ไฟถนนเป็นแพลตฟอร์มที่เหมาะสำหรับเมืองอัจฉริยะที่เชื่อมต่อถึงกัน

เมืองอัจฉริยะที่เชื่อมต่อถึงกันนำมาซึ่งความฝันที่สวยงาม ในเมืองดังกล่าว เทคโนโลยีดิจิทัลได้ผสมผสานฟังก์ชันการทำงานของพลเมืองอันเป็นเอกลักษณ์หลายอย่างเข้าด้วยกัน เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการดำเนินงานและความชาญฉลาด มีการประมาณการว่าภายในปี 2593 ประชากรโลก 70% จะอาศัยอยู่ในเมืองอัจฉริยะ ที่ซึ่งชีวิตจะมีสุขภาพดี มีความสุข และปลอดภัย สิ่งสำคัญที่สุดคือสัญญาว่าจะเป็นสีเขียว ไพ่ใบสุดท้ายของมนุษยชาติในการต่อต้านการทำลายล้างของโลก

แต่เมืองอัจฉริยะนั้นเป็นงานหนัก เทคโนโลยีใหม่ๆ มีราคาแพง รัฐบาลท้องถิ่นถูกจำกัด และการเมืองเปลี่ยนไปสู่รอบการเลือกตั้งที่สั้นลง ทำให้เป็นเรื่องยากที่จะบรรลุโมเดลการปรับใช้เทคโนโลยีแบบรวมศูนย์ที่มีประสิทธิภาพสูงและการดำเนินงานทางการเงิน ซึ่งนำกลับมาใช้ใหม่ในเขตเมืองทั่วโลกหรือในระดับประเทศ ในความเป็นจริง เมืองอัจฉริยะชั้นนำส่วนใหญ่ในพาดหัวข่าวเป็นเพียงคอลเลกชันของการทดลองเทคโนโลยีที่แตกต่างกันและโครงการด้านข้างระดับภูมิภาค โดยแทบไม่ต้องตั้งตารอที่จะขยายตัว

มาดูถังขยะและลานจอดรถซึ่งชาญฉลาดด้วยเซ็นเซอร์และการวิเคราะห์กัน ในบริบทนี้ ผลตอบแทนจากการลงทุน (ROI) เป็นเรื่องยากที่จะคำนวณและสร้างมาตรฐาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อหน่วยงานภาครัฐมีกระจัดกระจายมาก (ระหว่างหน่วยงานภาครัฐและบริการเอกชน ตลอดจนระหว่างเมือง เมือง ภูมิภาค และประเทศ) ดูการตรวจสอบคุณภาพอากาศ การคำนวณผลกระทบของอากาศบริสุทธิ์ต่อบริการด้านสุขภาพในเมืองเป็นเรื่องง่ายเพียงใด ตามหลักเหตุผลแล้ว เมืองอัจฉริยะนั้นยากที่จะนำไปใช้ แต่ก็ยากที่จะปฏิเสธเช่นกัน

อย่างไรก็ตาม มีแสงริบหรี่อยู่ในหมอกของการเปลี่ยนแปลงทางดิจิทัล ไฟถนนในบริการของเทศบาลทั้งหมดเป็นเวทีสำหรับเมืองต่างๆ เพื่อรับฟังก์ชั่นอัจฉริยะ และรวมแอพพลิเคชั่นต่างๆ เข้าด้วยกันเป็นครั้งแรก ดูโครงการไฟถนนอัจฉริยะต่างๆ ที่ดำเนินการในซานดิเอโกในสหรัฐอเมริกาและโคเปนเฮเกนในเดนมาร์ก และโครงการเหล่านี้กำลังมีจำนวนเพิ่มมากขึ้น โครงการเหล่านี้รวมอาร์เรย์ของเซ็นเซอร์เข้ากับหน่วยฮาร์ดแวร์แบบโมดูลาร์ที่ยึดติดกับเสาไฟเพื่อให้สามารถควบคุมแสงสว่างได้จากระยะไกล และเพื่อเรียกใช้ฟังก์ชันอื่นๆ เช่น เคาน์เตอร์จราจร เครื่องตรวจสอบคุณภาพอากาศ และแม้แต่เครื่องตรวจจับปืน

จากความสูงของเสาไฟ เมืองต่างๆ ได้เริ่มให้ความสำคัญกับ "ความเป็นอยู่" ของเมืองบนท้องถนน รวมถึงการจราจรและการสัญจรไปมา มลภาวะทางเสียงและอากาศ และโอกาสทางธุรกิจที่เกิดขึ้นใหม่ แม้แต่เซ็นเซอร์จอดรถซึ่งแต่เดิมฝังอยู่ในลานจอดรถ ก็สามารถเชื่อมต่อกับโครงสร้างพื้นฐานของระบบไฟส่องสว่างได้ในราคาถูกและมีประสิทธิภาพ เมืองทั้งเมืองสามารถสร้างเครือข่ายและเพิ่มประสิทธิภาพได้ทันทีโดยไม่ต้องขุดถนนหรือเช่าพื้นที่หรือแก้ไขปัญหาคอมพิวเตอร์ที่เป็นนามธรรมเกี่ยวกับการใช้ชีวิตที่มีสุขภาพดีขึ้นและถนนที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น

วิธีนี้ใช้ได้ผลเพราะโดยส่วนใหญ่แล้ว โซลูชันระบบไฟส่องสว่างอัจฉริยะไม่ได้คำนวณตั้งแต่แรกด้วยการเดิมพันเรื่องการประหยัดจากโซลูชันอัจฉริยะ แต่ความอยู่รอดของการปฏิวัติดิจิทัลในเมืองกลับเป็นผลสืบเนื่องโดยไม่ได้ตั้งใจจากการพัฒนาระบบแสงสว่างไปพร้อมๆ กัน

การประหยัดพลังงานจากการเปลี่ยนหลอดไส้เป็นไฟ LED แบบโซลิดสเตต พร้อมด้วยแหล่งจ่ายไฟที่พร้อมใช้งานและโครงสร้างพื้นฐานด้านแสงสว่างที่กว้างขวาง ทำให้เมืองอัจฉริยะเป็นไปได้

การเปลี่ยนแปลงของ LED นั้นค่อนข้างจะคงที่อยู่แล้ว และระบบไฟอัจฉริยะก็กำลังเฟื่องฟู ประมาณ 90% ของไฟถนน 363 ล้านดวงทั่วโลกจะได้รับการส่องสว่างด้วยหลอดไฟ LED ภายในปี 2570 ตามข้อมูลจาก Northeast Group นักวิเคราะห์โครงสร้างพื้นฐานอัจฉริยะ หนึ่งในสามจะใช้งานแอปพลิเคชันอัจฉริยะ ซึ่งเป็นเทรนด์ที่เริ่มต้นเมื่อไม่กี่ปีก่อน จนกว่าจะมีการเผยแพร่เงินทุนและพิมพ์เขียวจำนวนมาก ไฟถนนจะเหมาะที่สุดในฐานะโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายสำหรับเทคโนโลยีดิจิทัลต่างๆ ในเมืองอัจฉริยะขนาดใหญ่

ประหยัดค่าไฟ LED

ตามกฎทั่วไปที่เสนอโดยผู้ผลิตระบบไฟส่องสว่างและเซ็นเซอร์ ระบบไฟอัจฉริยะสามารถลดต้นทุนการจัดการและบำรุงรักษาโครงสร้างพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างพื้นฐานได้ 50 ถึง 70 เปอร์เซ็นต์ แต่การประหยัดส่วนใหญ่ (ประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์ เพียงพอที่จะสร้างความแตกต่าง) สามารถทำได้ง่ายๆ เพียงเปลี่ยนมาใช้หลอดไฟ LED ที่ประหยัดพลังงาน เงินที่ประหยัดได้ส่วนที่เหลือมาจากการเชื่อมต่อและควบคุมอุปกรณ์ส่องสว่าง และการส่งผ่านข้อมูลอัจฉริยะเกี่ยวกับวิธีการทำงานผ่านเครือข่ายอุปกรณ์ส่องสว่าง

การปรับเปลี่ยนและการสังเกตจากส่วนกลางเพียงอย่างเดียวสามารถลดต้นทุนการบำรุงรักษาได้อย่างมาก มีหลายวิธีและช่วยเสริมซึ่งกันและกัน เช่น การกำหนดเวลา การควบคุมตามฤดูกาล และการปรับเวลา การวินิจฉัยข้อผิดพลาดและลดจำนวนการเข้าใช้งานของรถบรรทุกซ่อมบำรุง ผลกระทบจะเพิ่มขึ้นตามขนาดของเครือข่ายระบบแสงสว่าง และไหลกลับเข้าสู่กรณี ROI เริ่มต้น ตลาดกล่าวว่าแนวทางนี้สามารถชำระเองได้ภายในเวลาประมาณห้าปี และมีศักยภาพที่จะชำระเองโดยใช้เวลาน้อยลงโดยผสมผสานแนวคิดเมืองอัจฉริยะที่ "นุ่มนวลขึ้น" เช่น ผู้ที่มีเซ็นเซอร์จอดรถ เครื่องติดตามการจราจร การควบคุมคุณภาพอากาศ และเครื่องตรวจจับปืน .

Guidehouse Insights นักวิเคราะห์ตลาด ติดตามเมืองต่างๆ มากกว่า 200 เมืองเพื่อวัดอัตราการเปลี่ยนแปลง กล่าวว่าหนึ่งในสี่ของเมืองกำลังเปิดตัวระบบไฟส่องสว่างอัจฉริยะ ยอดขายระบบอัจฉริยะกำลังทะยาน ABI Research คำนวณว่ารายรับทั่วโลกจะเพิ่มขึ้น 10 เท่าเป็น 1.7 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2569 “ช่วงเวลาหลอดไฟ” ของโลกเป็นเช่นนี้ โครงสร้างพื้นฐานไฟถนนซึ่งเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับกิจกรรมของมนุษย์เป็นหนทางข้างหน้าในฐานะแพลตฟอร์มสำหรับเมืองอัจฉริยะในบริบทที่กว้างขึ้น ภายในปี 2565 การติดตั้งไฟถนนใหม่มากกว่าสองในสามจะเชื่อมโยงกับแพลตฟอร์มการจัดการส่วนกลางเพื่อรวมข้อมูลจากเซ็นเซอร์เมืองอัจฉริยะหลายตัว ABI กล่าว

Adarsh ​​Krishnan นักวิเคราะห์หลักของ ABI Research กล่าวว่า "มีโอกาสทางธุรกิจอีกมากมายสำหรับผู้จำหน่ายเมืองอัจฉริยะที่ใช้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานเสาไฟในเมืองโดยปรับใช้การเชื่อมต่อไร้สาย เซ็นเซอร์สิ่งแวดล้อม และแม้แต่กล้องอัจฉริยะ ความท้าทายคือการหาโมเดลธุรกิจที่ใช้งานได้จริงซึ่งสนับสนุนให้สังคมปรับใช้โซลูชันมัลติเซ็นเซอร์ในวงกว้างในลักษณะที่คุ้มค่า”

คำถามไม่ได้อยู่ที่ว่าจะเชื่อมต่อหรือไม่ แต่จะเชื่อมต่ออย่างไรและมากแค่ไหนตั้งแต่แรก กฤษนันตั้งข้อสังเกตว่า ส่วนหนึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับโมเดลธุรกิจ แต่เงินได้ไหลเข้าสู่เมืองอัจฉริยะผ่านการแปรรูปสาธารณูปโภคแบบร่วมมือ (PPP) ซึ่งบริษัทเอกชนรับความเสี่ยงทางการเงินเพื่อแลกกับความสำเร็จในการร่วมลงทุน สัญญา "as-a-service" แบบสมัครสมาชิกจะกระจายการลงทุนไปตามระยะเวลาคืนทุน ซึ่งกระตุ้นกิจกรรมด้วย

ในทางตรงกันข้าม ไฟถนนในยุโรปกำลังเชื่อมต่อกับเครือข่ายรังผึ้งแบบดั้งเดิม (โดยทั่วไปคือ 2G ไปจนถึง LTE (4G)) รวมถึงอุปกรณ์มาตรฐาน HONEYCOMB Iot ใหม่ LTE-M เทคโนโลยีแถบความถี่แคบพิเศษ (UNB) ที่เป็นกรรมสิทธิ์ก็กำลังเข้ามามีบทบาทเช่นกัน พร้อมด้วย Zigbee ซึ่งเป็นส่วนเล็กๆ ของบลูทูธพลังงานต่ำ และอนุพันธ์ของ IEEE 802.15.4

Bluetooth Technology Alliance (SIG) ให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับเมืองอัจฉริยะ กลุ่มคาดการณ์ว่าการจัดส่งบลูทูธพลังงานต่ำในเมืองอัจฉริยะจะเพิ่มขึ้นห้าเท่าในอีกห้าปีข้างหน้าเป็น 230 ล้านต่อปี ส่วนใหญ่เชื่อมโยงกับการติดตามทรัพย์สินในที่สาธารณะ เช่น สนามบิน สนามกีฬา โรงพยาบาล ห้างสรรพสินค้า และพิพิธภัณฑ์ อย่างไรก็ตาม Bluetooth ที่ใช้พลังงานต่ำก็มุ่งเป้าไปที่เครือข่ายกลางแจ้งเช่นกัน “โซลูชันการจัดการสินทรัพย์ปรับปรุงการใช้ทรัพยากรเมืองอัจฉริยะและช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานในเมือง” Bluetooth Technology Alliance กล่าว

การรวมกันของสองเทคนิคจะดีกว่า!

เทคโนโลยีแต่ละอย่างมีข้อโต้แย้งของตัวเอง แต่บางเทคโนโลยีก็ได้รับการแก้ไขด้วยการถกเถียงกัน ตัวอย่างเช่น UNB เสนอข้อจำกัดที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับน้ำหนักบรรทุกและกำหนดการส่งมอบ โดยตัดการรองรับแบบขนานสำหรับแอปพลิเคชันเซ็นเซอร์หลายตัว หรือสำหรับแอปพลิเคชัน เช่น กล้องที่จำเป็นต้องใช้ เทคโนโลยีระยะสั้นมีราคาถูกกว่าและให้ปริมาณงานมากขึ้นสำหรับการพัฒนาการตั้งค่าระบบแสงสว่างแบบแพลตฟอร์ม ที่สำคัญยังสามารถมีบทบาทสำรองในกรณีที่สัญญาณ WAN ขาดหาย และช่วยให้ช่างเทคนิคสามารถอ่านเซ็นเซอร์ได้โดยตรงเพื่อการแก้ไขจุดบกพร่องและการวินิจฉัย ตัวอย่างเช่น บลูทูธพลังงานต่ำใช้งานได้กับสมาร์ทโฟนเกือบทุกเครื่องในตลาด

แม้ว่ากริดที่หนาแน่นขึ้นจะช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งได้ แต่สถาปัตยกรรมของกริดก็มีความซับซ้อนและทำให้มีความต้องการพลังงานมากขึ้นสำหรับเซ็นเซอร์แบบจุดต่อจุดที่เชื่อมต่อถึงกัน ระยะการส่งข้อมูลก็เป็นปัญหาเช่นกัน ความครอบคลุมโดยใช้ Zigbee และ Bluetooth พลังงานต่ำนั้นอยู่ห่างออกไปเพียงไม่กี่ร้อยเมตรเท่านั้น แม้ว่าเทคโนโลยีระยะสั้นที่หลากหลายจะมีความสามารถในการแข่งขันและเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับเซ็นเซอร์แบบกริดและแบบเพื่อนบ้าน แต่เทคโนโลยีเหล่านี้เป็นเครือข่ายแบบปิดที่ท้ายที่สุดแล้วจำเป็นต้องใช้เกตเวย์เพื่อส่งสัญญาณกลับไปยังคลาวด์

มักจะเพิ่มการเชื่อมต่อแบบรังผึ้งที่ส่วนท้าย แนวโน้มสำหรับผู้จำหน่ายระบบไฟอัจฉริยะคือการใช้การเชื่อมต่อแบบรังผึ้งแบบจุดสู่คลาวด์เพื่อให้เกตเวย์ระยะทาง 5 ถึง 15 กม. หรืออุปกรณ์เซ็นเซอร์ครอบคลุม เทคโนโลยี Beehive นำเสนอช่วงการส่งข้อมูลขนาดใหญ่และความเรียบง่าย นอกจากนี้ยังมอบเครือข่ายที่พร้อมใช้งานและระดับความปลอดภัยที่สูงขึ้นตามข้อมูลจากชุมชน Hive

Neill Young หัวหน้าฝ่าย Internet of Things Vertical ของ GSMA ซึ่งเป็นหน่วยงานอุตสาหกรรมที่เป็นตัวแทนของผู้ให้บริการเครือข่ายมือถือกล่าวว่า "ผู้ประกอบการดำเนินการ... มีความครอบคลุมทั่วทั้งพื้นที่ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานเพิ่มเติมในการเชื่อมต่ออุปกรณ์แสงสว่างและเซ็นเซอร์ในเมือง . ในเครือข่ายรังผึ้งสเปกตรัมที่ได้รับใบอนุญาตมีความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ หมายความว่าผู้ปฏิบัติงานมีสภาวะที่ดีที่สุด สามารถรองรับความต้องการจำนวนมาก อายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้นมาก และการบำรุงรักษาขั้นต่ำและระยะการส่งข้อมูลที่ยาวนานของอุปกรณ์ราคาประหยัด”

จากข้อมูลของ ABI ระบุว่า ในบรรดาเทคโนโลยีการเชื่อมต่อทั้งหมดที่มีอยู่ HONEYCOMB จะมีการเติบโตสูงสุดในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ข่าวลือเกี่ยวกับเครือข่าย 5G และการแย่งชิงในการโฮสต์โครงสร้างพื้นฐาน 5G ทำให้ผู้ให้บริการคว้าเสาไฟและเติมหน่วยรังผึ้งขนาดเล็กในสภาพแวดล้อมในเมือง ในสหรัฐอเมริกา ลาสเวกัสและแซคราเมนโตกำลังติดตั้ง LTE และ 5G รวมถึงเซ็นเซอร์เมืองอัจฉริยะ บนไฟถนนผ่านผู้ให้บริการ AT&T และ Verizon ฮ่องกงเพิ่งเปิดเผยแผนติดตั้งเสาไฟที่รองรับ 5G จำนวน 400 เสา ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการริเริ่มเมืองอัจฉริยะ

การบูรณาการฮาร์ดแวร์อย่างแน่นหนา

Nielsen กล่าวเพิ่มเติมว่า “Nordic นำเสนอผลิตภัณฑ์ระยะสั้นและระยะไกลแบบหลายโหมด โดยมี SoC nRF52840 รองรับ Bluetooth พลังงานต่ำ Bluetooth Mesh และ Zigbee รวมถึง Thread และระบบ 2.4ghz ที่เป็นกรรมสิทธิ์ SiP nRF9160 ที่ใช้ Honeycomb ของ Nordic ให้การสนับสนุนทั้ง LTE-M และ NB-iot การรวมกันของทั้งสองเทคโนโลยีนำมาซึ่งประสิทธิภาพและความได้เปรียบด้านต้นทุน”

การแยกความถี่ทำให้ระบบเหล่านี้สามารถอยู่ร่วมกันได้ โดยแบบแรกทำงานในย่านความถี่ 2.4 กิกะเฮิร์ตซ์ที่ไม่ได้รับอนุญาต และแบบหลังทำงานไม่ว่าจะอยู่ที่ใดก็ตามที่มี LTE ที่ความถี่ต่ำและสูง จะมีการประนีประนอมระหว่างการครอบคลุมพื้นที่ที่กว้างขึ้นและความสามารถในการรับส่งข้อมูลที่มากขึ้น แต่ในแพลตฟอร์มระบบไฟส่องสว่าง โดยทั่วไปแล้วเทคโนโลยีไร้สายระยะสั้นจะใช้ในการเชื่อมต่อระหว่างเซ็นเซอร์ พลังการประมวลผลที่ขอบจะใช้สำหรับการสังเกตและการวิเคราะห์ และ iot แบบรังผึ้งใช้เพื่อส่งข้อมูลกลับไปยังคลาวด์ รวมถึงการควบคุมเซ็นเซอร์สำหรับระดับการบำรุงรักษาที่สูงขึ้น

จนถึงขณะนี้ มีการเพิ่มคู่ของวิทยุระยะใกล้และระยะไกลแยกกัน ไม่ได้มีอยู่ในชิปซิลิคอนตัวเดียวกัน ในบางกรณี ส่วนประกอบต่างๆ จะถูกแยกออกจากกันเนื่องจากความล้มเหลวของไฟส่องสว่าง เซ็นเซอร์ และวิทยุล้วนแตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม การรวมวิทยุคู่ไว้ในระบบเดียวจะส่งผลให้มีการบูรณาการเทคโนโลยีที่ใกล้ชิดยิ่งขึ้นและลดต้นทุนในการซื้อกิจการ ซึ่งเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญสำหรับเมืองอัจฉริยะ

นอร์ดิกคิดว่าตลาดกำลังเคลื่อนไปในทิศทางนั้น บริษัทได้รวมเทคโนโลยีการเชื่อมต่อ IoT แบบไร้สายและแบบรังผึ้งระยะสั้นเข้ากับฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ในระดับนักพัฒนา เพื่อให้ผู้ผลิตโซลูชันสามารถรันทั้งคู่พร้อมกันในแอปพลิเคชันทดสอบ บอร์ด DK ของ Nordic สำหรับ nRF9160 SiP ได้รับการออกแบบมาสำหรับนักพัฒนาเพื่อ “ทำให้แอปพลิเคชัน Honeycomb iot ทำงานได้”; Nordic Thingy:91 ได้รับการอธิบายว่าเป็น "เกตเวย์ที่พร้อมใช้งานเต็มรูปแบบ" ซึ่งสามารถใช้เป็นแพลตฟอร์มการสร้างต้นแบบที่มีจำหน่ายทั่วไป หรือการพิสูจน์แนวคิดสำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์ในช่วงแรกๆ

ทั้งสองมี SiP รังผึ้งหลายโหมด nRF9160 และ SoC ระยะสั้นแบบหลายโปรโตคอล nRF52840 ระบบสมองกลฝังตัวที่รวมเทคโนโลยีทั้งสองสำหรับการปรับใช้ IoT เชิงพาณิชย์นั้นอยู่ห่างจากการใช้งานเชิงพาณิชย์เพียง “เดือน” ตามข้อมูลของ Nordic

Nordic Nielsen กล่าวว่า "แพลตฟอร์มระบบไฟส่องสว่างในเมืองอัจฉริยะได้รับการติดตั้งเทคโนโลยีการเชื่อมต่อทั้งหมดนี้ ตลาดมีความชัดเจนมากว่าจะรวมเข้าด้วยกันได้อย่างไร เราได้จัดเตรียมโซลูชั่นสำหรับบอร์ดพัฒนาผู้ผลิต เพื่อทดสอบว่าพวกเขาทำงานร่วมกันอย่างไร สิ่งเหล่านี้จะรวมกันเป็นโซลูชันทางธุรกิจที่มีความจำเป็นในเวลาเพียงไม่นาน”