Le città intelligenti interconnesse danno vita a sogni meravigliosi. In queste città, le tecnologie digitali integrano molteplici funzioni civiche uniche per migliorare l'efficienza operativa e l'intelligenza. Si stima che entro il 2050 il 70% della popolazione mondiale vivrà in città intelligenti, dove la vita sarà sana, felice e sicura. Fondamentalmente, promette di essere green, l'ultima carta vincente dell'umanità contro la distruzione del pianeta.
Ma le città intelligenti richiedono impegno. Le nuove tecnologie sono costose, le amministrazioni locali sono vincolate e la politica si sposta verso cicli elettorali brevi, rendendo difficile realizzare un modello di distribuzione tecnologica centralizzata altamente efficiente a livello operativo e finanziario, che venga riutilizzato nelle aree urbane a livello globale o nazionale. Di fatto, la maggior parte delle principali città intelligenti che fanno notizia sono in realtà solo un insieme di diversi esperimenti tecnologici e progetti collaterali regionali, con poche prospettive di espansione.
Prendiamo in considerazione cassonetti e parcheggi, che sono intelligenti grazie a sensori e analisi; in questo contesto, il ritorno sull'investimento (ROI) è difficile da calcolare e standardizzare, soprattutto quando le agenzie governative sono così frammentate (tra enti pubblici e servizi privati, nonché tra città, regioni e paesi). Consideriamo il monitoraggio della qualità dell'aria: quanto è facile calcolare l'impatto dell'aria pulita sui servizi sanitari in una città? Logicamente, le città intelligenti sono difficili da implementare, ma anche difficili da negare.
C'è, tuttavia, un barlume di luce nella nebbia del cambiamento digitale. L'illuminazione stradale in tutti i servizi comunali offre una piattaforma che consente alle città di acquisire funzioni intelligenti e combinare per la prima volta più applicazioni. Basta guardare i vari progetti di illuminazione stradale intelligente implementati a San Diego negli Stati Uniti e a Copenaghen in Danimarca, per notare che sono in aumento. Questi progetti combinano serie di sensori con unità hardware modulari fissate ai pali della luce per consentire il controllo remoto dell'illuminazione stessa e per gestire altre funzioni, come contatori del traffico, monitor della qualità dell'aria e persino rilevatori di armi da fuoco.
Dall'alto del palo della luce, le città hanno iniziato ad affrontare la "vivibilità" della città in strada, inclusi i flussi di traffico e la mobilità, l'inquinamento acustico e atmosferico e le nuove opportunità commerciali. Persino i sensori di parcheggio, tradizionalmente interrati nei parcheggi, possono essere collegati in modo economico ed efficiente all'infrastruttura di illuminazione. Intere città possono improvvisamente essere collegate in rete e ottimizzate senza dover bonificare strade, affittare spazi o risolvere astratti problemi informatici su una vita più sana e strade più sicure.
Questo funziona perché, nella maggior parte dei casi, le soluzioni di illuminazione intelligente non vengono inizialmente calcolate puntando sul risparmio derivante da queste soluzioni. Piuttosto, la fattibilità della rivoluzione digitale urbana è una conseguenza accidentale dello sviluppo simultaneo dell'illuminazione.
Il risparmio energetico derivante dalla sostituzione delle lampadine a incandescenza con l'illuminazione a LED allo stato solido, unito alla facile reperibilità di fonti di energia e a un'ampia infrastruttura di illuminazione, rendono le città intelligenti una realtà fattibile.
Il ritmo di conversione dei LED è già stagnante e l'illuminazione intelligente è in forte espansione. Secondo Northeast Group, un'azienda specializzata in infrastrutture intelligenti, circa il 90% dei 363 milioni di lampioni stradali nel mondo sarà illuminato da LED entro il 2027. Un terzo di questi sarà dotato anche di applicazioni intelligenti, una tendenza iniziata alcuni anni fa. Finché non saranno pubblicati finanziamenti e progetti consistenti, l'illuminazione stradale è più adatta come infrastruttura di rete per diverse tecnologie digitali nelle città intelligenti su larga scala.
Risparmia sui costi dei LED
Secondo le regole empiriche proposte dai produttori di sistemi di illuminazione e sensori, l'illuminazione intelligente può ridurre i costi amministrativi e di manutenzione relativi alle infrastrutture dal 50 al 70%. Ma la maggior parte di questi risparmi (circa il 50%, sufficiente a fare la differenza) potrebbe essere realizzata semplicemente passando a lampadine a LED a basso consumo energetico. Il resto dei risparmi deriva dalla connessione e dal controllo degli illuminatori e dalla trasmissione di informazioni intelligenti sul loro funzionamento attraverso la rete di illuminazione.
Regolazioni e osservazioni centralizzate possono ridurre significativamente i costi di manutenzione. Esistono molti modi, complementari tra loro: programmazione, controllo stagionale e adeguamento dei tempi; diagnosi dei guasti e riduzione della frequenza di intervento dei mezzi di manutenzione. L'impatto aumenta con le dimensioni della rete di illuminazione e si ripercuote sul ROI iniziale. Il mercato afferma che questo approccio può essere ammortizzato in circa cinque anni e ha il potenziale di ammortizzarsi in tempi più rapidi integrando concetti di smart city più "soft", come quelli basati su sensori di parcheggio, monitor del traffico, controllo della qualità dell'aria e rilevatori di armi da fuoco.
Guidehouse Insights, un'azienda di analisi di mercato, monitora oltre 200 città per valutare il ritmo del cambiamento; afferma che un quarto delle città sta implementando sistemi di illuminazione intelligente. Le vendite di sistemi intelligenti sono in forte crescita. ABI Research calcola che i ricavi globali decuplicati raggiungeranno 1,7 miliardi di dollari entro il 2026. Il "momento della lampadina" sulla Terra è proprio questo: l'infrastruttura di illuminazione stradale, strettamente correlata alle attività umane, rappresenta la strada da seguire come piattaforma per le città intelligenti in un contesto più ampio. Già nel 2022, oltre due terzi delle nuove installazioni di illuminazione stradale saranno collegate a una piattaforma di gestione centrale per integrare i dati provenienti da più sensori per le città intelligenti, ha affermato ABI.
Adarsh Krishnan, analista principale di ABI Research, ha dichiarato: "Esistono molte altre opportunità di business per i fornitori di soluzioni per smart city che sfruttano l'infrastruttura dei lampioni urbani implementando connettività wireless, sensori ambientali e persino telecamere intelligenti. La sfida è trovare modelli di business validi che incoraggino la società a implementare soluzioni multisensore su larga scala in modo economicamente vantaggioso".
La questione non è più se connettersi, ma come e quanto farlo in primo luogo. Come osserva Krishnan, parte di questo processo riguarda i modelli di business, ma il denaro sta già fluendo verso le smart city attraverso la privatizzazione cooperativa dei servizi pubblici (PPP), dove le aziende private si assumono il rischio finanziario in cambio del successo nel capitale di rischio. I contratti "as-a-service" basati su abbonamento distribuiscono gli investimenti su periodi di ammortamento, il che ha anche stimolato l'attività.
Al contrario, i lampioni in Europa vengono connessi alle tradizionali reti honeycomb (tipicamente dal 2G fino all'LTE (4G)) e al nuovo standard per dispositivi IoT HONEYCOMB, LTE-M. Stanno entrando in gioco anche la tecnologia proprietaria a banda ultra stretta (UNB), insieme a Zigbee, una piccola diffusione di Bluetooth a basso consumo e derivati IEEE 802.15.4.
La Bluetooth Technology Alliance (SIG) pone particolare enfasi sulle smart city. Il gruppo prevede che le spedizioni di dispositivi Bluetooth a basso consumo nelle smart city quintuplicano nei prossimi cinque anni, raggiungendo quota 230 milioni all'anno. La maggior parte è legata al tracciamento degli asset in luoghi pubblici, come aeroporti, stadi, ospedali, centri commerciali e musei. Tuttavia, il Bluetooth a basso consumo è destinato anche alle reti esterne. "La soluzione di gestione degli asset migliora l'utilizzo delle risorse delle smart city e contribuisce a ridurre i costi operativi urbani", ha affermato la Bluetooth Technology Alliance.
È meglio combinare le due tecniche!
Ogni tecnologia presenta tuttavia le sue controversie, alcune delle quali sono state risolte nel dibattito. Ad esempio, l'UNB propone limiti più severi per il carico utile e i tempi di consegna, escludendo il supporto parallelo per applicazioni con più sensori o per applicazioni come le telecamere che lo richiedono. La tecnologia a corto raggio è più economica e offre una maggiore produttività per lo sviluppo di impostazioni di illuminazione come piattaforma. È importante sottolineare che può anche svolgere un ruolo di backup in caso di disconnessione del segnale WAN e fornire ai tecnici un mezzo per leggere direttamente i sensori a scopo di debug e diagnostica. Il Bluetooth a basso consumo, ad esempio, è compatibile con quasi tutti gli smartphone sul mercato.
Sebbene una rete più densa possa migliorare la robustezza, la sua architettura diventa complessa e richiede maggiori consumi energetici per i sensori punto-punto interconnessi. Anche la portata di trasmissione è problematica: la copertura tramite Zigbee e Bluetooth a basso consumo è di poche centinaia di metri al massimo. Sebbene diverse tecnologie a corto raggio siano competitive e adatte ai sensori basati sulla rete e distribuiti su tutto il vicinato, si tratta di reti chiuse che in ultima analisi richiedono l'uso di gateway per trasmettere i segnali al cloud.
Di solito, alla fine viene aggiunta una connessione a nido d'ape. La tendenza dei fornitori di illuminazione intelligente è quella di utilizzare la connettività a nido d'ape punto-cloud per fornire copertura a gateway o sensori di distanza da 5 a 15 km. La tecnologia Beehive offre un ampio raggio di trasmissione e semplicità; inoltre, fornisce una rete standard e un livello di sicurezza più elevato, secondo la community Hive.
Neill Young, responsabile del settore verticale Internet of Things presso la GSMA, l'associazione di categoria che rappresenta gli operatori di reti mobili, ha dichiarato: "Gli operatori Action... hanno la copertura completa dell'intera area, quindi non necessitano di infrastrutture aggiuntive per collegare i dispositivi di illuminazione urbana e i sensori. Nello spettro concesso in licenza, la rete a nido d'ape offre sicurezza e affidabilità, il che significa che l'operatore ha le migliori condizioni, può supportare un gran numero di esigenze, una durata della batteria molto più lunga, una manutenzione minima e una lunga distanza di trasmissione con apparecchiature a basso costo".
Tra tutte le tecnologie di connettività disponibili, HONEYCOMB sarà quella che registrerà la crescita maggiore nei prossimi anni, secondo ABI. Il fermento intorno alle reti 5G e la corsa all'infrastruttura 5G hanno spinto gli operatori a occuparsi dei pali della luce e a riempire piccole unità a nido d'ape in ambienti urbani. Negli Stati Uniti, Las Vegas e Sacramento stanno implementando LTE e 5G, nonché sensori per smart city, sui lampioni stradali tramite gli operatori AT&T e Verizon. Hong Kong ha appena presentato un piano per installare 400 lampioni abilitati al 5G nell'ambito della sua iniziativa per le smart city.
Stretta integrazione dell'hardware
Nielsen ha aggiunto: "Nordic offre prodotti multimodali a corto e lungo raggio, con il suo SoC nRF52840 che supporta Bluetooth a basso consumo, Bluetooth Mesh e Zigbee, oltre a Thread e sistemi proprietari a 2,4 GHz. Il SiP nRF9160 basato su Honeycomb di Nordic offre supporto sia LTE-M che NB-IoT. La combinazione delle due tecnologie offre vantaggi in termini di prestazioni e costi."
La separazione di frequenza consente a questi sistemi di coesistere: il primo opera nella banda libera da permessi dei 2,4 GHz, mentre il secondo opera ovunque sia presente la rete LTE. A frequenze più basse e più alte, si impone un compromesso tra una copertura più ampia e una maggiore capacità di trasmissione. Tuttavia, nelle piattaforme di illuminazione, la tecnologia wireless a corto raggio viene in genere utilizzata per interconnettere i sensori, la potenza di calcolo edge viene impiegata per l'osservazione e l'analisi e l'IoT a nido d'ape viene utilizzata per inviare i dati al cloud, oltre al controllo dei sensori per livelli di manutenzione più elevati.
Finora, la coppia di radio a corto e lungo raggio è stata aggiunta separatamente, non integrata nello stesso chip di silicio. In alcuni casi, i componenti sono separati perché i guasti dell'illuminatore, del sensore e della radio sono diversi. Tuttavia, l'integrazione di due radio in un unico sistema si tradurrà in una maggiore integrazione tecnologica e in minori costi di acquisizione, fattori chiave per le smart city.
Nordic ritiene che il mercato si stia muovendo in questa direzione. L'azienda ha integrato tecnologie di connettività IoT wireless a corto raggio e honeycomb in hardware e software a livello di sviluppatore, in modo che i produttori di soluzioni possano utilizzarle simultaneamente nelle applicazioni di test. La scheda DK di Nordic per nRF9160 SiP è stata progettata per consentire agli sviluppatori di "far funzionare le loro applicazioni IoT Honeycomb"; Nordic Thingy:91 è stato descritto come un "gateway completo e pronto all'uso" che può essere utilizzato come piattaforma di prototipazione standard o proof-of-concept per le prime progettazioni di prodotto.
Entrambi sono dotati di un SiP nRF9160 a nido d'ape multimodale e di un SoC nRF52840 multiprotocollo a corto raggio. Secondo Nordic, i sistemi embedded che combinano le due tecnologie per implementazioni IoT commerciali sono a soli "mesi" dalla commercializzazione.
Nordic Nielsen ha dichiarato: "La piattaforma di illuminazione smart city è stata creata integrando tutte queste tecnologie; il mercato sta chiaramente definendo come combinarle tra loro. Abbiamo fornito soluzioni al comitato di sviluppo dei produttori per testarne l'interazione. È fondamentale integrarle in soluzioni aziendali, e sarà solo questione di tempo".
Data di pubblicazione: 29 marzo 2022