相互接続されたスマートシティは美しい夢をもたらします。そのような都市では、デジタル技術が複数の独自の都市機能を融合させ、業務効率とインテリジェンスを向上させます。2050年までに世界人口の70%がスマートシティに住み、健康で幸せで安全な生活を送るようになると推定されています。重要なのは、スマートシティが地球破壊に対する人類最後の切り札となる、環境に優しい都市となることです。
しかし、スマートシティの構築は容易ではありません。新しい技術は高額で、地方自治体は制約を受け、選挙サイクルも短期化しているため、運用効率と財務効率に優れた集中型の技術導入モデルを構築し、世界規模あるいは国内規模の都市部で再利用することは困難です。実際、注目を集める先進的なスマートシティのほとんどは、様々な技術実験や地域的なサイドプロジェクトの寄せ集めに過ぎず、将来的な発展は見込めません。
センサーと分析機能を備えたスマートなゴミ箱や駐車場を見てみましょう。この文脈では、特に政府機関が細分化されている場合（公的機関と民間サービスの間、そして町、都市、地域、国の間で）、投資収益率（ROI）を計算し、標準化することは困難です。大気質モニタリングを考えてみましょう。都市のきれいな空気が医療サービスに与える影響を、どれほど簡単に計算できるでしょうか？論理的に言えば、スマートシティは実装が難しいだけでなく、否定することも困難です。
しかし、デジタル変革の霧の中に一筋の光明が見えています。あらゆる自治体サービスにおける街路照明は、都市が初めてスマート機能を導入し、複数のアプリケーションを組み合わせるためのプラットフォームを提供します。米国サンディエゴやデンマークのコペンハーゲンで実施されている様々なスマート街路照明プロジェクトを見れば、その数は増加していることがわかります。これらのプロジェクトでは、センサーアレイと街灯柱に固定されたモジュール式ハードウェアユニットを組み合わせることで、照明自体の遠隔制御に加え、交通量カウンター、大気質モニター、さらには銃器探知機といった他の機能も実行できます。
街灯柱の高さから、都市は街路における「住みやすさ」に取り組み始めています。交通の流れや移動性、騒音や大気汚染、そして新たなビジネスチャンスなどが含まれます。従来は駐車場に埋められていた駐車センサーでさえ、照明インフラに安価かつ効率的に接続できるようになりました。街路を掘り返したり、スペースを借りたり、より健康的な生活やより安全な街路に関する抽象的なコンピューティング問題を解いたりすることなく、街全体をネットワーク化し、最適化することが可能になります。
これがうまくいくのは、スマート照明ソリューションがほとんどの場合、スマートソリューションによる節約効果を期待して最初から計算されているわけではないからです。むしろ、都市におけるデジタル革命の実現可能性は、照明の同時発展による偶然の帰結なのです。
白熱電球を固体 LED 照明に置き換えることでエネルギーが節約され、すぐに利用できる電源と広範な照明インフラストラクチャにより、スマート シティが実現可能になります。
LEDへの転換ペースはすでに横ばい状態にあり、スマート照明は急成長を遂げています。スマートインフラ分析会社Northeast Groupによると、2027年までに世界の街路灯3億6,300万灯の約90%がLEDで照らされる見込みです。また、その3分の1は数年前から始まっているスマートアプリケーションも稼働させる見込みです。十分な資金と計画が策定されるまでは、街路照明は大規模なスマートシティにおける様々なデジタル技術のためのネットワークインフラとして最適です。
LEDコストを節約
照明機器メーカーやセンサーメーカーが提案する経験則によると、スマート照明はインフラ関連の管理・保守コストを50～70%削減できるとされています。しかし、その削減の大部分（約50%、効果を十分に実感できる額）は、エネルギー効率の高いLED電球への切り替えだけで実現できます。残りの削減は、照明器具の接続と制御、そして照明ネットワーク全体にわたって照明器具の動作に関するインテリジェントな情報を提供することで実現されます。
集中的な調整と監視だけでも、メンテナンスコストを大幅に削減できます。その方法は数多くあり、それらは互いに補完し合います。例えば、スケジュール設定、季節制御、タイミング調整、故障診断、メンテナンストラックの出動頻度の削減などです。照明ネットワークの規模に応じて効果は増大し、当初のROI（投資収益率）に反映されます。市場調査によると、このアプローチは約5年で投資回収が可能で、駐車センサー、交通監視、大気質管理、銃器探知機といった「ソフト」なスマートシティコンセプトを組み込むことで、より短期間で投資回収できる可能性があります。
市場分析会社ガイドハウス・インサイツは、200以上の都市を追跡調査し、変化のペースを測っています。同調査によると、都市の4分の1がスマート照明システムを導入しています。スマートシステムの売上は急増しています。ABIリサーチは、2026年までに世界全体の売上高が10倍の17億ドルに達すると試算しています。地球の「ひらめきの瞬間」とはまさにこのようなものです。人間の活動と密接に関係する街路照明インフラは、より広い視点から見ると、スマートシティのプラットフォームとして未来への道筋となります。ABIリサーチによると、早ければ2022年には、新たに設置される街路照明の3分の2以上が、複数のスマートシティセンサーからのデータを統合する中央管理プラットフォームに接続される予定です。
ABIリサーチの主席アナリスト、アダルシュ・クリシュナン氏は次のように述べています。「ワイヤレス接続、環境センサー、さらにはスマートカメラを導入することで、都市の街灯柱インフラを活用するスマートシティベンダーには、さらに多くのビジネスチャンスがあります。課題は、社会が費用対効果の高い方法でマルチセンサーソリューションを大規模に導入することを促す、実現可能なビジネスモデルを見つけることです。」
問題はもはや、接続するかどうかではなく、どのように、そしてそもそもどれだけ接続するかです。クリシュナン氏が指摘するように、これはビジネスモデルの問題もありますが、民間企業がベンチャーキャピタルでの成功と引き換えに財務リスクを負う協同的公益事業民営化（PPP）を通じて、スマートシティへの資金流入はすでに始まっています。サブスクリプション型の「as-a-service」契約は、投資回収期間を分散させることで、これもまた活動を刺激しています。
対照的に、ヨーロッパの街灯は、従来のハニカムネットワーク（通常は2GからLTE（4G）まで）に加え、新しいハニカムIoT標準デバイスであるLTE-Mにも接続されています。独自の超狭帯域（UNB）技術に加え、Zigbee、低電力Bluetoothの小規模な普及、そしてIEEE 802.15.4の派生技術も導入されつつあります。
Bluetoothテクノロジーアライアンス（SIG）は、スマートシティに特に重点を置いています。同グループは、スマートシティにおける低電力Bluetoothの出荷台数が今後5年間で5倍に増加し、年間2億3000万台に達すると予測しています。その多くは、空港、スタジアム、病院、ショッピングモール、美術館などの公共の場での資産管理に利用されています。しかし、低電力Bluetoothは屋外ネットワークもターゲットとしています。「この資産管理ソリューションは、スマートシティのリソースの活用を向上させ、都市の運営コストの削減に貢献します」と、Bluetoothテクノロジーアライアンスは述べています。
2 つのテクニックを組み合わせるとさらに効果的です。
それぞれの技術には論争がありますが、議論の中で解決されたものもあります。例えば、UNBはペイロードと配信スケジュールに厳しい制限を設けることを提案しており、複数のセンサーアプリケーションや、それを必要とするカメラなどのアプリケーションの並列サポートは排除されています。短距離技術はより安価で、照明プラットフォーム設定の開発においてより高いスループットを提供します。重要なのは、WAN信号が切断された場合のバックアップとして機能し、技術者がセンサーを直接読み取ってデバッグや診断を行う手段を提供できることです。例えば、低電力Bluetoothは、市販されているほぼすべてのスマートフォンで動作します。
グリッドの密度を高めることで堅牢性は向上しますが、そのアーキテクチャは複雑になり、相互接続されたポイントツーポイントセンサーの消費電力が増加します。伝送距離も問題です。Zigbeeや低電力Bluetoothを使用した場合の通信範囲はせいぜい数百メートルです。様々な短距離技術は競争力があり、グリッドベースの近隣規模のセンサーに適していますが、それらは閉鎖的なネットワークであるため、最終的にはゲートウェイを介して信号をクラウドに送信する必要があります。
ハニカム接続は通常、末端に追加されます。スマート照明ベンダーのトレンドは、ポイントツークラウドのハニカム接続を使用して、5～15kmの距離のゲートウェイまたはセンサーデバイスをカバーすることです。Beehiveテクノロジーは、広い伝送範囲とシンプルさを実現します。また、Hiveコミュニティによると、既製のネットワークと高いレベルのセキュリティも提供します。
モバイルネットワーク事業者を代表する業界団体GSMAのIoT（モノのインターネット）部門責任者、ニール・ヤング氏は次のように述べています。「事業者はエリア全体を網羅するため、都市照明機器やセンサーを接続するための追加インフラは不要です。認可されたスペクトルにおけるハニカムネットワークは安全性と信頼性に優れており、事業者にとって最適な条件が整い、バッテリー寿命の大幅な延長、メンテナンスの最小化、低コスト機器による長距離伝送など、多数のニーズに対応できます。」
ABIによると、利用可能なあらゆる接続技術の中で、今後数年間で最も大きな成長が見込まれるのはハニカム型通信技術です。5Gネットワークに関する話題と5Gインフラの整備競争の激化を受け、通信事業者は街灯柱に小型のハニカム型通信ユニットを設置し、都市部に設置するようになりました。米国では、ラスベガスとサクラメントがAT&TとVerizonの通信事業者を通じて、街灯にLTEと5G、そしてスマートシティセンサーを導入しています。香港は、スマートシティ構想の一環として、5G対応の街灯柱400本を設置する計画を発表しました。
ハードウェアの緊密な統合
ニールセン氏はさらに次のように付け加えました。「Nordicは、nRF52840 SoCを低消費電力Bluetooth、Bluetooth Mesh、Zigbeeに加え、Threadと独自の2.4GHzシステムに対応した、マルチモードの短距離および長距離製品を提供しています。HoneycombベースのnRF9160 SiPは、LTE-MとNB-IoTの両方をサポートしています。この2つの技術を組み合わせることで、性能とコストの両面でメリットがもたらされます。」
周波数分離により、これらのシステムは共存可能となり、前者は許可不要の2.4GHz帯で動作し、後者はLTEが敷設されている場所であればどこでも動作します。低周波数帯と高周波数帯では、より広いエリアのカバレッジとより大きな伝送容量の間でトレードオフが生じます。しかし、照明プラットフォームでは、短距離無線技術は一般的にセンサーの相互接続に使用され、エッジコンピューティングのパワーは監視と分析に使用され、ハニカムIoTはクラウドへのデータ送信や、より高度なメンテナンスのためのセンサー制御に使用されます。
これまで、短距離無線と長距離無線のペアは、同じシリコンチップに組み込まれるのではなく、別々に追加されてきました。照明、センサー、無線の故障原因がそれぞれ異なるため、コンポーネントが分離されているケースもあります。しかし、デュアル無線を単一システムに統合することで、技術統合が強化され、調達コストが削減されます。これはスマートシティにとって重要な考慮事項です。
Nordicは、市場がその方向へ進んでいると考えています。同社は、開発者レベルで短距離無線とHoneycomb IoT接続技術をハードウェアとソフトウェアに統合し、ソリューションメーカーがテストアプリケーションでこれら2つを同時に実行できるようにしました。NordicのnRF9160 SiP用ボードDKは、開発者が「Honeycomb IoTアプリケーションを動作させる」ために設計されました。Nordic Thingy:91は、「本格的な既製ゲートウェイ」と評されており、既製のプロトタイピングプラットフォームとして、または初期製品設計の概念実証として使用できます。
どちらもマルチモードハニカムnRF9160 SiPとマルチプロトコル短距離nRF52840 SoCを搭載しています。Nordic社によると、これら2つの技術を組み合わせた商用IoT展開向け組み込みシステムは、わずか「数か月」で商用化される予定です。
Nordic Nielsenは次のように述べています。「スマートシティ照明プラットフォームは、これらすべての接続技術を備えています。市場は、これらをどのように組み合わせるかを非常に明確に求めています。当社は、メーカーの開発ボード向けに、これらの技術がどのように連携するかをテストするためのソリューションを提供しています。これらをビジネスソリューションに統合することは必須であり、時間の問題です。」
投稿日時: 2022年3月29日