互連智慧城市帶來(lái)了美好的夢(mèng)想。在這樣的城市中，數(shù)字技術(shù)將多種獨(dú)特的公民功能編織在一起，以提高營(yíng)運(yùn)的效率和智慧水平。預(yù)計(jì)2050年全球70%人口將會(huì)居于智慧城市，其中的生活將是健康、快樂(lè)和安全的。至關(guān)重要的是，它承諾可以實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保，這是人類阻止地球受破壞的最后一張王牌。

然而，智能城市是艱巨的工程。新技術(shù)價(jià)格昂貴，地方政府拮據(jù)，政治轉(zhuǎn)向短期選舉周期，因此難以實(shí)現(xiàn)高營(yíng)運(yùn)和財(cái)務(wù)效率的集中式技術(shù)部署模式 （該模式在全球或各國(guó)范圍的城市區(qū)域中重復(fù)使用）。事實(shí)上，在新聞標(biāo)題中排名前十的大多數(shù)領(lǐng)先智能城市其實(shí)只是集合了各種不同的技術(shù)試驗(yàn)和地區(qū)副項(xiàng)目，看起來(lái)沒(méi)有什么可以擴(kuò)展之處。

讓我們看看垃圾箱和停車場(chǎng)，它們憑借傳感器實(shí)現(xiàn)智能化，還具有分析功能；在這種情況下，投資報(bào)酬率（ROI）很難計(jì)算和標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是在政府機(jī)構(gòu)如此分散的情況下（在公共機(jī)構(gòu)和私人服務(wù)機(jī)構(gòu)之間，以及在城鎮(zhèn)、城市、地區(qū)和國(guó)家之間）。看看一下空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)；在一個(gè)城市中，如何輕易計(jì)算出清潔空氣對(duì)衛(wèi)生服務(wù)的影響？從邏輯上說(shuō)，智能城市很難實(shí)施，但也很難否定。

然而，在數(shù)字化變革的迷霧中透出一點(diǎn)亮光。所有市政服務(wù)中的路燈都提供了一個(gè)平臺(tái)，可讓城市首次獲得智能功能并聯(lián)合使用多種應(yīng)用程序?？纯丛诿绹?guó)圣地亞哥和丹麥哥本哈根實(shí)施的各種智能路燈項(xiàng)目，它們的數(shù)量在不斷增加。這些項(xiàng)目將傳感器數(shù)組與固定在燈桿上的模塊化硬件單元結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)照明設(shè)備本身的遠(yuǎn)程控制，并且具有運(yùn)行其他功能，例如交通計(jì)數(shù)器、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)器，甚至是槍擊檢測(cè)器。

從燈桿高處開始，城市已經(jīng)開始在街道上處理城巿的「宜居性」，包括交通流量和流動(dòng)性、噪音和空氣污染以及新興的商業(yè)機(jī)會(huì)。即使是傳統(tǒng)上埋在停車場(chǎng)中的停車傳感器，也可以便宜有效地連接到照明基礎(chǔ)設(shè)施。整個(gè)城市可以突然之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化和優(yōu)化，而無(wú)需挖掘街道或租用空間，也無(wú)需解決有關(guān)更健康生活和更安全街道的抽象計(jì)算問(wèn)題。

這種方案之所以可行，是因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，智慧照明解決方案的計(jì)算一開始并非押注在智慧解決方案所帶來(lái)的節(jié)約。相反地，城市數(shù)字化革命的可行性是照明設(shè)備同步發(fā)展的偶然結(jié)果。

以固態(tài)LED照明取代白熾燈泡所帶來(lái)的節(jié)能效果，以及現(xiàn)成的電源供應(yīng)和廣泛的照明基礎(chǔ)設(shè)施，使得智慧城市變得可行。
LED轉(zhuǎn)換的步伐已經(jīng)平順了，智慧照明的發(fā)展趨勢(shì)也是蒸蒸日上。智慧基礎(chǔ)設(shè)施分析機(jī)構(gòu)Northeast Group表示，到2027年，全球3.63億盞路燈中，約90%將使用LED照明。其中三分之一也將運(yùn)行智能應(yīng)用程序，這種趨勢(shì)從幾年前就開始了。在獲得大量款項(xiàng)和公布發(fā)展藍(lán)圖之前，街道照明最適合在大規(guī)模智慧城市中作為各種數(shù)字技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

節(jié)省LED成本
根據(jù)照明和傳感器制造商提出的經(jīng)驗(yàn)法則，智慧照明可將基礎(chǔ)架構(gòu)相關(guān)的管理和維護(hù)成本降低50%至70%。但是，僅是轉(zhuǎn)換到高能效的LED燈泡就可以實(shí)現(xiàn)其中的大部分節(jié)約（大約50%，足以改變局面）。其余的節(jié)約來(lái)自連接和控制照明器，以及在整個(gè)照明網(wǎng)絡(luò)中傳遞有關(guān)其工作狀態(tài)的智能信息。

單憑集中化的調(diào)整和觀察，就可以大幅降低維護(hù)成本。有很多方式，并且相輔相成：排程、季節(jié)性控制和調(diào)整時(shí)間；故障診斷和減少維修卡車出勤。其影響隨著照明網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模而增加，并流回到初始的投資回報(bào)案例中。市場(chǎng)表示這種方式可以在大約五年內(nèi)收回成本，并且通過(guò)整合「更軟」的智能城市概念（例如那些停車傳感器、交通監(jiān)控器、空氣質(zhì)量控制和槍擊檢測(cè)器），有潛力在更短時(shí)間內(nèi)收回成本。

市場(chǎng)分析機(jī)構(gòu)Guidehouse Insights追蹤研究了200多個(gè)城市，以評(píng)估城市變化的步伐；該機(jī)構(gòu)表示，四分之一的城市正在推出智慧照明計(jì)劃。智能系統(tǒng)的銷售飛速增長(zhǎng)。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)ABI Research則計(jì)算得出，到2026年全球營(yíng)收將會(huì)躍升十倍，達(dá)到17億美元。地球的「燈泡瞬間」就是這樣；與人類活動(dòng)息息相關(guān)的街道照明基礎(chǔ)設(shè)施，是在更廣泛的背景下作為智慧城市平臺(tái)的前進(jìn)之路。ABI表示，最早在2022年，將有超過(guò)三分之二的新路燈安裝與中央管理平臺(tái)綁定，以整合來(lái)自多個(gè)智能城市傳感器的數(shù)據(jù)。

ABI Research首席分析師Adarsh Krishnan表示：「憑借配置無(wú)線連接、環(huán)境傳感器甚至是智慧相機(jī)，利用城市燈桿基礎(chǔ)設(shè)施的智慧城市供貨商還有更多的商業(yè)機(jī)會(huì)。挑戰(zhàn)在于找到可行的業(yè)務(wù)模式，鼓勵(lì)社會(huì)以高成本效益的方式大規(guī)模地部署多傳感器解決方案?！?br/>
問(wèn)題不再是「是否連接」，而是「如何連接」，以及「從一開始就連接多少」。正如Krishnan所觀察，這部分是關(guān)于商業(yè)模式的，不過(guò)，資金已經(jīng)開始通過(guò)合作性的公用事業(yè)民營(yíng)化（PPP）方式流入智慧城市領(lǐng)域，私人企業(yè)承擔(dān)了財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，以換取在風(fēng)險(xiǎn)投資的成功。訂閱式「即服務(wù)」（as-a-service）合約將投資分散到投資回收期，這也刺激了交易活動(dòng)。

但是，智慧城市的問(wèn)題也與技術(shù)的選擇有關(guān)。在覆蓋范圍、傳輸量和安全性方面，不同的應(yīng)用程序提出了不同的要求。街道照明圍繞不同市場(chǎng)的不同技術(shù)而發(fā)展。根據(jù)ABI數(shù)據(jù)，在美國(guó)，基于Zigbee的短距離網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是智能電表的中堅(jiān)，具有80%占有率。相同的公用事業(yè)公司也擁有大部分公共照明網(wǎng)絡(luò)，而且以Zigbee公用事業(yè)為中心的智慧能源管理（Smart Energy Profile, SEP）2.0標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，目前正在重新設(shè)計(jì)，以便用于照明領(lǐng)域。

相比之下，歐洲的路燈正在與傳統(tǒng)的蜂巢網(wǎng)絡(luò)（通常是2G直到LTE（4G））以及新的蜂巢物聯(lián)網(wǎng)LTE-M標(biāo)準(zhǔn)裝置連接。專有超窄帶（UNB）技術(shù)，以及Zigbee、低功耗藍(lán)牙的少量散布和IEEE 802.15.4衍生產(chǎn)品也正在發(fā)揮作用。

藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）特別重視智慧城市。該組織預(yù)測(cè)，未來(lái)五年智慧城市領(lǐng)域的低功耗藍(lán)牙出貨量將會(huì)增長(zhǎng)五倍，每年達(dá)到2.3億個(gè)。大多數(shù)都與公共場(chǎng)所中的資產(chǎn)追蹤相關(guān)聯(lián)，例如機(jī)場(chǎng)、體育場(chǎng)、醫(yī)院、購(gòu)物中心和博物館。不過(guò)，低功耗藍(lán)牙也瞄準(zhǔn)了戶外網(wǎng)絡(luò)。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟表示：「資產(chǎn)管理解決方案提高了智慧城市資源的利用率，有助于降低城市營(yíng)運(yùn)成本?！?br/>
結(jié)合使用兩種技術(shù)更好
每種技術(shù)都有爭(zhēng)議，然而，其中某些爭(zhēng)議已在辯論中化解了。例如，UNB對(duì)有效載荷和交期時(shí)間表提出了更嚴(yán)格的限制，排除了對(duì)于多個(gè)傳感器應(yīng)用程序或?qū)φ障鄼C(jī)等有需要的應(yīng)用程序的并行支持。短距離技術(shù)更便宜，并且為開發(fā)「照明即平臺(tái)」（lighting as-a-platform）設(shè)置提供了更大的傳輸量。重要的是它們也能夠在WAN訊號(hào)斷線的情況下發(fā)揮備援作用，并為技術(shù)人員提供了直接讀取傳感器以進(jìn)行調(diào)試和診斷的方法。例如，低功耗藍(lán)牙可與市場(chǎng)上幾乎所有的智慧手機(jī)配合操作。

盡管更密集的網(wǎng)格可以增強(qiáng)穩(wěn)固性，但其體系結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，并且對(duì)互連的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳感器提出了更高的能源要求。傳輸范圍也有問(wèn)題；使用Zigbee和低功耗藍(lán)牙的覆蓋范圍最多只有數(shù)百公尺。盡管多種短距離技術(shù)均有競(jìng)爭(zhēng)能力，并且非常適合網(wǎng)格化鄰域范圍的傳感器，但它們是封閉的網(wǎng)絡(luò)，最終需要使用網(wǎng)關(guān)來(lái)將訊號(hào)傳回云端。

最后通常會(huì)加入蜂巢連接。智慧照明供貨商的發(fā)展趨勢(shì)是采用點(diǎn)到云端蜂巢連接，提供5到15公里的距離網(wǎng)關(guān)或傳感器設(shè)備覆蓋范圍。蜂巢技術(shù)帶來(lái)了大傳輸范圍和簡(jiǎn)單性；根據(jù)蜂巢社群說(shuō)法，它還提供了現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)和更高等級(jí)的安全性。

GSMA是代表行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)營(yíng)運(yùn)商利益的行業(yè)組織，其物聯(lián)網(wǎng)垂直部門負(fù)責(zé)人Neill Young表示：「行動(dòng)營(yíng)運(yùn)商...擁有整個(gè)城區(qū)的全部覆蓋范圍，因此不需要額外的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)連接城市的照明裝置和傳感器。在許可頻譜的蜂巢網(wǎng)絡(luò)具有安全性和可靠性，意味著營(yíng)運(yùn)商具有最佳條件，可支持大量需要較長(zhǎng)電池壽命、最少維護(hù)和長(zhǎng)傳輸距離的低成本設(shè)備?！?br/>
ABI表示，在所有可用的連接技術(shù)中，蜂巢技術(shù)將在未來(lái)幾年中獲得最大的增長(zhǎng)。5G網(wǎng)絡(luò)的聲勢(shì)和托管5G基礎(chǔ)設(shè)施的爭(zhēng)奪，促使?fàn)I運(yùn)商抓住了燈桿，在城市環(huán)境中進(jìn)行小蜂巢單元填充。在美國(guó)，拉斯韋加斯和沙加緬度正通過(guò)營(yíng)運(yùn)商AT&T和Verizon在路燈上部署LTE和5G，以及智慧城市傳感器。香港剛剛公布了一項(xiàng)計(jì)劃，將安裝400個(gè)支持5G的燈柱，作為智慧城市計(jì)劃的一部分。

但是LTE和5G則適用于一些較為稀少的智能城市案例，這些案例需要更高的傳輸量和更低的延遲，例如高分辨率攝影機(jī)監(jiān)控。低功耗系統(tǒng)以低功耗藍(lán)牙和Zigbee等短距離技術(shù)以及蜂巢物聯(lián)網(wǎng)LPWAN技術(shù)NB-IoT和LTE-M的形式支撐著整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。這些技術(shù)可以組合在一起，在街頭照明平臺(tái)和智慧城市中的其他地方發(fā)揮強(qiáng)大的作用，作為低速傳感器的一部分，可以帶來(lái)有關(guān)城市功能和環(huán)境狀況的智能信息。

短距離無(wú)線低功耗蜂巢物聯(lián)網(wǎng)解決方案供貨商Nordic Semiconductor技術(shù)長(zhǎng)Svein-Egil Nielsen表示：「解決方案是將價(jià)格不貴但范圍和資源有限的短距離無(wú)線技術(shù)與蜂巢物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合在一起，它們相互補(bǔ)充。這樣一來(lái)，有關(guān)交通流量和人流、空氣質(zhì)量和溫度、振動(dòng)和噪音等資料就可以通過(guò)安全且強(qiáng)大的蜂巢網(wǎng)絡(luò)從傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫?。?br/>
硬件的緊密整合
Nielsen補(bǔ)充表示：「Nordic提供多模式的短程和遠(yuǎn)程產(chǎn)品，其nRF52840 SoC支持低功耗藍(lán)牙、藍(lán)牙Mesh和Zigbee，以及Thread和專有2.4GHz系統(tǒng)。Nordic基于蜂巢的nRF9160 SiP同時(shí)提供LTE-M和NB-IoT支持。兩種技術(shù)的結(jié)合帶來(lái)了性能和成本方面的優(yōu)勢(shì)?！?br/>
頻率分離使得這些系統(tǒng)可以共存，前者運(yùn)行在免許可的2.4 GHz頻帶中，后者則運(yùn)行在LTE所處的任何位置。在較低和較高的頻率下，需要在較寬的區(qū)域覆蓋范圍和較大的傳輸量之間進(jìn)行折衷權(quán)衡。但是在照明平臺(tái)中，通常將短距離無(wú)線技術(shù)用于互連傳感器，邊緣計(jì)算能力用于觀察分析，而蜂巢物聯(lián)網(wǎng)則用于回傳數(shù)據(jù)到云端，以及用于更高維護(hù)水平的傳感器控制。

到目前為止，這一對(duì)短程和遠(yuǎn)程無(wú)線電是分別加入的，它們?cè)谏a(chǎn)時(shí)并非嵌入到同一塊硅芯片中。有些組件分開的情況，是因?yàn)檎彰髌鳌鞲衅骱蜔o(wú)線電的故障均不相同。然而，將雙無(wú)線電整合到單個(gè)系統(tǒng)中將帶來(lái)更緊密的技術(shù)整合和更低的購(gòu)置成本，這些是智慧城市的主要考慮因素。

Nordic認(rèn)為市場(chǎng)正朝著這個(gè)方向發(fā)展。該公司已經(jīng)在開發(fā)人員層面將短程無(wú)線和蜂巢IoT連接技術(shù)結(jié)合在硬件和軟件中，以便使得解決方案制造商可以在測(cè)試應(yīng)用程序中同時(shí)運(yùn)行這對(duì)技術(shù)。Nordic用于nRF9160 SiP的單板DK是為開發(fā)人員而設(shè)計(jì)的，以便「使其蜂巢物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序正常工作」；Nordic Thingy:91被描述為「成熟的現(xiàn)成網(wǎng)關(guān)」，可作為現(xiàn)成的原型平臺(tái)或早期產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念驗(yàn)證來(lái)使用。

兩者均具有多模蜂巢nRF9160 SiP和多協(xié)議短程nRF52840 SoC。Nordic表示，將兩種技術(shù)結(jié)合在一起并且用于商業(yè)IoT部署的嵌入式系統(tǒng)，距離商業(yè)化僅「幾個(gè)月」時(shí)間。

Nordic的Nielsen表示：「智能城市照明平臺(tái)已經(jīng)集合了所有這些連接技術(shù)；市場(chǎng)非常清楚地表明了要將它們組合在一起，我們已經(jīng)為解決方案制造商提供了開發(fā)板，以測(cè)試它們?nèi)绾喂餐\(yùn)作。將它們結(jié)合到商業(yè)解決方案中已經(jīng)是勢(shì)在必行，只是時(shí)間問(wèn)題。」