiếu sáng thành phố thông minh đã thiết lập tất cả các công nghệ kết nối này; thị trường rất rõ ràng về cách kết hợp chúng lại với nhau, chúng tôi đã cung cấp các giải pháp cho các nhà sản xuất bảng phát triển, để kiểm tra cách chúng hoạt động cùng nhau. Chúng được kết hợp thành các giải pháp kinh doanh là điều bắt buộc, chỉ trong vấn đề thời gian.”
Thời gian đăng: 29-03-2022