Comunicación presentada al VI Congreso Ciudades Inteligentes
Autores
- Marta Pallarés, Business Unit Manager Spain, Itron
- Emanuele Morgavi, Enterprise Client Executive South Europe, Itron
- Alicia Latorre, Solutions Delivery Manager, Itron
Resumen
El concepto de Smart City debe ir más allá de la aplicación de la tecnología para la gestión de los procesos y servicios de la ciudad. Debe plantear una visión holística, transformadora e integral de la ciudad, capaz de aportar beneficios sociales, económicos y ambientales. Además, debe garantizar que de forma eficiente la ciudad sea innovadora, interconectada y orientada al ciudadano. Ciertamente cada ciudad es diferente, tiene distintas prioridades o necesidades. Es muy importante que las iniciativas busquen un modelo horizontal para la ciudad. Éste debe tratar de homogeneizar las propuestas presentadas a nivel global teniendo visión de futuro, tanto a nivel tecnológico como funcional. La racionalización y la eficiencia en la selección tecnológica es una cuestión clave, de lo contrario, podemos multiplicar las necesidades TIC y dificultar la interconexión de los diferentes verticales alejándonos de la sostenibilidad buscada. El mayor beneficio se obtendrá cuando los datos y servicios de los diferentes verticales puedan interactuar entre ellos. Es ahí donde surge el concepto de ciudad activa y ya no solo inteligente, utilizando el paralelismo con las redes de comunicación (red activa vs red inteligente). A lo largo de este documento vamos a desarrollar este planteamiento, que pretende ser una base práctica y de análisis en la que se puedan sustentar los planes que permitan avanzar a las ciudades para convertirse en ciudades activas, además de inteligentes. Todo ello, complementado con el ejemplo y resultados de alguna de nuestras experiencias.
Palabras clave
Ciudad Activa, Smart City, Análisis, Beneficios, Caso Real, Selección Tecnológica, Visión Holística, Plataforma de Comunicación Inteligente, Edge Computing, Wi-Sun
Introducción
Vivimos en un mundo de dispositivos industriales conectados, con una capacidad sin precedentes para monitorizar y controlar estos activos de forma remota. Transformar una ciudad en Ciudad Inteligente eleva el listón en términos de las características de control deseadas, tanto por el orden de magnitud de los dispositivos que potencialmente se pueden conectar, como por los requisitos de seguridad a tener en cuenta para evitar cualquier intrusión en la infraestructura dedicada a gestionar servicios críticos de la Ciudad.
Seleccionar la tecnología de comunicación adecuada será la primera y más importante decisión a tomar cuando nos embarquemos en una iniciativa de Smart City. Esta decisión afectará al resto, como por ejemplo a los dispositivos de los que dependen sus servicios o la arquitectura de la red de comunicación que definirá las prestaciones, la longevidad, la fiabilidad, seguridad, interoperabilidad y escalabilidad del proyecto. Cuando evaluamos nuestras necesidades y requisitos para la plataforma de comunicación, tenemos que asegurarnos de tomar la decisión con la que la Ciudad (y sus ciudadanos) pueda convivir durante años, décadas.
En un mundo en el que las personas están acostumbradas, cada vez más, al acceso rápido a la información y a los procesos de decisión rápida que se pueden aplicar a prácticamente cualquier aspecto de nuestra vida, la tecnología de comunicación para una Ciudad Inteligente no puede sino aceptar tales expectativas como requisitos imprescindibles. Una tecnología de comunicación realmente adecuada para una iniciativa de Ciudad Inteligente, duradera y sostenible, garantizará un acceso rápido a la información y a los comandos de los dispositivos, con latencia muy baja, un nivel de seguridad militar en las comunicaciones E2E para garantizar la privacidad de los datos intercambiados y que solo el personal autorizado pueda enviar comandos en servicios críticos para el municipio.
Las inversiones para digitalizar los servicios de la Ciudad pueden ser significativas. La estrategia más eficaz es comenzar con las que tengan el ROI (Return On Investment) más rápido, tanto en términos económicos como en cuanto a los beneficios ofrecidos a los ciudadanos. Pero con el paso del tiempo prácticamente cualquier servicio puede y tiene que ser incluido en el proceso de digitalización. Por lo tanto, la plataforma de comunicación seleccionada permitirá en primer lugar interconectar cualquier dispositivo en cualquier lugar de la ciudad, asegurando una cobertura generalizada y una capacidad intrínseca para adaptarse a las condiciones cambiantes, así como al cambio de topología de la propia ciudad. Será también capaz de escalar para hacer frente al aumento drástico en el tiempo de la cantidad y variedad de dispositivos conectados. Además, los servicios críticos deberán poder confiar en la plataforma de comunicación en cualquier momento y en cualquier condición. Esto significa que la resiliencia será un requisito clave.
El análisis tecnológico
Entre las diferentes tecnologías de comunicación disponibles en el mercado, debemos elegir aquellas que nos den máxima flexibilidad y menor escalabilidad del fallo. En este sentido las comunicaciones inalámbricas son la mejor elección puesto que reducirán las inversiones en infraestructura y permitirán conectar cualquier variedad de dispositivo. Existen dos principales categorías de comunicación inalámbrica en función de la topología de red: Estrella o Mallada.
- Red Estrella: Los dispositivos en una Red Estrella se conectan directamente a un punto de comunicación central común a todos ellos. Utilizada comúnmente en las redes celulares, una topología estrella utiliza puntos de acceso (torres celulares, por ejemplo) que necesitan una conexión directa con cada uno de los dispositivos.
Sin embargo, algo que obstruye el camino del dispositivo al Punto de Acceso, a modo de ejemplo las condiciones atmosféricas, construcciones u otros obstáculos temporales, puede afectar la capacidad del dispositivo de mantenerse conectado a la red, algo que como efecto puede poner en peligro la fiabilidad de la red y de los servicios que ésta vehicula. Estas obstrucciones son conocidas como puntos de oscuridad o zonas de sombra de cobertura. Otro problema potencial es la saturación de la capacitad de uno o más puntos de acceso debido al incremento del número de dispositivos conectados.
- Red Mallada: Los dispositivos en una Red Mallada comunican con sus dispositivos más o menos próximos en la red y así todos los dispositivos pueden servir como conductos hacia los Punto de Acceso de la red. En otras palabras, cada uno de los puntos puede actuar como repetidor de la información de otro sobre el cual tenga visibilidad. Esta propiedad permite la creación de múltiples caminos de conexión y con ello redundancia de vías de comunicación. Así, a diferencia de las redes estrella, tanto el fallo como la saturación de la capacidad del punto de acceso son casi inexistentes. Igualmente, en lo relativo a las zonas de sombra o puntos oscuros, la propia red buscará los caminos alternativos para poder llegar hasta un punto de acceso. De hecho, a medida que ampliamos la red mallada y conectamos más equipos, la fiabilidad y su rendimiento mejoran ya que indirectamente se aumentan los diversos caminos de comunicación para llegar a un determinado destino.
Los dispositivos en una red mallada tienden a trasmitir a corta/media distancia y eso permite ser más eficiente en el consumo de energía, garantizar larga duración de la batería y una velocidad de datos de calidad más constante. La lógica para elegir el mejor camino para comunicar entre los varios posibles, se delega normalmente a cada dispositivo. Esto asegura que las decisiones sean más rápidas y además aligera al Punto de Acceso del trabajo de equilibrar la carga.
Con este análisis, podemos indicar que la red en malla, por sus características y teniendo en cuenta la orografía de las ciudades, dinámica y cambiante, es la que mejor se adapta a los requisitos de una Ciudad Inteligente y conectada. Además, las comunicaciones en malla son esenciales para aplicaciones que necesitan inteligencia distribuida o inteligencia local, como las típicas en una Ciudad Inteligente y Activa. De hecho, las aplicaciones de una Ciudad Inteligente van más allá de la simple recogida de datos. Tienen que procesar información de los dispositivos disponible en campo a nivel local, para tomar buenas decisiones y de manera extremadamente rápida. Todo ello involucrando sensores y dispositivos que puedan pertenecer a cualquiera de las verticales de la Ciudad.
Atendiendo a toda la valoración expuesta, los requisitos que se identifican para la plataforma de comunicación de una Ciudad Inteligente abordada de manera holística pueden resumirse en los siguientes puntos:
- Plena cobertura para llegar a cualquier dispositivo en cualquier lugar de la Ciudad
- Flexibilidad, fiabilidad, resistencia y la capacidad de adaptarse de manera autónoma a condiciones cambiantes de cobertura.
- Capacidad de repararse autónomamente en caso de fallos para asegurar continuidad del servicio aun en las condiciones más duras.
- Comunicación bidireccional, baja latencia tanto entre dispositivo y la plataforma de gestión como entre los dispositivos en campo, para soportar aplicaciones de inteligencia distribuida y edge computing.
- Seguridad militar, incluyendo la posibilidad de excluir dispositivos intrusos maliciosos y de hacer una actualización del firmware a distancia para hacer frente a posibles ajustes por fallo de seguridad.
- Basada sobre Estándares Internacionales para beneficiarse de un vasto ecosistema de dispositivos.
Actualmente son varias las tecnologías de posible aplicación basadas en una red mallada, no obstante que aporten seguridad de comunicación militar y que tengan baja latencia de comunicación son pocas. Entre ellas subrayamos la tecnología Wi-Sun ya implementada en varias ciudades del mundo con variedad de entornos de comunicación, también hostiles. Así, decenas de millones de dispositivos que comunican de manera fiable en campo prueban que las Redes IoT en malla basadas en tecnología Wi-Sun pueden lograr la cobertura global, fiabilidad y escalabilidad que una Ciudad Inteligentemente Activa exige.
Las Redes Mesh Wi-Sun se autoconfiguran: cuando un nuevo dispositivo se añade, encuentra automáticamente los dispositivos con los cuales comunicar y conoce el nivel de cobertura de los caminos alternativos. Además, es capaz de auto repararse: si se presentan problemas u obstáculos en la comunicación, el dispositivo desvía automáticamente la comunicación hacia el dispositivo vecino alternativo.
Al margen de las ventajas técnicas y operativas, la selección de la plataforma ha de formar parte de una visión estratégica global. La administración y la propiedad de la red con el objetivo de conseguir máxima independencia en la gestión y una eficiencia de los costes de mantenimiento y evolución en el tiempo se han de tener en cuenta. En este sentido este tipo de tecnología puede poner a disposición una red exclusiva para y por la ciudad. La funcionalidad no debería depender de otras variables como la saturación de la red (usos externos alternativos) o una evolución de costes de servicio del mercado en función del valor asumido y con ello del enfoque e interés comercial.
Ejemplos y retornos obtenidos
A continuación, examinamos un ejemplo de Ciudad Inteligente que logra un retorno de la inversión (return of invesment – ROI) tridimensional, para ofrecer resultados económicos, beneficios ambientales y sociales.
Las ciudades tienen la oportunidad de mejorar la calidad de vida de sus ciudadanos abordando los principales problemas como son la calidad del aire y el agua, la escasez de recursos, la congestión del tráfico, la seguridad vial, así como la inclusión digital. Las ciudades también se están postulando como líderes clave en sostenibilidad ambiental, apostados en la primera línea de acción por el cambio climático. Para lograr todo esto, deben transformarse en organizaciones mucho más inteligentes y ágiles que pueden reaccionar y flexibilizar las necesidades de los ciudadanos y las empresas, así como responder a demandas y oportunidades. A medida que la tecnología madura y las nuevas innovaciones emergen, las ciudades y las comunidades están en posesión de mejores soluciones para ser más eficientes, sostenibles y resilientes.
En resumen, para que se les juzgue como ciudades inteligentes exitosas, deben garantizar que ofrecen un beneficio social, económico y medioambiental, ofreciendo un ROI tridimensional.
París: Un nuevo modelo económico para las Ciudades Inteligentes
También conocida como “La Ciudad de la Luz”, debe este apelativo a su papel principal en la era de la Ilustración, que se ha reforzado a lo largo de los años por el uso de la iluminación para realzar su belleza y carácter imponente. De ahí que cualquier programa de modernización debe preservar este atractivo estético, así como ofrecer beneficios operacionales.
EVESA es la compañía que opera y mantiene la red de alumbrado público, semáforos y la iluminación de París las 24 horas del día. Además, trabaja con la Dirección de Carreteras y Movimientos (DVD) y la Dirección de Espacios Verdes y Medio Ambiente (DEVE). Ha sido la encargada de llevar a cabo un proyecto ambicioso de eficiencia, con el objetivo de reducir el consumo de energía de iluminación en un 30% para 2020, en comparación a niveles de 2004. A la vez de proporcionar una gestión inteligente del alumbrado y proveer a la ciudad de una plataforma de comunicación global.
- Punto de partida: En 2015, EVESA asentó un pilar importante para convertir París en una Ciudad Inteligente del siglo 21. De la mano de Itron, desarrolló una plataforma inalámbrica IoT IPV6 para conectar controladores de más de 200.000 luminarias y semáforos en toda la ciudad. Esta solución ha dotado a la ciudad de una sola red para monitorizar y controlar su iluminación, así como sincronizar más de 1.500 semáforos e iluminar 330 monumentos y plazas. Las farolas se pueden controlar de forma remota y programada, utilizando el SW de gestión central como es Itron StreetLight Vision, un back-office unificado para gestionar toda la iluminación conectada, así como otros activos en el futuro. Otro beneficio es que París ha podido ajustar dinámicamente los semáforos en tiempo real, para optimizar los patrones de tráfico y reducir la congestión. También se ha permitido reducir la contaminación lumínica en jardines y zonas verdes por la noche programando el apagado.
- Evolución: El despliegue ha proporcionado a París una red mallada bajo la cual poder desplegar otras aplicaciones. EVESA ha experimentado una serie de tecnologías como parte de su misión de ayudar a la ciudad a ser más sostenible, impulsando la innovación y mejorando la calidad de vida de los residentes. Estos casos de uso avanzados incluyen parking inteligente, medición de agua, vigilancia ambiental del ruido y la contaminación atmosférica, así como de los vehículos eléctricos (VE) cargados a través de los postes de la luz. EVESA está desplegando una prueba de concepto de carga de VE en el Distrito 7º.
- Enfrentarse a los desafíos: D. Frédéric Galloo, presidente de EVESA, opina que la implementación de aplicaciones para Smart Cities requiere una nueva manera de pensar y un enfoque más colaborativo a la hora de gestionar las ciudades. “Requiere cambiar hábitos y comportamientos, y los distintos departamentos necesitan trabajar más cerca de lo que se ha hecho hasta ahora”. Se ha desarrollado un nuevo modelo económico que garantiza que cada nuevo caso de uso no implique coste adicional para la ciudad y debe ser un medio eficaz de reducción de costes o incluso en algunos casos convertirse en una oportunidad de ingresos. El Sr. Galloo añade: “Cada nuevo servicio debe ser financiado por un ROI. En el caso de la carga del VE, si asumimos que el operador invierte en el equipo y vende el servicio a los conductores. No supone coste para la ciudad y la ciudad obtiene ingresos del operador porque está utilizando un puesto de carga en el poste de luz. Finalmente, esto también ofrece beneficios ambientales.
- Medición del éxito: El control remoto de las luminarias, su atenuación y el reemplazo por LED ha proporcionado a París una reducción del 35% en el coste de la energía en los últimos ocho años. También ha supuesto una reducción de los costes operativos para EVESA. Pero más allá del ahorro de costes tangible, el modelo de carga de VE será un buen ejemplo de ROI tridimensional. Proporciona una oportunidad de ingresos para la ciudad, ayuda a reducir las emisiones de CO2 aumentando la biodiversidad y proporciona un servicio beneficioso a los conductores.
- Futura hoja de ruta: EVESA continuará implementando y desplegando nuevas aplicaciones, como es el caso del aparcamiento inteligente en el Distrito 15º de París. También se trabaja en un piloto de riego inteligente para regar los muchos parque y jardines de la ciudad. En la actualidad el riego se realiza con agua tratada y París quiere reducir el consumo y el coste de operación de esta actividad. Por último, EVESA está trabajando en un poste de luz verde para crear una “isla de frescura” y luchar contra el calor en verano aprovechando el agua de lluvia.
Conclusiones
La selección tecnológica es un aspecto clave para asegurar el éxito de la implementación de una ciudad activa, con visión de futuro y ambición de eficiencia entre funcionalidad y costes.
La tipología de red y la gestión propia de la misma marcan un aspecto diferencial para poder asegurar los rendimientos y la funcionalidad; siendo la red mallada la que entendemos más adecuada para poder penetrar y “capilarizarse” fácilmente en la orografía dinámica y cambiante de una ciudad. Todo ello sin olvidar el nivel de seguridad y latencia, pues van a ser aspectos diferenciales que permitirán un avanzado nivel de funcionalidad e interacción entre las verticales.
También es necesaria una visión estratégica en la prioridad de aplicación, siendo la gestión del alumbrado uno de los puntos clave que permitirá ganar en eficiencia energética, así como implementar fácilmente una red de gran penetración para y por la ciudad, sobre la cual podrán interaccionar otras de las verticales fácilmente.
Referencias
- Wireless Mesh Networks. Architectures and Protocols (Ekram Hossain, Kin Leung, 2008)
- Smart Cities World – Trend Report. Where´s the ROI? (Sue Weekes, SmartCitiesWorld, 2019)
- Air quality in Europe — 2016 report (EEA Report No 28/2016)
- www.itron.com/smart-cities
- https://www.itron.com/na/solutions/how-we-deliver/networks – Active Grid