Las ciudades inteligentes interconectadas traen sueños maravillosos. En estas ciudades, las tecnologías digitales entrelazan 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 saludable, feliz y segura. Fundamentalmente, promete ser verde, la última baza de la humanidad contra la destrucción del planeta.
Pero las ciudades inteligentes son un reto. Las nuevas tecnologías son caras, los gobiernos locales están limitados y la política se centra en ciclos electorales cortos, lo que dificulta lograr un modelo de implementación de tecnología centralizada, altamente operativa y financieramente eficiente, que se reutilice en zonas urbanas a nivel global o nacional. De hecho, la mayoría de las ciudades inteligentes líderes que aparecen en los titulares son en realidad un conjunto de diferentes experimentos tecnológicos y proyectos regionales paralelos, con pocas perspectivas de expansión.
Analicemos los contenedores de basura y los estacionamientos, que son inteligentes gracias a sensores y análisis. 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 fácil calcular 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, hay un rayo de luz en la niebla del cambio digital. El alumbrado público en todos los servicios municipales ofrece una plataforma para que las ciudades adquieran funciones inteligentes y combinen múltiples aplicaciones por primera vez. Observe los diversos proyectos de alumbrado público inteligente que se están implementando en San Diego (EE. UU.) y Copenhague (Dinamarca), y su número está en aumento. Estos proyectos combinan conjuntos de sensores con unidades de hardware modulares fijadas a postes de luz para permitir el control remoto de la propia iluminación y para ejecutar otras funciones, como contadores de tráfico, monitores de calidad del aire e incluso detectores de armas.
Desde la altura del poste de luz, las ciudades han comenzado a abordar la "habitabilidad" de la ciudad en la calle, incluyendo el flujo vehicular y la movilidad, el ruido y la contaminación atmosférica, y las nuevas oportunidades de negocio. Incluso los sensores de aparcamiento, tradicionalmente enterrados en los aparcamientos, pueden conectarse de forma económica y eficiente a la infraestructura de alumbrado. Ciudades enteras pueden conectarse y optimizarse de repente sin excavar calles, alquilar espacios ni resolver problemas informáticos abstractos sobre una vida más saludable y calles más seguras.
Esto funciona porque, en su mayoría, las soluciones de iluminación inteligente no se calculan inicialmente con la expectativa de ahorro derivadas de ellas. Más bien, la viabilidad de la revolución digital urbana es una consecuencia accidental del desarrollo simultáneo de la iluminación.
El ahorro energético resultante de sustituir las bombillas incandescentes por iluminación LED de estado sólido, junto con fuentes de alimentación fácilmente disponibles y una amplia infraestructura de iluminación, hacen que las ciudades inteligentes sean factibles.
El ritmo de conversión a LED ya se ha estancado, y la iluminación inteligente está en auge. Alrededor del 90 % de los 363 millones de farolas del mundo estarán iluminadas con LED para 2027, según Northeast Group, analista de infraestructuras inteligentes. Un tercio de ellas también utilizará aplicaciones inteligentes, una tendencia que comenzó hace unos años. Hasta que se publiquen fondos y planes sustanciales, el alumbrado público es más adecuado como infraestructura de red para diversas tecnologías digitales en ciudades inteligentes a gran escala.
Ahorre costes de LED
Según las reglas generales propuestas por 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 %. Pero la mayor parte de este ahorro (alrededor del 50 %, 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 los iluminadores y de la transmisión de información inteligente sobre su funcionamiento a través de la red de alumbrado.
Los ajustes y las observaciones centralizadas por sí solas pueden reducir significativamente los costos de mantenimiento. Existen diversas maneras, que se complementan entre sí: programación, control estacional y ajuste de horarios; diagnóstico de fallas y reducción de la asistencia de los camiones de mantenimiento. El impacto aumenta con el tamaño de la red de alumbrado y se refleja en el retorno de la inversión inicial. El mercado afirma que este enfoque puede amortizarse en aproximadamente cinco años y tiene el potencial de amortizarse en menos tiempo al incorporar conceptos de ciudad inteligente más flexibles, como sensores de estacionamiento, monitores de tráfico, control de calidad del aire y detectores de armas.
Guidehouse Insights, una empresa de análisis de mercado, monitorea más de 200 ciudades para medir el ritmo del cambio. Afirma que una cuarta parte de las ciudades están implementando sistemas de alumbrado público inteligente. Las ventas de sistemas inteligentes se están disparando. ABI Research calcula que los ingresos globales se multiplicarán por diez, alcanzando los 1700 millones de dólares para 2026. El momento clave de la Tierra es así: 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 central 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 postes de luz urbana 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 y de forma rentable».
La cuestión ya no es si conectar, sino cómo y cuánto conectar en primer lugar. Como observa Krishnan, parte de esto se debe a los modelos de negocio, pero el dinero ya está fluyendo hacia las ciudades inteligentes a través de la privatización cooperativa de servicios públicos (APP), donde las empresas privadas asumen el riesgo financiero a cambio del éxito en el capital riesgo. Los contratos de suscripción "como servicio" distribuyen la inversión a lo largo de los periodos de recuperación, lo que también impulsó la actividad.
En cambio, el alumbrado público europeo se está conectando a redes de panal tradicionales (normalmente de 2G a LTE (4G)), así como al nuevo estándar HONEYCOMB IoT, LTE-M. La tecnología patentada de banda ultraestrecha (UNB) también está entrando en juego, junto con Zigbee, una pequeña variedad de Bluetooth de bajo consumo y derivados del estándar IEEE 802.15.4.
La Alianza Tecnológica Bluetooth (SIG) pone especial énfasis en las ciudades inteligentes. El grupo predice que los envíos de Bluetooth de bajo consumo en estas ciudades se quintuplicarán en los próximos cinco años, hasta alcanzar los 230 millones anuales. La mayoría se destina al seguimiento de activos en espacios públicos, como aeropuertos, estadios, hospitales, centros comerciales y museos. Sin embargo, el Bluetooth de bajo consumo también se destina a redes exteriores. «La solución de gestión de activos mejora el uso de los recursos de las ciudades inteligentes y ayuda a reducir los costes operativos urbanos», declaró la Alianza Tecnológica Bluetooth.
¡Una combinación de las dos técnicas es mejor!
Cada tecnología presenta sus controversias, algunas de las cuales se han resuelto mediante debate. Por ejemplo, la UNB propone límites más estrictos en la carga útil y los plazos de entrega, descartando la compatibilidad paralela con aplicaciones de múltiples sensores o con aplicaciones como cámaras que la requieran. La tecnología de corto alcance es más económica y ofrece mayor rendimiento para desarrollar configuraciones de iluminación como plataforma. Cabe destacar que también puede desempeñar un papel de respaldo en caso de desconexión de la señal WAN y proporcionar a los técnicos un medio para leer los sensores directamente para su depuración y diagnóstico. El Bluetooth de bajo consumo, por ejemplo, es compatible con casi todos los smartphones del mercado.
Si bien una red más densa puede mejorar la robustez, su arquitectura se vuelve compleja y exige mayores demandas energéticas a los sensores punto a punto interconectados. El alcance de transmisión también es problemático; la cobertura con Zigbee y Bluetooth de bajo consumo es de solo unos cientos de metros como máximo. Si bien diversas tecnologías de corto alcance son competitivas y adecuadas para sensores de red que abarcan todo el vecindario, se trata de redes cerradas que, en última instancia, requieren el uso de puertas de enlace para transmitir señales a la nube.
Generalmente se añade una conexión de panal al final. La tendencia entre los proveedores de iluminación inteligente es utilizar conectividad de panal punto a nube para proporcionar cobertura de dispositivos de puerta de enlace o sensores de 5 a 15 km de distancia. 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 del Internet de las Cosas en la GSMA, organismo del sector que representa a los operadores de redes móviles, afirmó: «Action Operators… cuenta con cobertura total en toda el área, por lo que no requiere infraestructura adicional para conectar los dispositivos y sensores de alumbrado público. En el espectro con licencia, la red de panal ofrece seguridad y fiabilidad, lo que significa que el operador cuenta con las mejores condiciones, puede satisfacer una gran variedad de necesidades, 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 competencia por alojar infraestructura 5G ha impulsado a los operadores a instalar pequeñas unidades de panal en entornos urbanos. En Estados Unidos, Las Vegas y Sacramento están implementando LTE y 5G, así como sensores de ciudad inteligente, en el alumbrado público a través de los operadores AT&T y Verizon. Hong Kong acaba de presentar un plan para instalar 400 farolas habilitadas para 5G como parte de su iniciativa de ciudad inteligente.
Integración estrecha del hardware
Nielsen añadió: «Nordic ofrece productos multimodo de corto y largo alcance. Su SoC nRF52840 es 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 ofrece ventajas en rendimiento y coste».
La separación de frecuencias permite la coexistencia de estos sistemas: el primero opera en la banda libre de 2,4 GHz y el segundo dondequiera que se encuentre LTE. A frecuencias más bajas y más altas, existe un equilibrio 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 habitualmente para interconectar sensores, la potencia de computación en el borde se utiliza para la observación y el análisis, y el IoT de nido de abeja se utiliza para enviar datos a la nube, así como para el control de sensores, lo que permite un mayor mantenimiento.
Hasta ahora, las radios de corto y largo alcance se han añadido por separado, no integradas en el mismo chip de silicio. En algunos casos, los componentes se separan debido a que las fallas del iluminador, el sensor y la radio son diferentes. Sin embargo, la integración de radios duales en un solo sistema resultará en una integración tecnológica más estrecha y menores costos de adquisición, factores clave para las ciudades inteligentes.
Nordic cree que el mercado se está moviendo en esa dirección. La compañía ha integrado tecnologías de conectividad IoT inalámbrica de corto alcance y honeycomb 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 nRF9160 SiP se diseñó para que los desarrolladores pudieran "hacer funcionar sus aplicaciones Honeycomb IoT"; Nordic Thingy:91 se ha descrito como una "puerta de enlace completa y lista para usar" que puede utilizarse como plataforma de prototipado estándar o como prueba de concepto para diseños iniciales de productos.
Ambos incorporan el SiP nRF9160 de panal multimodo y el SoC nRF52840 multiprotocolo de corto alcance. Según Nordic, los sistemas embebidos que combinan ambas tecnologías para implementaciones comerciales de IoT están a solo "meses" de su comercialización.
Nordic Nielsen afirmó: «Se ha creado una plataforma de alumbrado público inteligente para todas estas tecnologías de conexión; el mercado tiene muy claro cómo combinarlas. Hemos proporcionado soluciones a la junta de desarrollo de fabricantes para que prueben su funcionamiento conjunto. Integrarlas en soluciones empresariales es imperativo, y es cuestión de tiempo».
Hora de publicación: 29 de marzo de 2022