Cidades inteligentes interconectadas trazem sonhos maravilhosos. Nessas cidades, as tecnologias digitais unem múltiplas funções cívicas únicas para aprimorar a eficiência operacional e a inteligência. Estima-se que, até 2050, 70% da população mundial viverá em cidades inteligentes, onde a vida será saudável, feliz e segura. Fundamentalmente, promete ser verde, o último trunfo da humanidade contra a destruição do planeta.
Mas cidades inteligentes exigem muito trabalho. Novas tecnologias são caras, os governos locais são limitados e a política se desloca para ciclos eleitorais curtos, dificultando a implementação de um modelo centralizado de implantação de tecnologia altamente operacional e financeiramente eficiente, que seja reutilizado em áreas urbanas globais ou nacionais. Na verdade, a maioria das principais cidades inteligentes nas manchetes é, na verdade, apenas um conjunto de diferentes experimentos tecnológicos e projetos regionais paralelos, com pouca perspectiva de expansão.
Vejamos o caso de lixeiras e estacionamentos, que são inteligentes com sensores e análises. Nesse contexto, o retorno sobre o investimento (ROI) é difícil de calcular e padronizar, especialmente quando as agências governamentais são tão fragmentadas (entre órgãos públicos e serviços privados, bem como entre cidades, regiões e países). Vejamos o monitoramento da qualidade do ar. Como é fácil calcular o impacto do ar limpo nos serviços de saúde de uma cidade? Logicamente, cidades inteligentes são difíceis de implementar, mas também difíceis de negar.
Há, no entanto, um vislumbre de luz na névoa da mudança digital. A iluminação pública em todos os serviços municipais oferece uma plataforma para que as cidades adquiram funções inteligentes e combinem múltiplas aplicações pela primeira vez. Observe os diversos projetos de iluminação pública inteligente que estão sendo implementados em San Diego, nos EUA, e Copenhague, na Dinamarca, e eles estão aumentando em número. Esses projetos combinam conjuntos de sensores com unidades modulares de hardware fixadas em postes de luz para permitir o controle remoto da própria iluminação e executar outras funções, como contadores de tráfego, monitores de qualidade do ar e até detectores de armas.
Do alto dos postes de luz, as cidades começaram a abordar a "habitabilidade" da cidade nas ruas, incluindo o fluxo de tráfego e a mobilidade, a poluição sonora e atmosférica, e as oportunidades de negócios emergentes. Até mesmo sensores de estacionamento, tradicionalmente enterrados em estacionamentos, podem ser conectados de forma barata e eficiente à infraestrutura de iluminação. Cidades inteiras podem ser repentinamente conectadas em rede e otimizadas sem precisar escavar ruas, alugar espaços ou resolver problemas abstratos de computação sobre uma vida mais saudável e ruas mais seguras.
Isso funciona porque, em sua maioria, as soluções de iluminação inteligente não são inicialmente calculadas com base na economia gerada por soluções inteligentes. Em vez disso, a viabilidade da revolução digital urbana é uma consequência acidental do desenvolvimento simultâneo da iluminação.
A economia de energia obtida com a substituição de lâmpadas incandescentes por iluminação LED de estado sólido, juntamente com fontes de alimentação facilmente disponíveis e ampla infraestrutura de iluminação, tornam as cidades inteligentes viáveis.
O ritmo de conversão para LED já está estagnado, e a iluminação inteligente está em alta. Cerca de 90% dos 363 milhões de postes de iluminação pública do mundo serão iluminados por LEDs até 2027, de acordo com a Northeast Group, empresa de análise de infraestrutura inteligente. Um terço deles também utilizará aplicativos inteligentes, uma tendência que começou há alguns anos. Até que financiamentos e projetos substanciais sejam publicados, a iluminação pública é mais adequada como infraestrutura de rede para diversas tecnologias digitais em cidades inteligentes de grande porte.
Economize custos com LED
De acordo com as regras práticas propostas pelos fabricantes de iluminação e sensores, a iluminação inteligente pode reduzir os custos administrativos e de manutenção relacionados à infraestrutura em 50% a 70%. Mas a maior parte dessa economia (cerca de 50%, o suficiente para fazer a diferença) poderia ser alcançada simplesmente pela troca por lâmpadas LED de baixo consumo de energia. O restante da economia advém da conexão e do controle dos iluminadores e da transmissão de informações inteligentes sobre seu funcionamento pela rede de iluminação.
Ajustes e observações centralizados por si só podem reduzir significativamente os custos de manutenção. Há muitas maneiras, e elas se complementam: programação, controle sazonal e ajuste de tempo; diagnóstico de falhas e redução da frequência de caminhões de manutenção. O impacto aumenta com o tamanho da rede de iluminação e retorna ao caso inicial de ROI. O mercado afirma que essa abordagem pode se pagar em cerca de cinco anos e tem potencial para se pagar em menos tempo, incorporando conceitos de cidades inteligentes "mais suaves", como sensores de estacionamento, monitores de tráfego, controle de qualidade do ar e detectores de armas.
A Guidehouse Insights, empresa de análise de mercado, monitora mais de 200 cidades para avaliar o ritmo das mudanças. A empresa afirma que um quarto das cidades está implementando sistemas de iluminação inteligente. As vendas de sistemas inteligentes estão disparando. A ABI Research calcula que a receita global aumentará dez vezes, chegando a US$ 1,7 bilhão até 2026. O "momento da lâmpada" da Terra é assim: a infraestrutura de iluminação pública, intimamente relacionada às atividades humanas, é o caminho a seguir como plataforma para cidades inteligentes em um contexto mais amplo. Já em 2022, mais de dois terços das novas instalações de iluminação pública estarão vinculadas a uma plataforma de gerenciamento central para integrar dados de vários sensores de cidades inteligentes, afirmou a ABI.
Adarsh Krishnan, analista principal da ABI Research, afirmou: “Existem muito mais oportunidades de negócios para fornecedores de cidades inteligentes que alavancam a infraestrutura de postes de iluminação urbana, implantando conectividade sem fio, sensores ambientais e até câmeras inteligentes. O desafio é encontrar modelos de negócios viáveis que incentivem a sociedade a implantar soluções multissensores em escala e de forma econômica.”
A questão não é mais se conectar, mas como e quanto conectar em primeiro lugar. Como Krishnan observa, parte disso tem a ver com modelos de negócios, mas o dinheiro já está fluindo para cidades inteligentes por meio da privatização cooperativa de serviços públicos (PPP), onde empresas privadas assumem riscos financeiros em troca de sucesso em capital de risco. Contratos "como serviço" baseados em assinaturas distribuem o investimento ao longo dos períodos de retorno, o que também impulsionou a atividade.
Em contraste, os postes de iluminação pública na Europa estão sendo conectados a redes tradicionais de favo de mel (tipicamente de 2G a LTE (4G)), bem como ao novo dispositivo padrão HONEYCOMB IoT, LTE-M. A tecnologia proprietária de banda ultraestreita (UNB) também está entrando em cena, juntamente com o Zigbee, uma pequena variedade de Bluetooth de baixo consumo e derivados do IEEE 802.15.4.
A Bluetooth Technology Alliance (SIG) dá ênfase especial às cidades inteligentes. O grupo prevê que as remessas de Bluetooth de baixo consumo para cidades inteligentes quintuplicarão nos próximos cinco anos, chegando a 230 milhões por ano. A maioria está relacionada ao rastreamento de ativos em locais públicos, como aeroportos, estádios, hospitais, shoppings e museus. No entanto, o Bluetooth de baixo consumo também é voltado para redes externas. "A solução de gerenciamento de ativos melhora a utilização dos recursos das cidades inteligentes e ajuda a reduzir os custos operacionais urbanos", afirmou a Bluetooth Technology Alliance.
Uma combinação das duas técnicas é melhor!
Cada tecnologia tem suas controvérsias, no entanto, algumas das quais foram resolvidas em debate. Por exemplo, a UNB propõe limites mais rígidos para carga útil e cronogramas de entrega, descartando o suporte paralelo para aplicações com múltiplos sensores ou para aplicações como câmeras que o exigem. A tecnologia de curto alcance é mais barata e oferece maior rendimento para o desenvolvimento de configurações de iluminação como plataforma. Importante ressaltar que elas também podem desempenhar um papel de backup em caso de desconexão do sinal WAN e fornecer um meio para que os técnicos leiam os sensores diretamente para depuração e diagnóstico. O Bluetooth de baixo consumo, por exemplo, funciona com quase todos os smartphones do mercado.
Embora uma rede mais densa possa aumentar a robustez, sua arquitetura se torna complexa e impõe maiores demandas de energia aos sensores ponto a ponto interconectados. O alcance da transmissão também é problemático; a cobertura com Zigbee e Bluetooth de baixo consumo é de apenas algumas centenas de metros, no máximo. Embora diversas tecnologias de curto alcance sejam competitivas e adequadas para sensores baseados em rede e em toda a vizinhança, elas são redes fechadas que, em última análise, exigem o uso de gateways para transmitir os sinais de volta à nuvem.
Uma conexão tipo colmeia geralmente é adicionada no final. A tendência dos fornecedores de iluminação inteligente é usar conectividade tipo colmeia ponto-a-nuvem para fornecer cobertura de gateway ou dispositivo sensor de 5 a 15 km de distância. A tecnologia Beehive oferece amplo alcance de transmissão e simplicidade; também oferece rede pronta para uso e um nível mais alto de segurança, de acordo com a comunidade Hive.
Neill Young, chefe da Divisão Vertical de Internet das Coisas da GSMA, órgão do setor que representa as operadoras de redes móveis, afirmou: “As operadoras de ação… têm cobertura total em toda a área, portanto, não requerem infraestrutura adicional para conectar os dispositivos de iluminação urbana e sensores. No espectro licenciado, a rede honeycomb oferece segurança e confiabilidade, o que significa que a operadora tem as melhores condições, pode atender a um grande número de necessidades, tem uma vida útil da bateria muito mais longa, manutenção mínima e longa distância de transmissão com equipamentos de baixo custo.”
De todas as tecnologias de conectividade disponíveis, a HONEYCOMB será a que apresentará o maior crescimento nos próximos anos, de acordo com a ABI. O burburinho em torno das redes 5G e a disputa para hospedar infraestrutura 5G levaram as operadoras a assumir o controle dos postes de luz e instalar pequenas unidades de honeycomb em ambientes urbanos. Nos Estados Unidos, Las Vegas e Sacramento estão implantando LTE e 5G, bem como sensores de cidades inteligentes, em postes de iluminação pública por meio das operadoras AT&T e Verizon. Hong Kong acaba de revelar um plano para instalar 400 postes de luz habilitados para 5G como parte de sua iniciativa de cidade inteligente.
Integração rigorosa de hardware
A Nielsen acrescentou: “A Nordic oferece produtos multimodo de curto e longo alcance, com seu SoC nRF52840 compatível com Bluetooth de baixo consumo, Bluetooth Mesh e Zigbee, além de Thread e sistemas proprietários de 2,4 GHz. O SiP nRF9160 baseado em Honeycomb da Nordic oferece suporte tanto para LTE-M quanto para NB-iot. A combinação das duas tecnologias traz vantagens em termos de desempenho e custo.”
A separação de frequência permite a coexistência desses sistemas, com o primeiro operando na banda de 2,4 GHz, livre de permissão, e o segundo operando onde quer que o LTE esteja localizado. Em frequências mais baixas e mais altas, há um equilíbrio entre uma cobertura de área mais ampla e uma maior capacidade de transmissão. Mas, em plataformas de iluminação, a tecnologia sem fio de curto alcance é normalmente usada para interconectar sensores, o poder da computação de ponta é usado para observação e análise, e a IoT honeycomb é usada para enviar dados de volta para a nuvem, bem como o controle de sensores para níveis mais elevados de manutenção.
Até o momento, os dois rádios de curto e longo alcance foram adicionados separadamente, e não incorporados no mesmo chip de silício. Em alguns casos, os componentes são separados porque as falhas do iluminador, do sensor e do rádio são diferentes. No entanto, a integração dos dois rádios em um único sistema resultará em uma integração tecnológica mais estreita e em custos de aquisição mais baixos, considerações essenciais para cidades inteligentes.
A Nordic acredita que o mercado está caminhando nessa direção. A empresa integrou tecnologias de conectividade IoT sem fio de curto alcance e honeycomb em hardware e software no nível do desenvolvedor, para que os fabricantes de soluções possam executar o par simultaneamente em aplicações de teste. A placa DK da Nordic para nRF9160 SiP foi projetada para que os desenvolvedores "façam suas aplicações IoT Honeycomb funcionarem"; a Nordic Thingy:91 foi descrita como um "gateway completo e pronto para uso" que pode ser usado como uma plataforma de prototipagem pronta para uso ou prova de conceito para projetos iniciais de produtos.
Ambos contam com o SiP nRF9160 multimodo em formato de favo de mel e o SoC nRF52840 multiprotocolo de curto alcance. Sistemas embarcados que combinam as duas tecnologias para implantações comerciais de IoT estão a apenas "meses" de serem comercializados, de acordo com a Nordic.
A Nordic Nielsen afirmou: “A plataforma de iluminação para cidades inteligentes foi criada com todas essas tecnologias de conexão; o mercado está muito claro sobre como combiná-las. Fornecemos soluções para o conselho de desenvolvimento dos fabricantes, para testar como elas funcionam em conjunto. A combinação delas em soluções de negócios é essencial, em questão de tempo.”
Horário da publicação: 29/03/2022