Thành phố thông minh được kết nối mang đến những giấc mơ đẹp. Ở những thành phố như vậy, công nghệ kỹ thuật số kết hợp nhiều chức năng công dân độc đáo để nâng cao hiệu quả hoạt động và trí thông minh. Ước tính đến năm 2050, 70% dân số thế giới sẽ sống ở các thành phố thông minh, nơi cuộc sống sẽ khỏe mạnh, hạnh phúc và an toàn. Điều quan trọng là nó hứa hẹn sẽ xanh, con át chủ bài cuối cùng của nhân loại chống lại sự hủy diệt của hành tinh.
Nhưng thành phố thông minh là một công việc khó khăn. Các công nghệ mới đắt tiền, chính quyền địa phương bị hạn chế và chính trị chuyển sang các chu kỳ bầu cử ngắn, gây khó khăn cho việc đạt được mô hình triển khai công nghệ tập trung hiệu quả về mặt tài chính và vận hành cao để tái sử dụng ở các khu vực đô thị trên toàn cầu hoặc trên toàn quốc. Trên thực tế, hầu hết các thành phố thông minh hàng đầu được đưa tin thực sự chỉ là một tập hợp các thử nghiệm công nghệ khác nhau và các dự án phụ trong khu vực, hầu như không có gì đáng mong đợi để mở rộng.
Hãy xem xét các thùng rác và bãi đỗ xe thông minh với cảm biến và phân tích; Trong bối cảnh này, lợi tức đầu tư (ROI) rất khó tính toán và chuẩn hóa, đặc biệt khi các cơ quan chính phủ quá phân tán (giữa các cơ quan công và dịch vụ tư nhân, cũng như giữa các thị trấn, thành phố, khu vực và quốc gia). Nhìn vào giám sát chất lượng không khí; Làm thế nào để dễ dàng tính toán tác động của không khí sạch đến các dịch vụ y tế trong thành phố? Về mặt logic, thành phố thông minh khó thực hiện nhưng cũng khó phủ nhận.
Tuy nhiên, vẫn có một tia sáng le lói trong màn sương mù của sự thay đổi kỹ thuật số. Chiếu sáng đường phố trong tất cả các dịch vụ của thành phố lần đầu tiên cung cấp nền tảng cho các thành phố có được các chức năng thông minh và kết hợp nhiều ứng dụng. Hãy nhìn vào các dự án chiếu sáng đường phố thông minh khác nhau đang được triển khai ở San Diego ở Mỹ và Copenhagen ở Đan Mạch, chúng đang ngày càng gia tăng về số lượng. Các dự án này kết hợp các mảng cảm biến với các bộ phận phần cứng mô-đun được cố định vào cột đèn để cho phép điều khiển từ xa hệ thống chiếu sáng và chạy các chức năng khác, chẳng hạn như bộ đếm giao thông, màn hình 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 “khả năng sống” của thành phố trên đường phố, bao gồm luồng giao thông và khả năng di chuyển, ô nhiễm tiếng ồn và không khí cũng như 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 hiệu quả và rẻ tiền với cơ sở hạ tầng chiếu sáng. Toàn bộ thành phố có thể đột nhiên được nối mạng và tối ưu hóa mà không cần đào đường, thuê mặt bằng hay giải các bài toán 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 bằng cách đặt cược vào 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 hệ thống 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, khiến các thành phố thông minh trở nên khả thi.
Tốc độ chuyển đổi đèn LED vốn đã ổn định và hệ thống 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 họ cũng sẽ chạy các ứng dụng thông minh, một xu hướng đã bắt đầu từ vài năm trước. Cho đến khi nguồn tài trợ và kế hoạch chi tiết đáng kể được công bố, hệ thống chiếu sáng đường phố phù hợp nhất làm cơ sở hạ tầng mạng cho các công nghệ kỹ thuật số khác nhau ở các thành phố thông minh quy mô lớn.
Tiết kiệm chi phí đèn LED
Theo nguyên tắc kinh nghiệm do các nhà sản xuất thiết bị chiếu sáng và cảm biến đề xuất, hệ thống chiếu sáng thông minh có thể giảm chi phí quản lý và bảo trì liên quan đến cơ sở hạ tầng từ 50 đến 70%. Nhưng hầu hết khoản tiết kiệm đó (khoảng 50%, đủ để tạo ra sự khác biệt) có thể được thực hiện đơn giản bằng cách chuyển sang sử dụng bóng đèn LED tiết kiệm năng lượng. Phần tiết kiệm còn lại đến từ việc kết nối và điều khiển đèn chiếu sáng cũng như truyền thông tin thông minh về cách chúng hoạt động trên 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 kế hoạch, kiểm soát thời vụ và điều chỉnh thời gian; Chẩn đoán lỗi và giảm sự tham gia bảo trì của xe tải. Tác động tăng lên theo quy mô của mạng lưới chiếu sáng và quay trở lại trường hợp ROI ban đầu. Thị trường cho biết phương pháp này có thể tự thu hồi vốn trong khoảng 5 năm và có tiềm năng thu hồi vốn 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, 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; Nó cho biết một phần tư số thành phố đang triển khai các chương trình chiếu sáng thông minh. Doanh số bán hệ thống thông minh đang tăng vọt. ABI Research tính toán rằng doanh thu toàn cầu sẽ tăng gấp 10 lần lên 1,7 tỷ USD vào năm 2026. “Khoảnh khắc bóng đèn” của Trái đất là như thế này; Cơ sở hạ tầng chiếu sáng đường phố, có liên quan chặt chẽ đến hoạt động của con người, là hướng đi mới trở thành nền tảng cho các thành phố thông minh trong bối cảnh rộng lớn hơn. ABI cho biết ngay từ năm 2022, hơn 2/3 hệ thống chiếu sáng đường phố mới sẽ được gắn với nền tảng quản lý trung tâm để tích hợp dữ liệu từ nhiều cảm biến của 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 cả camera thông minh. Thách thức là tìm ra các mô hình kinh doanh khả thi có thể khuyến khích xã hội triển khai các giải pháp đa cảm biến trên 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 nhận xét, một phần của vấn đề 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 chấp nhận rủi ro tài chính để đổi lấy thành công trong đầu tư mạo hiểm. Các hợp đồng “dưới dạng dịch vụ” dựa trên đăng ký sẽ dàn trải đầu tư theo thời gian hoàn vốn, điều này cũng thúc đẩy hoạt động.
Ngược lại, Đèn đường ở Châu Âu đang được kết nối với mạng tổ ong truyền thống (thường là 2G lên đến LTE (4G)) cũng như thiết bị tiêu chuẩn Iot HONEYCOMB mới, LTE-M. Công nghệ băng thông siêu hẹp (UNB) độc quyền cũng đang được áp dụng, cùng với Zigbee, một lượng nhỏ 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 dự đoán rằng lô hàng Bluetooth năng lượng thấp ở các thành phố thông minh sẽ tăng gấp 5 lần trong 5 năm tới, lên 230 triệu chiếc mỗi năm. Hầu hết đều liên quan đến 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 nhắm đến các mạng ngoài trời. Liên minh Công nghệ Bluetooth cho biết: “Giải pháp quản lý tài sản cải thiện việc sử dụng tài nguyên 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, tuy nhiên, một số trong đó đã được giải quyết bằng tranh luận. Ví dụ: UNB đề xuất các giới hạn chặt chẽ hơn về tải trọng và lịch trình phân phối, loại trừ khả năng 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. Điều quan trọng là chúng cũng có thể đóng vai trò dự phòng trong trường hợp tín hiệu WAN bị ngắt kết nối và cung cấp phương tiện để kỹ thuật viên đọc trực tiếp các cảm biến 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 nâng cao độ bền nhưng kiến trúc của nó trở nên phức tạp và đặt ra nhu cầu năng lượng cao hơn cho các cảm biến điểm-điểm được kết nối với nhau. Phạm vi truyền tải cũng có vấn đề; Vùng phủ sóng sử dụng Zigbee và Bluetooth công suất thấp chỉ tối đa vài trăm mét. Mặc dù nhiều công nghệ tầm ngắn có tính cạnh tranh và rất phù hợp cho các cảm biến dựa trên lưới, trên toàn hàng xóm, nhưng chúng là các mạng khép kín đòi hỏi phải sử dụng các cổng để truyền tín hiệu trở lại đám mây.
Kết nối tổ ong thường được thêm vào cuối. Xu hướng của các nhà cung cấp hệ thống chiếu sáng thông minh là sử dụng kết nối tổ ong điểm-đám mây để cung cấp vùng phủ sóng cho cổng hoặc thiết bị cảm biến với khoảng cách từ 5 đến 15 km. Công nghệ Beehive mang lại phạm vi truyền dẫn lớn và đơn giản; Theo cộng đồng Hive, nó cũng cung cấp mạng sẵn có và mức độ bảo mật cao hơn.
Neill Young, người đứng đầu Internet of Things Vertical tại GSMA, một cơ quan trong ngành đại diện cho các nhà khai thác mạng di động, cho biết: “Các nhà khai thác hành động… có phạm vi phủ sóng 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 . Mạng tổ ong phổ tần được cấp phép có độ an toàn và độ tin cậy cao, nghĩa là nhà khai thác có điều kiện tốt nhất, có thể hỗ trợ số lượng lớn nhu cầu, tuổi thọ pin dài hơn, bảo trì tối thiểu và khoảng cách truyền dài của thiết bị giá rẻ.”
Theo ABI, trong số tất cả các công nghệ kết nối hiện có, HONEYCOMB sẽ có mức tăng trưởng lớn nhất trong những năm tới. Tin đồn về mạng 5G và cuộc tranh giành cơ sở hạ tầng 5G đã thúc đẩy các nhà khai thác giành lấy 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 tiết lộ 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, Bluetooth Mesh và Zigbee công suất thấp, cũng như Thread và các hệ thống 2.4ghz độc quyền. NRF9160 SiP dựa trên Honeycomb của Nordic cung cấp hỗ trợ cả LTE-M và NB-iot. Sự kết hợp của hai công nghệ mang lại lợi thế về hiệu suất và chi phí.”
Việc phân tách tần số cho phép các hệ thống này cùng tồn tại, với hệ thống trước chạy ở băng tần 2,4 GHz 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 cân bằng giữa vùng phủ sóng rộng hơn và khả năng truyền tải lớn hơn. Tuy nhiên, trong các nền tảng chiếu sáng, công nghệ không dây tầm ngắn thường được sử dụng để kết nối các cảm biến, sức mạnh tính toán biên được sử dụng để quan sát và phân tích, còn iot tổ ong được sử dụng để gửi dữ liệu trở lại đám mây cũng như điều khiển cảm biến để có mức độ bảo trì cao hơn.
Cho đến nay, cặp radio tầm ngắn và tầm xa đã được bổ sung riêng biệt chứ không được tích hợp trên cùng một con chip silicon. Trong một số trường hợp, các thành phần bị tách rời do lỗi đèn chiếu, cảm biến và radio đều khác nhau. Tuy nhiên, việc tích hợp bộ đàm kép vào một hệ thống duy nhất sẽ giúp tích hợp công nghệ chặt chẽ hơn và giảm chi phí mua lại, đây là những cân nhắc chính đối với các thành phố thông minh.
Nordic cho rằng thị trường đang đi theo hướng đó. Công ty đã tích hợp các công nghệ kết nối IoT không dây và tổ ong tầm ngắn vào phần cứng và phần mềm ở cấp độ nhà phát triển để các nhà sản xuất giải pháp có thể chạy đồng thời cả hai công nghệ này trong các ứng dụng thử nghiệm. Bo mạch DK của Nordic dành cho nRF9160 SiP được thiết kế dành cho các nhà phát triển để “làm cho các ứng dụng iot Honeycomb của họ hoạt động”; Nordic Thingy:91 đã được mô tả là “một cổng hoàn chỉnh có sẵn” có thể được sử dụng làm nền tảng tạo mẫu sẵn có hoặc bằng chứng khái niệm cho các thiết kế sản phẩm ban đầu.
Cả hai đều có nRF9160 SiP tổ ong đa chế độ và SoC nRF52840 tầm ngắn đa giao thức. Theo Nordic, các hệ thống nhúng kết hợp hai công nghệ để triển khai IoT thương mại chỉ còn “vài tháng” nữa là có thể thương mại hóa.
Nordic Nielsen cho biết: “Nền tảng chiếu sáng thành phố thông minh đã được 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 giải pháp cho ban phát triển của nhà sản xuất, để kiểm tra cách chúng hoạt động cùng nhau. Chúng được kết hợp thành giải pháp kinh doanh là điều bắt buộc, chỉ trong vấn đề thời gian.”
Thời gian đăng: 29-03-2022