Vernetzte Smart Cities bringen schöne Träume.In solchen Städten verknüpfen digitale Technologien zahlreiche einzigartige bürgerliche Funktionen, um die betriebliche Effizienz und Intelligenz zu verbessern.Schätzungen zufolge werden im Jahr 2050 70 % der Weltbevölkerung in intelligenten Städten leben, in denen das Leben gesund, glücklich und sicher sein wird.Entscheidend ist, dass es grün zu sein verspricht, der letzte Trumpf der Menschheit gegen die Zerstörung des Planeten.
Aber Smart Cities sind harte Arbeit.Neue Technologien sind teuer, lokale Regierungen sind eingeschränkt und die Politik setzt auf kurze Wahlzyklen, was es schwierig macht, ein äußerst operatives und finanziell effizientes zentralisiertes Technologieeinsatzmodell zu erreichen, das in städtischen Gebieten weltweit oder national wiederverwendet wird.Tatsächlich sind die meisten der führenden Smart Cities in den Schlagzeilen eigentlich nur eine Ansammlung verschiedener Technologieexperimente und regionaler Nebenprojekte, bei denen es wenig Grund zur Weiterentwicklung gibt.
Schauen wir uns Müllcontainer und Parkplätze an, die mit Sensoren und Analysen ausgestattet sind.In diesem Zusammenhang lässt sich der Return on Investment (ROI) nur schwer berechnen und standardisieren, insbesondere wenn staatliche Stellen so fragmentiert sind (zwischen öffentlichen Stellen und privaten Diensten sowie zwischen Städten, Regionen und Ländern).Schauen Sie sich die Überwachung der Luftqualität an.Wie lässt sich der Einfluss sauberer Luft auf die Gesundheitsversorgung einer Stadt einfach berechnen?Logischerweise sind Smart Cities schwer umzusetzen, aber auch schwer zu leugnen.
Es gibt jedoch einen Lichtblick im Nebel des digitalen Wandels.Straßenbeleuchtung in allen kommunalen Dienstleistungen bietet Städten erstmals eine Plattform, um intelligente Funktionen zu erwerben und mehrere Anwendungen zu kombinieren.Schauen Sie sich die verschiedenen intelligenten Straßenbeleuchtungsprojekte an, die in San Diego in den USA und Kopenhagen in Dänemark umgesetzt werden, und ihre Zahl nimmt zu.Diese Projekte kombinieren Arrays von Sensoren mit modularen Hardwareeinheiten, die an Lichtmasten befestigt sind, um die Fernsteuerung der Beleuchtung selbst und die Ausführung anderer Funktionen wie Verkehrszähler, Luftqualitätsmonitore und sogar Waffendetektoren zu ermöglichen.
Auf der Höhe des Lichtmastes haben Städte begonnen, sich mit der „Lebensfähigkeit“ der Stadt auf der Straße zu befassen, einschließlich Verkehrsfluss und Mobilität, Lärm und Luftverschmutzung sowie neue Geschäftsmöglichkeiten.Sogar Parksensoren, die traditionell auf Parkplätzen vergraben sind, können kostengünstig und effizient an die Beleuchtungsinfrastruktur angeschlossen werden.Ganze Städte können plötzlich vernetzt und optimiert werden, ohne dass Straßen aufgerissen, Flächen angemietet oder abstrakte Computerprobleme für gesünderes Leben und sicherere Straßen gelöst werden müssen.
Das funktioniert, weil smarte Beleuchtungslösungen meist zunächst nicht mit einer Wette auf Einsparungen durch smarte Lösungen kalkuliert werden.Stattdessen ist die Realisierbarkeit der städtischen digitalen Revolution eine zufällige Folge der gleichzeitigen Entwicklung der Beleuchtung.
Die Energieeinsparungen durch den Ersatz von Glühlampen durch Festkörper-LED-Beleuchtung sowie die leicht verfügbare Stromversorgung und umfangreiche Beleuchtungsinfrastruktur machen intelligente Städte möglich.
Das Tempo der LED-Umstellung ist bereits stagniert und intelligente Beleuchtung boomt.Laut Northeast Group, einem Analysten für intelligente Infrastruktur, werden bis 2027 etwa 90 % der weltweit 363 Millionen Straßenlaternen mit LEDs beleuchtet sein.Ein Drittel von ihnen wird auch intelligente Anwendungen ausführen, ein Trend, der vor einigen Jahren begann.Bis umfangreiche Fördermittel und Pläne veröffentlicht sind, eignet sich Straßenbeleuchtung am besten als Netzwerkinfrastruktur für verschiedene digitale Technologien in großen Smart Cities.
Sparen Sie LED-Kosten
Nach den Faustregeln der Beleuchtungs- und Sensorhersteller können intelligente Beleuchtung die infrastrukturbezogenen Verwaltungs- und Wartungskosten um 50 bis 70 Prozent senken.Aber die meisten dieser Einsparungen (ungefähr 50 Prozent, genug, um einen Unterschied zu machen) könnten einfach durch die Umstellung auf energieeffiziente LED-Lampen erzielt werden.Der Rest der Einsparungen entsteht durch den Anschluss und die Steuerung von Beleuchtungskörpern und die Weitergabe intelligenter Informationen über deren Funktionsweise im gesamten Beleuchtungsnetzwerk.
Allein durch zentralisierte Anpassungen und Beobachtungen können die Wartungskosten deutlich gesenkt werden.Es gibt viele Möglichkeiten, und sie ergänzen sich gegenseitig: Terminplanung, saisonale Kontrolle und Zeitanpassung;Fehlerdiagnose und reduzierter Wartungsaufwand für den LKW.Die Auswirkungen nehmen mit der Größe des Beleuchtungsnetzwerks zu und fließen zurück in den anfänglichen ROI-Fall.Der Markt sagt, dass sich dieser Ansatz in etwa fünf Jahren amortisieren kann und dass er das Potenzial hat, sich in kürzerer Zeit zu amortisieren, indem „sanftere“ Smart-City-Konzepte integriert werden, beispielsweise solche mit Parksensoren, Verkehrsmonitoren, Luftqualitätskontrolle und Waffendetektoren .
Guidehouse Insights, ein Marktanalyst, beobachtet mehr als 200 Städte, um das Tempo des Wandels einzuschätzen.Es heißt, dass ein Viertel der Städte intelligente Beleuchtungssysteme einführt.Der Verkauf intelligenter Systeme boomt.ABI Research geht davon aus, dass sich die globalen Einnahmen bis 2026 verzehnfachen und auf 1,7 Milliarden US-Dollar steigen werden. Der „Glühbirnen-Moment“ der Erde ist so;Die Straßenbeleuchtungsinfrastruktur, die eng mit menschlichen Aktivitäten verbunden ist, ist als Plattform für intelligente Städte in einem breiteren Kontext zukunftsweisend.Bereits im Jahr 2022 werden mehr als zwei Drittel der neuen Straßenbeleuchtungsinstallationen an eine zentrale Verwaltungsplattform angebunden, um Daten von mehreren Smart-City-Sensoren zu integrieren, sagte ABI.
Adarsh Krishnan, Chefanalyst bei ABI Research, sagte: „Es gibt viel mehr Geschäftsmöglichkeiten für Smart-City-Anbieter, die die städtische Lichtmast-Infrastruktur durch den Einsatz drahtloser Konnektivität, Umweltsensoren und sogar intelligenter Kameras nutzen.“Die Herausforderung besteht darin, tragfähige Geschäftsmodelle zu finden, die die Gesellschaft dazu ermutigen, Multisensorlösungen in großem Maßstab und kosteneffizient einzusetzen.“
Die Frage ist nicht mehr, ob eine Verbindung hergestellt werden soll, sondern wie und wie viel überhaupt verbunden werden soll.Wie Krishnan anmerkt, geht es dabei zum Teil um Geschäftsmodelle, aber durch die kooperative Privatisierung von Versorgungsunternehmen (Cooperative Utility Privatization, PPP) fließt bereits Geld in Smart Cities, wo private Unternehmen im Gegenzug für den Erfolg mit Risikokapital finanzielle Risiken übernehmen.Abonnementbasierte „As-a-Service“-Verträge verteilten die Investitionen über Amortisationszeiträume, was ebenfalls die Aktivität ankurbelte.
Im Gegensatz dazu werden Straßenlaternen in Europa an traditionelle Wabennetze (typischerweise 2G bis LTE (4G)) sowie an das neue HONEYCOMB IoT-Standardgerät LTE-M angeschlossen.Auch die proprietäre Ultra-Narrowband-Technologie (UNB) kommt ins Spiel, zusammen mit Zigbee, einer kleinen Verbreitung von Low-Power-Bluetooth und IEEE 802.15.4-Derivaten.
Die Bluetooth Technology Alliance (SIG) legt besonderen Wert auf Smart Cities.Die Gruppe prognostiziert, dass sich die Lieferungen von Low-Power-Bluetooth in Smart Cities in den nächsten fünf Jahren verfünffachen werden, auf 230 Millionen pro Jahr.Die meisten sind mit der Nachverfolgung von Vermögenswerten an öffentlichen Orten wie Flughäfen, Stadien, Krankenhäusern, Einkaufszentren und Museen verbunden.Low-Power-Bluetooth zielt jedoch auch auf Outdoor-Netzwerke ab.„Die Asset-Management-Lösung verbessert die Nutzung von Smart-City-Ressourcen und trägt dazu bei, die städtischen Betriebskosten zu senken“, sagte die Bluetooth Technology Alliance.
Eine Kombination beider Techniken ist besser!
Jede Technologie hat jedoch ihre Kontroversen, von denen einige in der Debatte gelöst wurden.UNB schlägt beispielsweise strengere Beschränkungen für Nutzlast und Lieferpläne vor und schließt die parallele Unterstützung für Anwendungen mit mehreren Sensoren oder für Anwendungen wie Kameras, die dies erfordern, aus.Kurzstreckentechnologie ist kostengünstiger und bietet einen höheren Durchsatz für die Entwicklung von Beleuchtungs-as-a-Plattform-Einstellungen.Wichtig ist, dass sie auch bei einer Unterbrechung des WAN-Signals eine Backup-Rolle spielen können und Technikern die Möglichkeit bieten, Sensoren für Debugging- und Diagnosezwecke direkt auszulesen.Low-Power-Bluetooth funktioniert beispielsweise mit fast jedem Smartphone auf dem Markt.
Obwohl ein dichteres Netz die Robustheit erhöhen kann, wird seine Architektur komplexer und stellt höhere Energieanforderungen an miteinander verbundene Punkt-zu-Punkt-Sensoren.Auch die Übertragungsreichweite ist problematisch;Die Reichweite mit Zigbee und Low-Power-Bluetooth beträgt höchstens einige hundert Meter.Obwohl eine Vielzahl von Nahbereichstechnologien konkurrenzfähig und gut für netzbasierte, nachbarschaftsweite Sensoren geeignet sind, handelt es sich dabei um geschlossene Netzwerke, die letztendlich den Einsatz von Gateways erfordern, um Signale zurück in die Cloud zu übertragen.
Am Ende wird meist eine Wabenverbindung angebracht.Der Trend für Anbieter intelligenter Beleuchtung geht dahin, Punkt-zu-Cloud-Wabenkonnektivität zu nutzen, um eine Abdeckung von 5 bis 15 km Entfernung durch Gateways oder Sensorgeräte bereitzustellen.Die Beehive-Technologie bietet eine große Übertragungsreichweite und Einfachheit;Laut der Hive-Community bietet es außerdem Standardnetzwerkfähigkeit und ein höheres Maß an Sicherheit.
Neill Young, Leiter des Bereichs „Internet of Things Vertical“ bei der GSMA, einem Branchenverband, der Mobilfunknetzbetreiber vertritt, sagte: „Action Operators … deckt das gesamte Gebiet ab und erfordert daher keine zusätzliche Infrastruktur, um die städtischen Beleuchtungsgeräte und Sensoren anzuschließen.“ .Im lizenzierten Spektrum bietet das Honeycomb-Netzwerk Sicherheit und Zuverlässigkeit, was bedeutet, dass der Betreiber die besten Bedingungen hat, eine große Anzahl von Anforderungen erfüllen kann, eine viel längere Batterielebensdauer und einen minimalen Wartungsaufwand sowie eine lange Übertragungsentfernung von kostengünstigen Geräten.“
Laut ABI wird HONEYCOMB in den kommenden Jahren von allen verfügbaren Konnektivitätstechnologien das größte Wachstum verzeichnen.Der Hype um 5G-Netze und der Kampf um die Bereitstellung der 5G-Infrastruktur hat Betreiber dazu veranlasst, sich den Lichtmast zu schnappen und kleine Wabeneinheiten in städtischen Umgebungen zu platzieren.In den Vereinigten Staaten setzen Las Vegas und Sacramento über die Mobilfunkanbieter AT&T und Verizon LTE und 5G sowie Smart-City-Sensoren an Straßenlaternen ein.Hongkong hat gerade einen Plan zur Installation von 400 5G-fähigen Laternenpfählen im Rahmen seiner Smart-City-Initiative vorgestellt.
Enge Integration der Hardware
Nielsen fügte hinzu: „Nordic bietet Multimode-Produkte mit kurzer und großer Reichweite an, wobei sein nRF52840 SoC Low-Power-Bluetooth, Bluetooth Mesh und Zigbee sowie Thread und proprietäre 2,4-GHz-Systeme unterstützt.“Nordics Honeycomb-basierter nRF9160 SiP bietet sowohl LTE-M- als auch NB-iot-Unterstützung.Die Kombination der beiden Technologien bringt Leistungs- und Kostenvorteile.“
Die Frequenztrennung ermöglicht die Koexistenz dieser Systeme, wobei erstere im erlaubnisfreien 2,4-GHz-Band und letztere überall dort laufen, wo sich LTE befindet.Bei niedrigeren und höheren Frequenzen besteht ein Kompromiss zwischen größerer Flächenabdeckung und größerer Übertragungskapazität.Aber in Beleuchtungsplattformen wird typischerweise drahtlose Technologie mit kurzer Reichweite verwendet, um Sensoren miteinander zu verbinden, Edge-Computing-Leistung wird für Beobachtung und Analyse verwendet und Honeycomb-IOT wird verwendet, um Daten zurück an die Cloud zu senden, sowie Sensorsteuerung für höhere Wartungsniveaus.
Bisher wurden die Kurzstrecken- und Langstreckenfunkgeräte separat hinzugefügt und nicht in denselben Siliziumchip eingebaut.In manchen Fällen werden die Komponenten getrennt, da die Ausfälle von Beleuchtung, Sensor und Funk unterschiedlich sind.Die Integration von Dual-Radios in ein einziges System führt jedoch zu einer engeren Technologieintegration und niedrigeren Anschaffungskosten, was für Smart Cities von entscheidender Bedeutung ist.
Nordic geht davon aus, dass sich der Markt in diese Richtung bewegt.Das Unternehmen hat auf Entwicklerebene drahtlose Kurzstrecken- und Waben-IoT-Konnektivitätstechnologien in Hardware und Software integriert, sodass Lösungshersteller das Paar gleichzeitig in Testanwendungen ausführen können.Nordics Board DK für nRF9160 SiP wurde für Entwickler entwickelt, um „ihre Honeycomb-IoT-Anwendungen zum Laufen zu bringen“;Nordic Thingy:91 wurde als „vollwertiges Standard-Gateway“ beschrieben, das als Standard-Prototyping-Plattform oder Proof-of-Concept für frühe Produktdesigns verwendet werden kann.
Beide verfügen über einen Multimode-Waben-nRF9160-SiP und einen Multiprotokoll-Kurzstrecken-nRF52840-SoC.Eingebettete Systeme, die die beiden Technologien für kommerzielle IoT-Einsätze kombinieren, sind laut Nordic nur noch „Monate“ von der Kommerzialisierung entfernt.
Nordic Nielsen sagte: „Für all diese Verbindungstechnologien wurde eine Smart-City-Beleuchtungsplattform eingerichtet.Der Markt ist sehr klar, wie man sie miteinander kombinieren kann. Wir haben Lösungen für Entwicklungsboards von Herstellern bereitgestellt, um zu testen, wie sie zusammenarbeiten.Sie müssen in kürzester Zeit zu Geschäftslösungen kombiniert werden.“
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 29. März 2022