서로 연결된 스마트시티는 아름다운 꿈을 가져옵니다. 이러한 도시에서는 디지털 기술이 여러 고유한 시민 기능을 결합하여 운영 효율성과 지능을 향상시킵니다. 2050년에는 세계 인구의 70%가 삶이 건강하고 행복하며 안전한 스마트시티에 살게 될 것으로 추산됩니다. 결정적으로 이는 지구 파괴에 맞서는 인류의 마지막 트럼프 카드인 녹색을 약속합니다.
하지만 스마트시티는 힘든 일이다. 신기술은 비용이 많이 들고, 지방 정부는 제약을 받고, 정치는 짧은 선거 주기로 전환되므로 전 세계적으로 또는 전국적으로 도시 지역에서 재사용되는 운영 및 재정적 효율성이 뛰어난 중앙 집중식 기술 배포 모델을 달성하기가 어렵습니다. 실제로 헤드라인에 등장하는 대부분의 주요 스마트 시티는 실제로는 다양한 기술 실험과 지역적 측면 프로젝트의 모음일 뿐이며 확장할 여지가 거의 없습니다.
센서와 분석 기능을 갖춘 스마트 쓰레기통과 주차장을 살펴보겠습니다. 이러한 맥락에서 투자 수익률(ROI)은 계산하고 표준화하기 어렵습니다. 특히 정부 기관이 너무 단편화되어 있는 경우(공공 기관과 민간 서비스 간, 도시, 도시, 지역 및 국가 간) 더욱 그렇습니다. 대기질 모니터링을 살펴보세요. 깨끗한 공기가 도시의 의료 서비스에 미치는 영향을 어떻게 쉽게 계산할 수 있나요? 논리적으로 스마트시티는 구현하기 어렵지만 부정하기도 어렵습니다.
그러나 디지털 변화의 안개 속에는 희미한 빛이 있습니다. 모든 도시 서비스의 가로등은 도시가 처음으로 스마트 기능을 획득하고 여러 애플리케이션을 결합할 수 있는 플랫폼을 제공합니다. 미국 샌디에고와 덴마크 코펜하겐에서 시행되고 있는 다양한 스마트 가로등 프로젝트를 보면 그 수가 늘어나고 있다. 이 프로젝트는 센서 배열과 가로등 기둥에 고정된 모듈형 하드웨어 장치를 결합하여 조명 자체를 원격으로 제어하고 교통 카운터, 공기 질 모니터, 총 감지기와 같은 다른 기능을 실행할 수 있도록 합니다.
전등 기둥의 높이에서 도시는 교통 흐름과 이동성, 소음 및 대기 오염, 새로운 비즈니스 기회를 포함하여 거리에 있는 도시의 "살아남음"을 다루기 시작했습니다. 전통적으로 주차장에 묻혀 있던 주차 센서도 조명 인프라에 저렴하고 효율적으로 연결할 수 있습니다. 거리를 파거나 공간을 임대하거나 더 건강한 삶과 안전한 거리에 대한 추상적인 컴퓨팅 문제를 해결하지 않고도 전체 도시가 갑자기 네트워크화되고 최적화될 수 있습니다.
이는 대부분의 경우 스마트 조명 솔루션이 처음에는 스마트 솔루션으로 인한 비용 절감 효과를 기대하지 않기 때문에 가능합니다. 대신, 도시 디지털 혁명의 가능성은 조명의 동시 개발의 우연한 결과입니다.
쉽게 사용할 수 있는 전원 공급 장치 및 광범위한 조명 인프라와 함께 백열 전구를 고체 LED 조명으로 교체하여 에너지를 절약함으로써 스마트 시티를 실현할 수 있습니다.
LED 전환 속도는 이미 정체되었으며, 스마트 조명은 호황을 누리고 있습니다. 스마트 인프라 분석업체인 Northeast Group에 따르면 2027년까지 전 세계 3억 6,300만 개의 가로등 중 약 90%가 LED 조명으로 켜질 것이라고 합니다. 그 중 3분의 1은 스마트 애플리케이션도 실행하게 되는데, 이는 몇 년 전부터 시작된 추세입니다. 상당한 자금과 청사진이 발표될 때까지 가로등은 대규모 스마트 시티의 다양한 디지털 기술을 위한 네트워크 인프라로 가장 적합합니다.
LED 비용 절감
조명 및 센서 제조업체가 제안한 경험 법칙에 따르면 스마트 조명은 인프라 관련 관리 및 유지 관리 비용을 50~70%까지 줄일 수 있습니다. 그러나 이러한 절감 효과의 대부분(약 50%, 차이를 만들어내기에 충분함)은 단순히 에너지 효율적인 LED 전구로 전환함으로써 실현될 수 있습니다. 나머지 비용 절감은 조명 장치를 연결 및 제어하고 조명 네트워크 전체에서 작동 방식에 대한 지능형 정보를 전달함으로써 발생합니다.
중앙 집중식 조정과 관찰만으로도 유지 관리 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 여러 가지 방법이 있으며 서로를 보완합니다. 일정 관리, 계절별 제어 및 타이밍 조정; 결함 진단 및 유지 보수 트럭 출석 감소. 조명 네트워크의 크기에 따라 영향이 증가하고 초기 ROI 사례로 다시 유입됩니다. 시장에서는 이 접근 방식이 약 5년 안에 투자 비용을 회수할 수 있으며, 주차 센서, 교통 모니터, 공기질 제어, 총기 탐지기 등 '더 부드러운' 스마트 시티 개념을 통합함으로써 더 짧은 시간 안에 투자 비용을 회수할 수 있는 잠재력이 있다고 말합니다. .
시장 분석가인 Guidehouse Insights는 변화의 속도를 측정하기 위해 200개 이상의 도시를 추적합니다. 도시의 4분의 1이 스마트 조명 계획을 시행하고 있다고 합니다. 스마트시스템 매출이 급증하고 있다. ABI Research는 2026년까지 전 세계 수익이 10배 증가하여 17억 달러에 이를 것이라고 계산합니다. 지구의 "전구 순간"은 다음과 같습니다. 인간 활동과 밀접한 관련이 있는 가로등 인프라는 더 넓은 맥락에서 스마트시티를 위한 플랫폼으로 나아가는 길입니다. ABI는 이르면 2022년 초에 새로운 가로등 설치의 2/3 이상이 중앙 관리 플랫폼에 연결되어 여러 스마트 시티 센서의 데이터를 통합할 것이라고 말했습니다.
ABI Research의 수석 분석가인 Adarsh Krishnan은 다음과 같이 말했습니다. “무선 연결, 환경 센서, 심지어 스마트 카메라까지 배치하여 도시 전등 기둥 인프라를 활용하는 스마트 시티 벤더에게는 더 많은 비즈니스 기회가 있습니다. 과제는 사회가 비용 효율적인 방식으로 대규모 다중 센서 솔루션을 배포하도록 장려하는 실행 가능한 비즈니스 모델을 찾는 것입니다.”
문제는 더 이상 연결할지 여부가 아니라 처음에 어떻게, 얼마나 많이 연결할지입니다. Krishnan이 관찰한 바와 같이, 이것의 일부는 비즈니스 모델에 관한 것이지만, 민간 기업이 벤처 캐피털의 성공에 대한 대가로 재정적 위험을 감수하는 협력적 유틸리티 민영화(PPP)를 통해 이미 스마트 시티로 자금이 유입되고 있습니다. 구독 기반의 "서비스형" 계약은 투자 회수 기간에 걸쳐 투자를 분산시켰으며, 이는 또한 활동을 촉진했습니다.
대조적으로, 유럽의 가로등은 전통적인 벌집 네트워크(일반적으로 2G에서 LTE(4G)까지)와 새로운 HONEYCOMB IoT 표준 장치인 LTE-M에 연결되고 있습니다. 독점적인 UNB(초협대역) 기술도 저전력 Bluetooth의 소규모 확산인 Zigbee 및 IEEE 802.15.4 파생 기술과 함께 활용되고 있습니다.
Bluetooth Technology Alliance(SIG)는 스마트 시티에 특히 중점을 두고 있습니다. 이 그룹은 스마트 시티의 저전력 Bluetooth 출하량이 향후 5년 동안 5배 증가하여 연간 2억 3천만 대에 이를 것으로 예측합니다. 대부분은 공항, 경기장, 병원, 쇼핑몰, 박물관 등 공공 장소의 자산 추적과 연결되어 있습니다. 하지만 저전력 블루투스 역시 실외 네트워크를 겨냥하고 있다. Bluetooth Technology Alliance는 “자산 관리 솔루션은 스마트 시티 자원의 활용도를 향상시키고 도시 운영 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다.”라고 밝혔습니다.
두 기술의 조합이 더 좋습니다!
각 기술에는 논란이 있지만 그 중 일부는 논쟁을 통해 해결되었습니다. 예를 들어 UNB는 페이로드 및 배송 일정에 대해 더 엄격한 제한을 제안하고 여러 센서 애플리케이션이나 이를 필요로 하는 카메라와 같은 애플리케이션에 대한 병렬 지원을 배제합니다. 단거리 기술은 더 저렴하고 조명을 플랫폼 설정으로 개발하는 데 더 많은 처리량을 제공합니다. 중요한 점은 WAN 신호가 끊어지는 경우 백업 역할도 할 수 있으며 기술자가 디버깅 및 진단을 위해 센서를 직접 읽을 수 있는 수단을 제공한다는 것입니다. 예를 들어 저전력 Bluetooth는 시중에 나와 있는 거의 모든 스마트폰에서 작동합니다.
밀도가 높은 그리드는 견고성을 향상시킬 수 있지만 아키텍처가 복잡해지고 상호 연결된 지점 간 센서에 더 높은 에너지 수요가 발생합니다. 전송 범위도 문제가 됩니다. Zigbee와 저전력 블루투스를 이용한 커버리지는 최대 수백 미터에 불과하다. 다양한 단거리 기술이 경쟁력이 있고 그리드 기반, 인접 센서에 매우 적합하지만, 이러한 기술은 궁극적으로 신호를 클라우드로 다시 전송하기 위해 게이트웨이를 사용해야 하는 폐쇄형 네트워크입니다.
벌집형 연결은 일반적으로 끝에 추가됩니다. 스마트 조명 공급업체의 추세는 포인트-클라우드 벌집 연결을 사용하여 5~15km 거리 게이트웨이 또는 센서 장치 범위를 제공하는 것입니다. 벌집 기술은 넓은 전송 범위와 단순성을 제공합니다. Hive 커뮤니티에 따르면 이는 기성 네트워킹과 더 높은 수준의 보안도 제공합니다.
모바일 네트워크 사업자를 대표하는 업계 단체인 GSMA의 사물 인터넷 부문 책임자인 Neill Young은 다음과 같이 말했습니다. “액션 사업자는… 전체 지역을 모두 커버하므로 도시 조명 장치와 센서를 연결하기 위한 추가 인프라가 필요하지 않습니다 . 허가된 스펙트럼에서 허니콤 네트워크는 안전성과 신뢰성을 갖고 있으며, 이는 운영자가 최상의 조건을 갖고 있으며 훨씬 더 긴 배터리 수명, 최소한의 유지 관리 및 저비용 장비의 긴 전송 거리 등 다양한 요구 사항을 지원할 수 있음을 의미합니다.”
ABI에 따르면 사용 가능한 모든 연결 기술 중에서 HONEYCOMB는 향후 몇 년 동안 가장 큰 성장을 보일 것이라고 합니다. 5G 네트워크에 대한 소문과 5G 인프라 호스팅을 위한 쟁탈전으로 인해 사업자들은 전등 기둥을 잡고 도시 환경의 작은 벌집 단위를 채우게 되었습니다. 미국에서는 라스베가스와 새크라멘토가 통신사 AT&T와 버라이즌을 통해 가로등에 LTE와 5G, 스마트시티 센서를 배치하고 있다. 홍콩은 스마트 시티 이니셔티브의 일환으로 400개의 5G 지원 가로등 기둥을 설치하겠다는 계획을 최근 발표했습니다.
하드웨어의 긴밀한 통합
Nielsen은 다음과 같이 덧붙였습니다. “Nordic은 저전력 Bluetooth, Bluetooth Mesh 및 Zigbee는 물론 Thread 및 독점 2.4ghz 시스템을 지원하는 nRF52840 SoC를 통해 다중 모드 단거리 및 장거리 제품을 제공합니다. Nordic의 Honeycomb 기반 nRF9160 SiP는 LTE-M과 NB-iot 지원을 모두 제공합니다. 두 기술의 결합으로 성능과 비용상의 이점을 얻을 수 있습니다.”
주파수 분리를 통해 이러한 시스템은 공존할 수 있습니다. 전자는 허가가 필요 없는 2.4GHz 대역에서 실행되고 후자는 LTE가 있는 곳 어디에서나 실행됩니다. 더 낮은 주파수와 더 높은 주파수에서는 더 넓은 영역 범위와 더 큰 전송 용량 사이에 균형이 있습니다. 그러나 조명 플랫폼에서 단거리 무선 기술은 일반적으로 센서를 상호 연결하는 데 사용되며, 엣지 컴퓨팅 성능은 관찰 및 분석에 사용되며, 허니컴 IoT는 데이터를 클라우드로 다시 전송하고 더 높은 유지 관리 수준을 위한 센서 제어에 사용됩니다.
지금까지 단거리 및 장거리 무선 장치 쌍은 동일한 실리콘 칩에 내장되지 않고 별도로 추가되었습니다. 조명, 센서, 라디오의 고장이 모두 다르기 때문에 부품이 분리되는 경우도 있습니다. 그러나 듀얼 라디오를 단일 시스템에 통합하면 스마트 시티의 주요 고려 사항인 기술 통합이 더 긴밀해지고 구매 비용이 낮아집니다.
노르딕은 시장이 그 방향으로 움직이고 있다고 생각합니다. 이 회사는 단거리 무선 및 허니콤 IoT 연결 기술을 개발자 수준의 하드웨어 및 소프트웨어에 통합하여 솔루션 제조업체가 테스트 애플리케이션에서 두 가지를 동시에 실행할 수 있도록 했습니다. nRF9160 SiP용 Nordic의 보드 DK는 개발자가 "Honeycomb iot 애플리케이션이 작동하도록" 설계되었습니다. Nordic Thingy:91은 기성 프로토타입 제작 플랫폼이나 초기 제품 설계를 위한 개념 증명으로 사용할 수 있는 "완전한 기성 게이트웨이"로 설명되었습니다.
둘 다 다중 모드 허니콤 nRF9160 SiP와 다중 프로토콜 단거리 nRF52840 SoC를 갖추고 있습니다. Nordic에 따르면 상용 IoT 배포를 위해 두 가지 기술을 결합한 임베디드 시스템은 상용화까지 "몇 달"밖에 남지 않았습니다.
Nordic Nielsen은 “스마트 시티 조명 플랫폼에는 이러한 모든 연결 기술이 설정되어 있습니다. 시장에서는 이들을 어떻게 결합할지 매우 명확하게 판단하고 있으며, 우리는 제조업체 개발 보드에 솔루션을 제공하여 이들이 어떻게 함께 작동하는지 테스트했습니다. 이들은 단시간에 비즈니스 솔루션으로 결합되는 것이 필수적입니다.”
게시 시간: 2022년 3월 29일