相互接続されたスマートシティは、素晴らしい夢をもたらします。こうした都市では、デジタル技術が多様な市民機能を統合し、運営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居住し、そこで健康的で幸福かつ安全な生活を送ると予測されています。そして何よりも重要なのは、スマートシティが環境に優しく、地球破壊に対する人類最後の切り札となることが期待されている点です。
しかし、スマートシティの実現は容易ではありません。新技術は高価であり、地方自治体は制約を受け、政治は選挙サイクルが短くなる傾向にあるため、世界規模または国内の都市部で再利用できる、運用面および財政面で非常に効率的な集中型技術導入モデルを実現することは困難です。実際、注目を集める主要なスマートシティのほとんどは、さまざまな技術実験や地域的なサイドプロジェクトの集合体に過ぎず、拡大の見込みはほとんどありません。
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。このような状況では、投資収益率（ROI）を計算して標準化することは困難です。特に、政府機関が（公共機関と民間サービスの間、また町、都市、地域、国の間で）非常に細分化されている場合はなおさらです。大気質モニタリングを見てみましょう。都市におけるきれいな空気が医療サービスに与える影響を計算するのは容易でしょうか？論理的に言えば、スマートシティの実現は困難ですが、その存在を否定することも難しいのです。
しかしながら、デジタル化の霧の中にも一筋の光明が見えています。あらゆる公共サービスにおける街路照明は、都市がスマート機能を獲得し、複数のアプリケーションを初めて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てみると、その数は増加の一途を辿っています。これらのプロジェクトでは、センサーアレイと照明柱に固定されたモジュール式の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や、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の実行を可能にしています。
街灯の高さから、都市は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といった、街路における都市の「住みやすさ」に取り組み始めている。従来駐車場に埋設さ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。道路を掘り返したり、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といった抽象的な計算問題を解決したりすることなく、都市全体をネットワーク化し、最適化することが可能になるのだ。
これは、スマート照明ソリューションが、当初からスマートソリューションによるコスト削減を前提として設計されているわけではないため、うまくいくのです。むしろ、都市のデジタル革命の実現可能性は、照明技術の同時発展という偶然の結果なのです。
白熱電球を固体LED照明に交換することによる省エネルギー効果に加え、容易に入手可能な電源と充実した照明インフラが、スマートシティの実現を可能にする。
LEDへの転換ペースは既に停滞しており、スマート照明が急速に普及している。スマートインフラ分析会社であるノースイースト・グループによると、世界の3億6300万基の街路灯のうち、約90%が2027年までにLED照明に置き換えられる見込みだ。そのうち3分の1はスマートアプリケーションも稼働させる予定で、この傾向は数年前から始まっている。大規模なスマートシティにおいて、街路照明は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と言えるだろう。
LEDコストを削減
照明およびセンサーメーカーが提唱する経験則によれば、スマート照明はインフラ関連の管理および保守コストを50～70%削減できる。しかし、その削減額の大部分（約50%、つまり大きな効果が得られる程度）は、エネルギー効率の高いLED電球に切り替えるだけで実現できる。残りの削減額は、照明器具を接続・制御し、照明ネットワーク全体でその動作に関するインテリジェントな情報を伝達することによって得られる。
集中管理による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。その方法は多岐にわたり、互いに補完し合います。例えば、スケジューリング、季節ごとの制御とタイミング調整、故障診断、メンテナンス車両の出動回数の削減などが挙げられます。照明ネットワークの規模が大きくなるにつれて効果は増大し、初期投資回収率（ROI）にも反映されます。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あり、駐車センサー、交通量監視、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取り入れることで、さらに短期間で投資回収できる可能性を秘めています。
市場分析会社であるGuidehouse Insightsは、変化のペースを測るために200以上の都市を追跡調査しており、都市の4分の1がスマート照明計画を展開していると述べています。スマートシステムの売上は急増しています。ABI Researchは、世界の収益が2026年までに10倍の17億ドルに跳ね上がると試算しています。地球の「電球の瞬間」はこうです。人間の活動と密接に関係する街路照明インフラは、より広い文脈でスマートシティのプラットフォームとして前進する道です。ABIによると、2022年には新しい街路照明設備の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、アダシュ・クリシュナン氏は次のように述べています。「スマートシティ関連企業にとって、街灯柱などのインフラを活用し、無線接続、環境センサー、さらにはスマートカメラなどを導入するビジネスチャンスは数多く存在します。課題は、社会がマルチセンサーソリューションを大規模かつ費用対効果の高い方法で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。」
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が問題となっている。クリシュナン氏が指摘するように、その一部はビジネスモデルに関わるものだが、民間企業がベンチャーキャピタルの成功と引き換えに財務リスクを負う協同的な公益事業民営化（PPP）を通じて、スマートシティにはすでに資金が流入している。サブスクリプション型の「サービスとしての提供」契約は、投資を返済期間にわたって分散させるため、活動を促進する要因にもなっている。
対照的に、ヨーロッパの街路灯は、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HONEYCOMB 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）技術も、Zigbee、低消費電力Bluetoothの小規模な普及、およびIEEE 802.15.4派生規格とともに導入されています。
Bluetooth Technology Alliance (SIG) は、スマートシティに特に力を入れています。同団体は、スマートシティにおける低消費電力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。そのほとんどは、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所における資産追跡に関連しています。しかし、低消費電力Bluetoothは屋外ネットワークにも向けられています。「資産管理ソリューションは、スマートシティのリソース利用率を向上させ、都市の運営コスト削減に役立ちます」とBluetooth Technology Allianceは述べています。
2つの手法を組み合わせるのが最善です！
それぞれの技術には論争がありますが、議論によって解決されたものもあります。たとえば、UNBはペイロードと配信スケジュールにさらに厳しい制限を提案しており、複数のセンサーアプリケーションや、カメラなどそれを必要とするアプリケーションの並列サポートを排除しています。短距離技術は安価で、照明をプラットフォームとして開発するためのスループットが向上します。重要なのは、WAN信号が切断された場合にバックアップの役割も果たし、技術者がデバッグや診断のためにセンサーを直接読み取る手段を提供できることです。たとえば、低消費電力Bluetoothは、市場に出回っているほぼすべてのスマートフォンで動作します。
グリッド密度を高めることで堅牢性は向上するものの、そのアーキテクチャは複雑化し、相互接続されたポイントツーポイントセンサーへのエネルギー要求が高まります。伝送範囲も問題で、Zigbeeや低消費電力Bluetoothの通信範囲はせいぜい数百メートル程度です。様々な短距離通信技術は競争力があり、グリッドベースの近隣センサーに適していますが、それらは閉鎖型ネットワークであり、最終的にはクラウドに信号を送信するためにゲートウェイの使用が必要となります。
ハニカム接続は通常、最後に追加されます。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。Hiveコミュニティによると、Beehiveテクノロジーは、広い伝送範囲とシンプルさを実現し、既製のネットワークとより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であるGSMAのIoT部門責任者、ニール・ヤング氏は次のように述べています。「アクションオペレーターは、エリア全体をカバーしているため、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必要ありません。ライセンスされたスペクトルハニカムネットワークは安全性と信頼性が高く、オペレーターは最適な条件で、より長いバッテリー寿命、最小限のメンテナンス、低コスト機器による長距離伝送など、多数のニーズをサポートできます。」
ABIによると、利用可能な接続技術の中で、ハニカム構造が今後数年間で最も大きな成長を遂げるだろう。5Gネットワークへの期待の高まりと、5Gインフラの設置を巡る争奪戦により、通信事業者は都市部の街灯に小型のハニカム構造ユニットを組み込む動きを見せている。米国では、ラスベガスとサクラメントが、AT&TとVerizon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る。香港は、スマートシティ構想の一環として、5G対応の街灯を400本設置する計画を発表したばかりだ。
ハードウェアの緊密な統合
ニールセン氏はさらに、「ノルディックは、マルチモードの短距離および長距離製品を提供しており、同社のnRF52840 SoCは、低消費電力のBluetooth、Bluetooth Mesh、Zigbeeに加え、Threadおよび独自の2.4GHzシステムをサポートしています。ノルディックの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。これら2つの技術の組み合わせにより、性能とコストの両面で優位性が得られます」と付け加えた。
周波数分離により、これらのシステムは共存することが可能となり、前者は許可不要の2.4GHz帯で動作し、後者はLTEが利用可能な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、広いエリアのカバー範囲とより大きな伝送容量の間にはトレードオフがあります。しかし、照明プラットフォームでは、通常、センサーを相互接続するために短距離無線技術が使用され、エッジコンピューティング能力は監視と分析に使用され、ハニカムIoTはデータをクラウドに送信するとともに、より高度なメンテナンスレベルのためのセンサー制御にも使用されます。
これまで、短距離無線機と長距離無線機は別々に追加されており、同一のシリコンチップには組み込まれていませんでした。照明装置、センサー、無線機の故障箇所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場合もあります。しかし、2つの無線機を単一システムに統合することで、技術統合がより緊密になり、導入コストも削減できるため、スマートシティにとって重要な要素となります。
Nordicは、市場がその方向に進んでいると考えている。同社は、開発者レベルで短距離無線とハニカム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両方を同時に実行できるようにした。NordicのnRF9160 SiP用ボードDKは、開発者が「ハニカムIoTアプリケーションを動作させる」ために設計されたものであり、Nordic Thingy:91は、既製のプロトタイププラットフォームや初期製品設計の概念実証に使用できる「本格的な既製ゲートウェイ」と説明されている。
両製品とも、マルチモードハニカム構造のnRF9160 SiPとマルチプロトコル短距離通信対応のnRF52840 SoCを搭載している。ノルディック社によれば、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「数ヶ月」で商用化される見込みだという。
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、これらの接続技術をすべて構築しました。市場は、それらをどのように組み合わせるかを明確に示しており、当社はメーカー向けに開発ボードを提供し、それらの連携動作をテストできるようにしました。これらをビジネスソリューションに統合することは、時間の問題で不可欠です。」
投稿日時：2022年3月29日