Las ciudades inteligentes interconectadas traen consigo sueños maravillosos. En ellas, las tecnologías digitales integran múltiples funciones cívicas únicas para mejorar la eficiencia operativa y la inteligencia. Se estima que para 2050, el 70 % de la población mundial vivirá en ciudades inteligentes, donde la vida será sana, feliz y segura. Fundamentalmente, prometen ser sostenibles, la última baza de la humanidad contra la destrucción del planeta.
Pero las ciudades inteligentes requieren mucho esfuerzo. Las nuevas tecnologías son costosas, los gobiernos locales tienen limitaciones y la política se caracteriza por ciclos electorales cortos, lo que dificulta lograr un modelo de despliegue tecnológico centralizado, altamente eficiente tanto operativa como financieramente, que pueda replicarse en áreas urbanas a nivel global o nacional. De hecho, la mayoría de las ciudades inteligentes que acaparan los titulares son, en realidad, una colección de diferentes experimentos tecnológicos y proyectos regionales secundarios, con pocas perspectivas de expansión.
Analicemos los contenedores de basura y los estacionamientos inteligentes equipados con sensores y análisis de datos. En este contexto, el retorno de la inversión (ROI) es difícil de calcular y estandarizar, especialmente cuando las agencias gubernamentales están tan fragmentadas (entre agencias públicas y servicios privados, así como entre pueblos, ciudades, regiones y países). Consideremos el monitoreo de la calidad del aire. ¿Cómo es posible calcular fácilmente el impacto del aire limpio en los servicios de salud de una ciudad? Lógicamente, las ciudades inteligentes son difíciles de implementar, pero también difíciles de negar.
Sin embargo, se vislumbra un rayo de esperanza en medio de la incertidumbre del cambio digital. El alumbrado público en todos los servicios municipales ofrece a las ciudades una plataforma para adquirir funciones inteligentes y combinar múltiples aplicaciones por primera vez. Basta con observar los diversos proyectos de alumbrado público inteligente que se están implementando en San Diego (EE. UU.) y Copenhague (Dinamarca), cuyo número va en aumento. Estos proyectos combinan conjuntos de sensores con unidades de hardware modulares fijadas a los postes de luz para permitir el control remoto del alumbrado y la ejecución de otras funciones, como contadores de tráfico, monitores de calidad del aire e incluso detectores de armas.
Desde la altura de los postes de luz, las ciudades han comenzado a abordar la habitabilidad urbana en sus calles, incluyendo el flujo de tráfico y la movilidad, la contaminación acústica y atmosférica, y las nuevas oportunidades de negocio. Incluso los sensores de estacionamiento, tradicionalmente enterrados en los aparcamientos, pueden conectarse de forma económica y eficiente a la infraestructura de alumbrado. Ciudades enteras pueden interconectarse y optimizarse repentinamente sin necesidad de excavar las calles, alquilar espacios ni resolver problemas computacionales abstractos sobre cómo lograr una vida más saludable y calles más seguras.
Esto funciona porque, en general, las soluciones de iluminación inteligente no se conciben inicialmente con la expectativa de obtener ahorros. En cambio, la viabilidad de la revolución digital urbana es una consecuencia fortuita del desarrollo simultáneo de la iluminación.
El ahorro energético que supone sustituir las bombillas incandescentes por iluminación LED de estado sólido, junto con la fácil disponibilidad de fuentes de alimentación y una amplia infraestructura de iluminación, hacen que las ciudades inteligentes sean viables.
El ritmo de adopción de la tecnología LED ya se ha estancado, mientras que la iluminación inteligente está en auge. Según Northeast Group, una empresa de análisis de infraestructuras inteligentes, para 2027, aproximadamente el 90 % de los 363 millones de farolas del mundo contarán con tecnología LED. Un tercio de ellas también ejecutará aplicaciones inteligentes, una tendencia que comenzó hace algunos años. Hasta que se publiquen planes y proyectos sustanciales, el alumbrado público se adapta mejor como infraestructura de red para diversas tecnologías digitales en grandes ciudades inteligentes.
Ahorrar en costes de LED
Según las recomendaciones de los fabricantes de iluminación y sensores, la iluminación inteligente puede reducir los costos administrativos y de mantenimiento de la infraestructura entre un 50 y un 70 por ciento. Sin embargo, la mayor parte de este ahorro (alrededor del 50 por ciento, suficiente para marcar la diferencia) podría lograrse simplemente cambiando a bombillas LED de bajo consumo. El resto del ahorro proviene de la conexión y el control de las luminarias, así como de la transmisión de información inteligente sobre su funcionamiento a través de la red de iluminación.
Los ajustes y las observaciones centralizadas por sí solos pueden reducir significativamente los costos de mantenimiento. Existen muchas maneras de lograrlo, y todas se complementan entre sí: programación, control estacional y ajuste de horarios; diagnóstico de fallas y menor necesidad de vehículos de mantenimiento. El impacto aumenta con el tamaño de la red de iluminación y se refleja en el retorno de la inversión inicial. El mercado indica que este enfoque puede amortizarse en aproximadamente cinco años, e incluso podría hacerlo en menos tiempo al incorporar conceptos de ciudad inteligente más flexibles, como sensores de estacionamiento, monitoreo de tráfico, control de calidad del aire y detectores de armas.
Guidehouse Insights, una empresa de análisis de mercado, realiza un seguimiento de más de 200 ciudades para medir el ritmo del cambio; afirma que una cuarta parte de las ciudades están implementando sistemas de iluminación inteligente. Las ventas de sistemas inteligentes se están disparando. ABI Research calcula que los ingresos globales se multiplicarán por diez hasta alcanzar los 1700 millones de dólares en 2026. El momento clave para la Tierra es el siguiente: la infraestructura de alumbrado público, estrechamente relacionada con las actividades humanas, es el camino a seguir como plataforma para las ciudades inteligentes en un contexto más amplio. Ya en 2022, más de dos tercios de las nuevas instalaciones de alumbrado público estarán conectadas a una plataforma de gestión centralizada para integrar datos de múltiples sensores de ciudades inteligentes, según ABI.
Adarsh Krishnan, analista principal de ABI Research, afirmó: “Existen muchas más oportunidades de negocio para los proveedores de ciudades inteligentes que aprovechan la infraestructura de alumbrado público urbano mediante la implementación de conectividad inalámbrica, sensores ambientales e incluso cámaras inteligentes. El reto consiste en encontrar modelos de negocio viables que incentiven a la sociedad a implementar soluciones multisensor a gran escala de forma rentable”.
La cuestión ya no es si conectarse, sino cómo y en qué medida. Como señala Krishnan, parte de esto tiene que ver con los modelos de negocio, pero el dinero ya fluye hacia las ciudades inteligentes a través de la privatización cooperativa de servicios públicos (PPP), donde las empresas privadas asumen riesgos financieros a cambio del éxito en el capital de riesgo. Los contratos de suscripción "como servicio" distribuyen la inversión a lo largo de periodos de recuperación de la inversión, lo que también impulsó la actividad.
En cambio, el alumbrado público en Europa se está conectando a redes tradicionales de tipo panal (normalmente de 2G a LTE (4G)), así como al nuevo dispositivo estándar HONEYCOMB IoT, LTE-M. También se está implementando la tecnología de banda ultraestrecha (UNB) propietaria, junto con Zigbee, una pequeña cantidad de Bluetooth de bajo consumo y derivados del estándar IEEE 802.15.4.
La Alianza de Tecnología Bluetooth (SIG) pone especial énfasis en las ciudades inteligentes. El grupo prevé que los envíos de Bluetooth de bajo consumo para ciudades inteligentes se quintuplicarán en los próximos cinco años, alcanzando los 230 millones anuales. La mayoría están vinculados al seguimiento de activos en lugares públicos, como aeropuertos, estadios, hospitales, centros comerciales y museos. Sin embargo, el Bluetooth de bajo consumo también está dirigido a redes exteriores. «La solución de gestión de activos mejora la utilización de los recursos de las ciudades inteligentes y ayuda a reducir los costes operativos urbanos», afirmó la Alianza de Tecnología Bluetooth.
¡Una combinación de ambas técnicas es mejor!
Cada tecnología tiene sus controversias, algunas de las cuales se han resuelto mediante debate. Por ejemplo, UNB propone límites más estrictos en la carga útil y los plazos de entrega, descartando la compatibilidad paralela para aplicaciones con múltiples sensores o para aplicaciones como cámaras que lo requieren. La tecnología de corto alcance es más económica y proporciona un mayor rendimiento para el desarrollo de configuraciones de iluminación como plataforma. Es importante destacar que también puede funcionar como respaldo en caso de desconexión de la señal WAN y proporciona a los técnicos un medio para leer los sensores directamente para la depuración y el diagnóstico. El Bluetooth de bajo consumo, por ejemplo, funciona con casi todos los teléfonos inteligentes del mercado.
Si bien una red más densa puede mejorar la robustez, su arquitectura se vuelve compleja y exige mayor energía a los sensores interconectados punto a punto. El alcance de la transmisión también es problemático; la cobertura con Zigbee y Bluetooth de bajo consumo es de tan solo unos cientos de metros como máximo. Aunque existen diversas tecnologías de corto alcance competitivas y adecuadas para sensores en red que abarcan todo el vecindario, se trata de redes cerradas que, en última instancia, requieren el uso de pasarelas para transmitir las señales a la nube.
Generalmente, se agrega una conexión tipo panal al final. La tendencia entre los proveedores de iluminación inteligente es usar conectividad punto a nube tipo panal para brindar cobertura a dispositivos de puerta de enlace o sensores a una distancia de 5 a 15 km. La tecnología Beehive ofrece un amplio alcance de transmisión y simplicidad; además, proporciona redes listas para usar y un mayor nivel de seguridad, según la comunidad Hive.
Neill Young, director del sector de Internet de las Cosas de la GSMA, organismo que representa a los operadores de redes móviles, declaró: «Los operadores de Action… tienen cobertura en toda la zona, por lo que no requieren infraestructura adicional para conectar los dispositivos y sensores de alumbrado público. La red de panal de abeja en el espectro licenciado ofrece seguridad y fiabilidad, lo que significa que el operador dispone de las mejores condiciones, puede satisfacer una gran cantidad de necesidades, ofrece una mayor duración de la batería, un mantenimiento mínimo y una larga distancia de transmisión con equipos de bajo coste».
De todas las tecnologías de conectividad disponibles, HONEYCOMB experimentará el mayor crecimiento en los próximos años, según ABI. El entusiasmo por las redes 5G y la carrera por albergar la infraestructura 5G ha impulsado a los operadores a instalar pequeñas unidades tipo panal en las farolas urbanas. En Estados Unidos, Las Vegas y Sacramento están desplegando LTE y 5G, así como sensores para ciudades inteligentes, en el alumbrado público a través de las operadoras AT&T y Verizon. Hong Kong acaba de presentar un plan para instalar 400 farolas con capacidad 5G como parte de su iniciativa de ciudad inteligente.
Integración estrecha del hardware
Nielsen añadió: «Nordic ofrece productos multimodo de corto y largo alcance, con su SoC nRF52840 compatible con Bluetooth de bajo consumo, Bluetooth Mesh y Zigbee, así como con Thread y sistemas propietarios de 2,4 GHz. El SiP nRF9160 de Nordic, basado en Honeycomb, ofrece compatibilidad con LTE-M y NB-IoT. La combinación de ambas tecnologías aporta ventajas en rendimiento y coste».
La separación de frecuencias permite que estos sistemas coexistan: el primero opera en la banda de 2,4 GHz, de uso libre, y el segundo donde haya cobertura LTE. En frecuencias más bajas y más altas, existe una compensación entre una mayor cobertura y una mayor capacidad de transmisión. Sin embargo, en las plataformas de iluminación, la tecnología inalámbrica de corto alcance se utiliza normalmente para interconectar sensores, la computación perimetral se emplea para la observación y el análisis, y el IoT de arquitectura de panal se utiliza para enviar datos a la nube, así como para el control de sensores y así lograr niveles de mantenimiento más avanzados.
Hasta ahora, los módulos de radio de corto y largo alcance se han añadido por separado, sin integrarse en el mismo chip de silicio. En algunos casos, los componentes se separan porque las fallas del iluminador, el sensor y la radio son diferentes. Sin embargo, la integración de ambos módulos de radio en un solo sistema permitirá una mayor integración tecnológica y menores costos de adquisición, aspectos clave para las ciudades inteligentes.
Nordic cree que el mercado se está moviendo en esa dirección. La compañía ha integrado tecnologías de conectividad IoT inalámbricas de corto alcance y de tipo panal en hardware y software a nivel de desarrollador, de modo que los fabricantes de soluciones puedan ejecutarlas simultáneamente en aplicaciones de prueba. La placa DK de Nordic para el SiP nRF9160 fue diseñada para que los desarrolladores pudieran "hacer funcionar sus aplicaciones IoT de tipo panal"; Nordic Thingy:91 ha sido descrito como una "puerta de enlace lista para usar" que puede utilizarse como plataforma de prototipado o prueba de concepto para diseños de productos iniciales.
Ambos incorporan el SiP nRF9160 de arquitectura de panal multimodo y el SoC nRF52840 de corto alcance y multiprotocolo. Según Nordic, los sistemas embebidos que combinan ambas tecnologías para implementaciones comerciales de IoT están a tan solo unos meses de su comercialización.
Nordic Nielsen declaró: “La plataforma de iluminación inteligente para ciudades integra todas estas tecnologías de conexión; el mercado tiene muy claro cómo combinarlas, y hemos proporcionado soluciones a los fabricantes para que desarrollen soluciones y prueben su funcionamiento conjunto. Su integración en soluciones empresariales es fundamental y debe producirse en breve”.
Fecha de publicación: 29 de marzo de 2022