Свързаният град разчита на гъвкава мрежова свързаност

Бързото развитие на безжичните технологии е вдъхновено от нови услуги, планирани именно за интелигентни градски среди. Някои технологии като Wi-Fi са много популярни, но не са подходящи за IoT, както и за интелигентните градове. Причината е, че Wi-Fi е проектирана да предлага на крайните потребители високоскоростен интернет или LAN достъп от ограничен брой станции на къси разстояния и в закрити помещения. Целта на Wi-Fi технологията е да позволи високоскоростен достъп до мултимедийни данни и услуги.

Клетъчните мобилни мрежи са планирани за нова комуникационна парадигма с минимално човешко взаимодействие, например за комуникации между машини (M2M) или машинен тип комуникации (MTC). Тези мрежи трябва да бъдат внедрени в приложения за интелигентен град, предназначени за високо покритие и гъвкаво поддържана скорост за пренос на данни. Специализираните за IoT клетъчни мрежи са предназначени да отговорят на необходимостта от евтини, нискоенергийни M2M приложения с ограничени изисквания за обема на трафик. Тези технологии имат предимство в сравнение с клетъчните оператори, по-ниски разходи за мрежово оборудване и мрежови устройства и включват технологии като SigFox, LoRaWAN, NB IoT и др. Многослойните архитектури покриват разнообразие от решения като ZigBee, Z-Wave, Bluetooth Low Energy (BLE), WiFi Low Power (802.11ah) и др. Тези технологии са насочени към приложения с ограничен брой възли и малък комуникационен обхват, което позволява гъвкави настройки и лесно персонализиране.

Приложенията за интелигентни градове са разнообразни, включително интелигентно здравеопазване, интелигентни офиси, домове и жилищни сгради, интелигентна енергетика (включително интелигентна електромрежа и интелигентно осветление), интелигентна околна среда (управление на водите, отпадъците, мониторинг на шума, замърсяването на въздуха и др.), интелигентна физическа безопасност, интелигентно образование, интелигентна администрация, интелигентни индустрии и интелигентен транспорт (вкл. мониторинг на трафика, интелигентни светофари, интелигентно паркиране). Всички тези приложения имат различни изисквания.

Две важни характеристики на технологиите, свързани с изискванията на тези приложения, са обхват и скорост на предаване на данни. Тези характеристики имат голямо влияние върху възможността за прилагане на определена технология за конкретна услуга или приложение на умния град. Домашната автоматизация например се нуждае от малък обхват и ниски скорости на данните, докато интелигентните светофари изискват малък обхват, но средна до висока скорост за преноса на данни. Приложенията за трафик, мониторинг на качеството на въздуха и шума, интелигентно осветление и управление на отпадъците изискват комуникации с голям обхват и ниска скорост на предаване на данни. За интелигентното здравеопазване се препоръчват къси разстояния, но високи скорости на преноса на данни.

Таблица 1

Потенциалът на 5G е огромен

Сигурността е едно от най-сериозните предизвикателства пред IoT. С повече устройства, свързани с интернет, рискът от кибератаки, пробиви на данни и нарушения на поверителността се увеличава. В много IoT устройства не са предприети защитни мерки и стандарти, а това ги прави уязвими за хакване. Липсата на стандартизация и съвместимост е значителна пречка пред масовото възприемане на IoT. Разработчиците трудно се справят с предизвикателството да гарантират, че техният хардуер и софтуер се интегрират безпроблемно с различните налични устройства и платформи, а това затруднява разширяването на IoT системите.

Потенциалът на 5G технологията за трансформиране на IoT е огромен и включва:

• Повишена скорост и пропускателна способност: При трансфер на данни със скорост до 20 Gbps 5G мрежите могат да се справят с огромните количества данни, генерирани от IoT устройства. Тази увеличена пропускателна способност ще позволи свързването на повече устройства към мрежата, което ще даде възможност за разработване на нови бизнес сценарии като свързани автомобили, интелигентни градове и индустриална автоматизация.
• По-ниска латентност на 5G мрежите. Тя може да "вдъхне живот" на приложения в реално време като дистанционна хирургия, автономни превозни средства и дронове. С латентност под милисекунда 5G може значително да намали забавянето между устройствата, позволявайки по-бърза и по-отзивчива комуникация.
• Подобрена надеждност: 5G мрежите са проектирани да бъдат по-надеждни от предишните поколения. С функции като мрежови срезове (виртуални мрежи) и периферни изчислителни центрове с множествен достъп (MEC) 5G може да гарантира, че IoT устройствата имат непрекъсната свързаност, дори в райони със сериозно претоварване на мрежата.
• По-голям капацитет: 5G мрежите могат да поддържат повече устройства на единица площ от предишните поколения. Този увеличен капацитет позволява внедряването на повече IoT устройства, а това ще доведе до създаването на нови бизнес сценарии и различни потоци от приходи.
• Подобрена сигурност: 5G мрежите могат да предоставят подобрени функции за сигурност като защитено стартиране, мрежови срезове. Тези функции могат да помогнат за предотвратяване на кибератаки и пробиви на данни, като гарантират, че IoT устройствата и данните са защитени.

Сред потенциалните приложения на 5G за умните градове са:

• Интелигентно управление на трафика: Включва наблюдение и контрол на потока на трафика в реално време с IoT устройства и сензори, задействани през 5G, повишавайки ефективността и намалявайки задръстванията.
• Обществена безопасност: Откриване на опасност в реално време и реагиране с помощта на лицево разпознаване и видеонаблюдение, управлявано от 5G.
• Енергийно управление: Управление на потреблението на енергия в реално време при максимално увеличена ефективност и намаляване на разходите с 5G активирани интелигентни мрежови технологии.
• Здравеопазване: Подобряване на резултатите за пациентите чрез дистанционен мониторинг на здравето в реално време и диагностика, станали възможни чрез телемедицина, разчитаща на 5G връзка, и дистанционно наблюдение на пациенти.

5G въздейства върху градската мобилност

Тъй като може да позволи наблюдение в реално време и оптимизиране на трафика от превозни средства, повишаване на ефективността и намаляване на задръстванията, 5G ще има огромно въздействие върху градската мобилност. IoT устройствата и сензорите, активирани от 5G, могат да събират информация в реално време за моделите на трафика, което позволява на транспортните системи да се адаптират бързо към променящите се обстоятелства. Чрез използване на тези данни системите за обществен транспорт могат да бъдат подобрени по отношение на връзката и времето за изчакване. Освен това комуникацията в реално време между автономните превозни средства и инфраструктурата, осигурена от 5G, повишава безопасността и ефективността.

5G има потенциал и за сериозни икономически ползи в интелигентните градове. С капацитета да обработват голям брой IoT устройства и сензори 5G мрежите могат да позволят събиране, анализ и обработка на данни в реално време, а това води до по-ефективно и ефикасно предоставяне на обществени услуги. От своя страна това може да доведе до по-голяма продуктивност, по-ниски разходи и по-добри условия на живот за населението. Технологиите за интелигентни градове могат да привлекат нови предприятия и инвестиции, създавайки възможности за работа и ускорявайки икономическия растеж. Освен това технологията за интелигентен град, поддържаща 5G, може да помогне за създаването на нови стоки и услуги, създавайки нови пазари и икономически перспективи. Като цяло интелигентните градове, поддържащи 5G, имат способността да стимулират икономическия растеж и развитие, отваряйки нови възможности и повишавайки стандарта на живот на жителите.

Изключването на 2G/3G ще повлия върху Интернет на нещата

Доклад на Transforma Insights, спонсориран от Ericsson и оператора Telia, показва въздействията върху корпоративните IoT внедряванията, идентифицирайки какви са потенциалните реакции на предприятията за справяне с проблема. Описват се разходите и ползите от надграждането от 2G/3G до по-нови технологии с повече възможности. Процесът на миграция от 2G и 3G мрежи към 4G и 5G вече се вижда в страни като Австралия, Япония и САЩ, а напоследък се засилва и в Европа.

Защо обаче се изключват 2G/3G? Процесът на миграция включва "пренастройване" (refarming) на спектъра, който преди е бил използван за по-старите поколения, за използване с новите поколения. Има няколко причини мобилните оператори да преминават през този процес. В някои случаи има регулаторни изисквания за това. Но в повечето случаи факторите са, че 4G и 5G мрежата имат много по-големи възможности за предоставяне на услуги за данни и правят по-ефективно използване на спектъра с по-ниски оперативни разходи. Това се изразява в по-добри и по-евтини изживявания за клиентите, както и в по-голяма устойчивост.

Коментирайки тези констатации, авторът на доклада Мат Хатън казва: "Процесът на мигриране от 2G и 3G към 4G или 5G може да изглежда смущаващ. Въпреки това скорошно проучване сред предприятията установи, че 60% не са имали почти никакви проблеми с процеса. С ранни действия и солиден план за миграцията организациите няма защо да се страхуват от изключването на 2G и 3G и потенциално много да спечелят по отношение на подобрена функционалност, по-ниски разходи и по-устойчива технология."

LPWA и мащабните комуникации от машинен тип

Вероятно най-голямата единична промяна, която ще се случи в IoT свързаността през следващото десетилетие, е мащабното навлизане на широкообхватни връзки с ниска мощност (LPWA). Transforma Insights прогнозира, че през 2030 г. в света ще има 4 милиарда LPWA връзки спрямо 330 милиона в края на 2020 г. В тези числа обаче се крие голямо разнообразие. Почти две трети ще бъдат отчетени от 5G mMTC (massive Machine-Type Communications), новата терминология, обхващаща клетъчните LPWA технологии NB-IoT и LTE-M, които работят в лицензирания спектър. Останалата една трета ще бъдат технологии като LoRaWAN и Sigfox, които работят в радиочестотен спектър, освободен от лицензи.

Устройствата mMTC са свързани предимно (67%) чрез обществени мрежи, управлявани от мрежови мобилни оператори. Преобладаващото мнозинство от останалите 33%, свързани чрез частни мрежи, се дължат на ограничен брой инсталации за интелигентни измервания. За разлика от тях около 1,3 милиарда LPWA устройства, които не са mMTC, са по-равномерно разделени, като 47% са свързани чрез обществени мрежи, а 53% чрез частни.

Друга голяма въпросителна в IoT свързаността е ролята, която ще изиграе 5G. С изключение на технологиите mMTC, които вече са официално част от стандарта за 5G, но по-естествено са с банера на LPWA, прогнозата показва 468 милиона "пълнофункционални" 5G IoT връзки в края на 2030 г. Това означава 20% от всички клетъчни връзки. По отношение на годишните доставки през 2030 г. обаче делът е много по-значителен. От 298 милиона (не-mMTC) клетъчни устройства, които анализаторите очакват да бъдат доставени през 2030 г., 129 милиона (43%) ще бъдат 5G. Останалите 201 милиона ще бъдат 4G/LTE.

Най-голямото приложение за 5G (не-mMTC) ще е в различните превозни средства, което представлява 47% от всички такива доставки на IoT през 2030 г. Производителите на автомобили са "много запалени" по 5G, не на последно място като начин да се гарантира, че свързаността на превозното средство е подготвена за бъдещето, коментират от Transforma. Следващото най-голямо приложение е видеонаблюдението, което представлява 8%. Основателят на Transforma Мат Хатън казва: "Ще има търсене на 5G просто защото технологията ще бъде налична и ще бъде най-добрият вариант за внедрявания в бъдеще. Има обаче много малко 5G приложения с наистина голям обем извън тези, които ще се поддържат от mMTC."

LTE ще остане най-използваният "работен кон" за клетъчните IoT приложения. Интересно е да се отбележи, че доставките на устройства, при които 2G или 3G са най-често вгражданата технология, ще спрат до 2029 г. "Видяхме много различни подходи за изключване на 2G и 3G, които ще продължат през следващото десетилетие. Тъй като тези мрежи изчезват, ще видим по-голям интерес към LTE-M като естествен наследник на технологията", коментира главният анализатор на Transforma Мат Арнот.

От умни към устойчиви градове

През 2023 г. устойчивата градска инфраструктура бързо набира скорост, показва друг анализ на ABI Research, базиран на изводите от Световния конгрес Smart Cities Expo 2022. Според анализаторите фокусът на интелигентните градове бързо се измества от свързаност, безопасност и сигурност, интелигентни пространства и интелигентна мобилност към всички аспекти на устойчивостта. "Най-важното предизвикателство, пред което градовете ще се изправят през следващите няколко години, ще бъде свързано с въздействието на изменението на климата, включително наводнения и т.нар. топлинни острови. Това се изразява в широк спектър от инициативи, проекти и инвестиционни програми, съсредоточени върху декарбонизацията, кръговата градска среда, зелената инфраструктура и вертикалното земеделие, интелигентната енергия и мобилността и транспорта с нулеви емисии", посочват от ABI Research.

Анализаторите добавят, че от технологична гледна точка ключовите решения за устойчивост на градовете включват софтуер за управление на търговски сгради за оптимизиране на енергийната ефективност, превозни средства с електрически батерии и водородни горивни клетки и свързаната с тях инфраструктура за зареждане. Освен това градските власти ще се фокусират върху генериране на възобновяема енергия и интелигентни микромрежи, използването на цифрови близнаци за моделиране на енергийното потребление, планиране на зелена градска инфраструктура, симулации за въздействието от изменението на климата, пазари за въглеродни кредити с активиран блокчейн, както и кросвертикални платформи за интелигентни градове. "Това означава окончателното сближаване на всички технологии, парадигми и подходи за интелигентни градове под един и същ обединяващ чадър за устойчивост, впрягайки целия опит и финансиране около обща и уникална цел", добавят от ABI Research.