Cidades inteligentes interconectadas trazem belos sonhos. Nessas cidades, as tecnologias digitais integram diversas 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 dão trabalho. Novas tecnologias são caras, os governos locais têm limitações e a política se concentra em ciclos eleitorais curtos, o que dificulta a implementação de um modelo centralizado de tecnologia altamente eficiente em termos operacionais e financeiros, que possa ser reutilizado em áreas urbanas globalmente ou nacionalmente. Na verdade, a maioria das cidades inteligentes que aparecem nas manchetes são apenas uma coleção de diferentes experimentos tecnológicos e projetos regionais paralelos, com poucas perspectivas de expansão.
Vamos analisar contêineres de lixo e estacionamentos inteligentes, equipados 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). Considere 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.
No entanto, há um vislumbre de luz na névoa da transformação 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 em Copenhague, na Dinamarca; eles estão se multiplicando. Esses projetos combinam conjuntos de sensores com unidades de hardware modulares 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.
A partir da altura dos postes de luz, as cidades começaram a abordar a "habitabilidade" da cidade nas ruas, incluindo o fluxo e a mobilidade do tráfego, a poluição sonora e do ar 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 interligadas e otimizadas sem a necessidade de escavar ruas, alugar espaços ou resolver problemas complexos de computação relacionados a 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 expectativa de economia proporcionada por elas. Em vez disso, a viabilidade da revolução digital urbana é uma consequência acidental do desenvolvimento simultâneo da iluminação.
A economia de energia resultante da substituição de lâmpadas incandescentes por iluminação LED de estado sólido, juntamente com a disponibilidade de fontes de alimentação e uma extensa infraestrutura de iluminação, tornam as cidades inteligentes viáveis.
O ritmo de conversão para LED já está estagnado, e a iluminação inteligente está em plena expansão. Cerca de 90% dos 363 milhões de postes de iluminação pública do mundo serão iluminados por LEDs até 2027, de acordo com o Northeast Group, analista de infraestrutura inteligente. Um terço deles também executará aplicativos inteligentes, uma tendência que começou há alguns anos. Até que haja financiamento substancial e projetos concretos publicados, a iluminação pública é mais adequada como infraestrutura de rede para diversas tecnologias digitais em grandes cidades inteligentes.
Economize no custo dos LEDs
Segundo 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 diferença) poderia ser obtida simplesmente com a troca para lâmpadas LED de baixo consumo. O restante da economia vem da conexão e do controle dos dispositivos de iluminação e da transmissão de informações inteligentes sobre seu funcionamento por toda a rede de iluminação.
Ajustes e observações centralizadas, por si só, podem reduzir significativamente os custos de manutenção. Existem muitas maneiras de fazer isso, e elas se complementam: programação, controle sazonal e ajuste de tempo; diagnóstico de falhas e redução da necessidade de visitas de equipes de manutenção. O impacto aumenta com o tamanho da rede de iluminação e se reflete no retorno sobre o investimento inicial. O mercado indica que essa abordagem pode se pagar em cerca de cinco anos e tem o potencial de se pagar em menos tempo com a incorporação de conceitos de cidade inteligente mais "suaves", como sensores de estacionamento, monitores de tráfego, controle da qualidade do ar e detectores de metais portáteis.
A Guidehouse Insights, empresa de análise de mercado, monitora mais de 200 cidades para avaliar o ritmo das mudanças; segundo a empresa, um quarto das cidades está implementando sistemas de iluminação inteligente. As vendas de sistemas inteligentes estão em alta. A ABI Research calcula que a receita global aumentará dez vezes, chegando a US$ 1,7 bilhão até 2026. O momento decisivo da Terra é o seguinte: a infraestrutura de iluminação pública, intimamente ligada 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 conectadas a uma plataforma de gerenciamento central para integrar dados de múltiplos sensores de cidades inteligentes, afirmou a ABI.
Adarsh Krishnan, analista principal da ABI Research, afirmou: “Existem muitas outras oportunidades de negócios para fornecedores de cidades inteligentes que aproveitam a infraestrutura de postes de iluminação urbana, implantando conectividade sem fio, sensores ambientais e até mesmo câmeras inteligentes. O desafio é encontrar modelos de negócios viáveis que incentivem a sociedade a implantar soluções multissensoriais em larga escala e de forma economicamente viável.”
A questão não é mais se devemos nos conectar, mas como e o quanto devemos nos conectar. Como observa Krishnan, parte disso se resume a modelos de negócios, mas o dinheiro já está fluindo para cidades inteligentes por meio da privatização cooperativa de serviços públicos (PPP), na qual empresas privadas assumem riscos financeiros em troca de sucesso em investimentos de capital de risco. Contratos de "serviço sob demanda" baseados em assinatura distribuem o investimento ao longo de períodos de retorno, o que também impulsionou a atividade.
Em contraste, os postes de iluminação na Europa estão sendo conectados a redes tradicionais em formato de colmeia (normalmente de 2G a LTE (4G)), bem como ao novo dispositivo padrão HONEYCOMB IoT, LTE-M. A tecnologia proprietária de banda ultranarrow (UNB) também está entrando em cena, juntamente com Zigbee, uma pequena disseminação de Bluetooth de baixa potência e derivados do IEEE 802.15.4.
A Bluetooth Technology Alliance (SIG) dá especial ênfase às cidades inteligentes. O grupo prevê que as remessas de dispositivos Bluetooth de baixo consumo para uso em cidades inteligentes quintuplicarão nos próximos cinco anos, chegando a 230 milhões de unidades por ano. A maioria está ligada 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.
A combinação das duas técnicas é melhor!
Cada tecnologia tem suas controvérsias, algumas das quais já foram resolvidas em debates. Por exemplo, o UNB propõe limites mais rigorosos para a carga útil e os prazos 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 taxa de transferência para o desenvolvimento de configurações de iluminação como plataforma. É importante ressaltar que ela também pode servir como backup em caso de desconexão do sinal WAN e fornecer aos técnicos um meio de ler 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 torna-se complexa e impõe maiores demandas de energia aos sensores ponto a ponto interconectados. O alcance de transmissão também é problemático; a cobertura usando Zigbee e Bluetooth de baixa potência é de apenas algumas centenas de metros, no máximo. Embora diversas tecnologias de curto alcance sejam competitivas e adequadas para sensores em redes com ampla cobertura, elas são redes fechadas que, em última análise, exigem o uso de gateways para transmitir sinais de volta à nuvem.
Uma conexão em favo de mel geralmente é adicionada ao final. A tendência entre os fornecedores de iluminação inteligente é usar conectividade em favo de mel ponto-a-nuvem para fornecer cobertura de gateways ou dispositivos sensores em um alcance de 5 a 15 km. A tecnologia Beehive oferece grande alcance de transmissão e simplicidade; ela também fornece redes prontas para uso e um nível mais alto de segurança, de acordo com a comunidade Beehive.
Neill Young, chefe da área de Internet das Coisas da GSMA, uma associação do setor que representa operadoras de redes móveis, afirmou: “As operadoras da Action... têm cobertura total da área, portanto, não necessitam de infraestrutura adicional para conectar os dispositivos de iluminação urbana e sensores. A rede honeycomb com espectro licenciado oferece segurança e confiabilidade, o que significa que a operadora tem as melhores condições, podendo atender a um grande número de necessidades, com duração de bateria muito maior, manutenção mínima e longo alcance de transmissão com equipamentos de baixo custo.”
De todas as tecnologias de conectividade disponíveis, a tecnologia HONEYCOMB será a que apresentará o maior crescimento nos próximos anos, segundo a ABI. O entusiasmo em torno das redes 5G e a corrida para hospedar a infraestrutura 5G levaram as operadoras a utilizar postes de iluminação pública para instalar pequenas unidades Honeycomb em ambientes urbanos. Nos Estados Unidos, Las Vegas e Sacramento estão implementando LTE e 5G, além de sensores para 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 iluminação com tecnologia 5G como parte de sua iniciativa de cidade inteligente.
Integração estreita de hardware
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 da Nordic, baseado em Honeycomb, oferece suporte a LTE-M e NB-IoT. A combinação das duas tecnologias proporciona vantagens em desempenho e custo.”
A separação de frequências permite que esses sistemas coexistam, com o primeiro operando na banda de 2,4 GHz (sem necessidade de permissão) e o segundo operando em qualquer rede LTE disponível. Em frequências mais baixas e mais altas, existe uma relação de compromisso entre maior cobertura e maior capacidade de transmissão. Em plataformas de iluminação, a tecnologia sem fio de curto alcance é normalmente usada para interconectar sensores, a computação de borda é utilizada para observação e análise, e a IoT em formato de colmeia é usada para enviar dados de volta à nuvem, além de controlar os sensores para níveis de manutenção mais elevados.
Até o momento, os rádios de curto e longo alcance têm sido adicionados separadamente, e não integrados no mesmo chip de silício. Em alguns casos, os componentes são separados porque as falhas do iluminador, do sensor e do rádio são distintas. No entanto, a integração de rádios duplos em um único sistema resultará em uma integração tecnológica mais estreita e em custos de aquisição mais baixos, fatores essenciais para cidades inteligentes.
A Nordic acredita que o mercado está caminhando nessa direção. A empresa integrou tecnologias de conectividade sem fio de curto alcance e IoT em formato de colmeia em hardware e software no nível do desenvolvedor, para que os fabricantes de soluções possam executar ambas simultaneamente em aplicações de teste. A placa DK da Nordic para o SiP nRF9160 foi projetada para que os desenvolvedores "façam suas aplicações de IoT em formato de colmeia funcionarem"; o Nordic Thingy:91 foi descrito como um "gateway completo e pronto para uso" que pode ser utilizado como uma plataforma de prototipagem ou prova de conceito para projetos iniciais de produtos.
Ambos apresentam o SiP nRF9160 multimodo em estrutura de favo de mel e o SoC nRF52840 de curto alcance e multiprotocolo. Sistemas embarcados que combinam as duas tecnologias para implantações comerciais de IoT estão a apenas alguns meses da comercialização, de acordo com a Nordic.
A Nordic Nielsen afirmou: “A plataforma de iluminação urbana inteligente já possui todas essas tecnologias de conexão estabelecidas; o mercado está muito claro sobre como combiná-las, e nós fornecemos soluções para que os fabricantes desenvolvam soluções e testem como elas funcionam em conjunto. A integração dessas tecnologias em soluções de negócios é imprescindível e deve ocorrer em breve.”
Data da publicação: 29/03/2022