Le città intelligenti interconnesse sono la realizzazione di sogni meravigliosi. In queste città, le tecnologie digitali intrecciano 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, promettono di essere verdi, l'ultima carta vincente dell'umanità contro la distruzione del pianeta.
Ma le città intelligenti sono un progetto complesso. Le nuove tecnologie sono costose, le amministrazioni locali hanno risorse limitate e la politica è soggetta a cicli elettorali brevi, il che rende difficile realizzare un modello di implementazione tecnologica centralizzato, efficiente dal punto di vista operativo e finanziario, che possa essere riutilizzato nelle aree urbane a livello globale o nazionale. Di fatto, la maggior parte delle città intelligenti più in voga, spesso al centro dell'attenzione, non sono altro che un insieme di diversi esperimenti tecnologici e progetti regionali collaterali, con scarse prospettive di espansione.
Consideriamo i cassonetti e i parcheggi, dotati di sensori e sistemi di analisi dati intelligenti; in questo contesto, il ritorno sull'investimento (ROI) è difficile da calcolare e standardizzare, soprattutto quando gli enti governativi sono così frammentati (tra enti pubblici e servizi privati, nonché tra città, regioni e paesi). Pensiamo al monitoraggio della qualità dell'aria: quanto è facile calcolare l'impatto dell'aria pulita sui servizi sanitari di una città? Logicamente, le città intelligenti sono difficili da implementare, ma anche difficili da negare.
Tuttavia, nella nebbia della trasformazione digitale si intravede un barlume di speranza. L'illuminazione stradale, in tutti i servizi municipali, offre alle città una piattaforma per acquisire funzionalità intelligenti e combinare per la prima volta molteplici applicazioni. Basti pensare ai diversi progetti di illuminazione stradale intelligente in fase di realizzazione a San Diego, negli Stati Uniti, e a Copenaghen, in Danimarca, il cui numero è in costante aumento. Questi progetti combinano una serie di sensori con unità hardware modulari fissate ai pali della luce, consentendo il controllo remoto dell'illuminazione stessa e l'esecuzione di altre funzioni, come contatori di traffico, monitor per la qualità dell'aria e persino rilevatori di armi.
Dall'alto dei pali della luce, le città hanno iniziato ad affrontare il tema della "vivibilità" urbana, prendendo in considerazione il flusso del 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 essere improvvisamente interconnesse e ottimizzate senza dover scavare strade, affittare spazi o risolvere astratti problemi informatici relativi a una vita più sana e a strade più sicure.
Questo funziona perché, nella maggior parte dei casi, le soluzioni di illuminazione intelligente non vengono inizialmente concepite con l'obiettivo di ottenere risparmi significativi. 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 a stato solido, unitamente alla disponibilità di fonti di alimentazione e a un'estesa infrastruttura di illuminazione, rende le città intelligenti una realtà.
Il ritmo di conversione all'illuminazione a LED è già stagnante, mentre l'illuminazione intelligente è in forte espansione. Secondo Northeast Group, società di analisi delle infrastrutture intelligenti, entro il 2027 circa il 90% dei 363 milioni di lampioni stradali a livello globale sarà illuminato da LED. Un terzo di questi eserciterà anche applicazioni intelligenti, una tendenza iniziata alcuni anni fa. In attesa di finanziamenti consistenti e della pubblicazione di progetti concreti, l'illuminazione stradale si presta al meglio come infrastruttura di rete per diverse tecnologie digitali nelle grandi città intelligenti.
Risparmia sui costi dei LED
Secondo le stime dei produttori di illuminazione e sensori, l'illuminazione intelligente può ridurre i costi amministrativi e di manutenzione relativi all'infrastruttura dal 50 al 70%. Tuttavia, la maggior parte di questi risparmi (circa il 50%, una percentuale significativa) potrebbe essere ottenuta 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 all'interno della rete di illuminazione.
La sola gestione centralizzata delle regolazioni e delle osservazioni può ridurre significativamente i costi di manutenzione. Esistono diverse modalità, che si completano a vicenda: programmazione, controllo stagionale e regolazione dei tempi; diagnosi dei guasti e riduzione degli interventi di manutenzione. L'impatto aumenta con le dimensioni della rete di illuminazione e si riflette positivamente sul ritorno sull'investimento (ROI) iniziale. Il mercato indica che questo approccio può ripagarsi in circa cinque anni e ha il potenziale per farlo in tempi ancora più brevi integrando concetti di smart city più "soft", come sensori di parcheggio, monitoraggio del traffico, controllo della qualità dell'aria e rilevatori di armi.
Guidehouse Insights, società di analisi di mercato, monitora oltre 200 città per valutare il ritmo del cambiamento; secondo le sue stime, un quarto delle città sta implementando sistemi di illuminazione intelligente. Le vendite di sistemi smart sono in forte crescita. ABI Research calcola che i ricavi globali decuplicheranno, raggiungendo 1,7 miliardi di dollari entro il 2026. È proprio questo il momento di svolta per la Terra: l'infrastruttura di illuminazione stradale, strettamente legata 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 molteplici sensori delle città intelligenti, ha affermato ABI.
Adarsh Krishnan, analista principale di ABI Research, ha dichiarato: "Esistono molte altre opportunità commerciali per i fornitori di soluzioni per le smart city che sfruttano l'infrastruttura dei pali dell'illuminazione urbana implementando connettività wireless, sensori ambientali e persino telecamere intelligenti. La sfida consiste nel 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 connettersi in primo luogo. Come osserva Krishnan, in parte si tratta di modelli di business, ma i finanziamenti stanno già affluendo nelle smart city attraverso la privatizzazione cooperativa dei servizi pubblici (PPP), in cui 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 ulteriormente stimolato l'attività.
Al contrario, in Europa i lampioni vengono collegati alle tradizionali reti a nido d'ape (in genere dal 2G all'LTE (4G)), nonché al nuovo standard IoT HONEYCOMB, LTE-M. Entrano in gioco anche tecnologie proprietarie a banda ultra-stretta (UNB), insieme a Zigbee, una piccola diffusione del Bluetooth a basso consumo e derivati dello standard IEEE 802.15.4.
La Bluetooth Technology Alliance (SIG) attribuisce particolare importanza alle città intelligenti. Il gruppo prevede che le spedizioni di dispositivi Bluetooth a basso consumo energetico nelle città intelligenti quintuplicaranno nei prossimi cinque anni, raggiungendo i 230 milioni di unità all'anno. La maggior parte di questi dispositivi è destinata al tracciamento di risorse in luoghi pubblici, come aeroporti, stadi, ospedali, centri commerciali e musei. Tuttavia, il Bluetooth a basso consumo energetico è pensato anche per le reti esterne. "La soluzione di gestione delle risorse migliora l'utilizzo delle risorse delle città intelligenti e contribuisce a ridurre i costi operativi urbani", ha affermato la Bluetooth Technology Alliance.
La combinazione delle due tecniche è la soluzione migliore!
Ogni tecnologia ha le sue controversie, alcune delle quali sono state risolte tramite dibattito. Ad esempio, l'UNB propone limiti più stringenti per il carico utile e le tempistiche 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 velocità di trasmissione per lo sviluppo di impostazioni di illuminazione come piattaforma. È importante sottolineare che può anche fungere da backup in caso di disconnessione del segnale WAN e fornire ai tecnici un mezzo per leggere direttamente i sensori per il debug e la diagnostica. Il Bluetooth a basso consumo, ad esempio, funziona con quasi tutti gli smartphone sul mercato.
Sebbene una rete più densa possa migliorare la robustezza, la sua architettura diventa complessa e impone maggiori esigenze energetiche ai sensori punto-punto interconnessi. Anche la portata di trasmissione è problematica: la copertura con Zigbee e Bluetooth a basso consumo è al massimo di poche centinaia di metri. Sebbene diverse tecnologie a corto raggio siano competitive e adatte a sensori distribuiti su una rete a livello locale, si tratta di reti chiuse che, in ultima analisi, richiedono l'utilizzo di gateway per trasmettere i segnali al cloud.
Solitamente, alla fine viene aggiunta una connessione a nido d'ape. La tendenza tra i fornitori di illuminazione intelligente è quella di utilizzare la connettività a nido d'ape punto-cloud per fornire una copertura del gateway o del dispositivo sensore su una distanza compresa tra 5 e 15 km. La tecnologia Beehive offre un ampio raggio di trasmissione e semplicità; inoltre, secondo la community di Hive, fornisce una rete pronta all'uso e un livello di sicurezza più elevato.
Neill Young, responsabile del settore Internet of Things presso la GSMA, un'associazione di categoria che rappresenta gli operatori di rete mobile, ha dichiarato: "Gli operatori... hanno la copertura completa dell'intera area, quindi non necessitano di infrastrutture aggiuntive per connettere i dispositivi e i sensori di illuminazione urbana. 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."
Secondo ABI, tra tutte le tecnologie di connettività disponibili, la tecnologia HONEYCOMB registrerà la maggiore crescita nei prossimi anni. L'interesse per le reti 5G e la corsa all'installazione di infrastrutture 5G hanno spinto gli operatori a sfruttare i pali della luce e a installare piccole unità a nido d'ape negli ambienti urbani. Negli Stati Uniti, Las Vegas e Sacramento stanno implementando LTE e 5G, oltre a sensori per città intelligenti, 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 la città intelligente.
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, nonché Thread e sistemi proprietari a 2,4 GHz. Il SiP nRF9160 di Nordic, basato su Honeycomb, offre supporto sia per LTE-M che per NB-IoT. La combinazione delle due tecnologie offre vantaggi in termini di prestazioni e costi.”
La separazione delle frequenze consente a questi sistemi di coesistere: il primo opera nella banda a 2,4 GHz, libera da permessi, mentre il secondo funziona ovunque sia disponibile la rete LTE. Alle frequenze più basse e più alte, esiste un compromesso tra una maggiore copertura e una maggiore capacità di trasmissione. Tuttavia, nelle piattaforme di illuminazione, la tecnologia wireless a corto raggio viene tipicamente 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 utilizzato per inviare i dati al cloud, nonché per il controllo dei sensori ai fini di una manutenzione più avanzata.
Finora, le due radio a corto e lungo raggio sono state aggiunte separatamente, non integrate 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 entrambe le radio in un unico sistema consentirà una maggiore integrazione tecnologica e costi di acquisizione inferiori, fattori chiave per le città intelligenti.
Nordic ritiene che il mercato si stia muovendo in questa direzione. L'azienda ha integrato le tecnologie di connettività wireless a corto raggio e Honeycomb IoT nell'hardware e nel software a livello di sviluppatore, in modo che i produttori di soluzioni possano eseguirle 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 Honeycomb IoT"; Nordic Thingy:91 è stato descritto come un "gateway completo pronto all'uso" che può essere utilizzato come piattaforma di prototipazione o prova di concetto per le prime fasi di progettazione del prodotto.
Entrambi i dispositivi integrano il SiP nRF9160 a nido d'ape multimodale e il SoC nRF52840 a corto raggio e multiprotocollo. Secondo Nordic, i sistemi embedded che combinano le due tecnologie per implementazioni IoT commerciali saranno disponibili sul mercato entro pochi mesi.
Nordic Nielsen ha dichiarato: "La piattaforma per l'illuminazione delle città intelligenti ha già predisposto tutte queste tecnologie di connessione; il mercato ha ben chiaro come combinarle, e noi abbiamo fornito soluzioni ai produttori per testare il loro funzionamento congiunto. L'integrazione in soluzioni aziendali è fondamentale e avverrà in tempi brevi."
Data di pubblicazione: 29 marzo 2022