مروری بر روند تکنولوژی‌های محرک شهر هوشمند (قسمت اول)

تعریف شهر هوشمند

تعاریف متعددی از شهر هوشمند ارائه شده است که بسیاری از آن‌ها بر توانمند کردن شهروندان و جوامع شهری مختلف برای حرکت در مسیر هوشمندسازی تاکید دارند. اتحادیه بین المللی مخابرات یونسکو (ITU) در پنجمین نشست “شهر پایدار هوشمند” در سال 2014، تعریف جامعی از شهر هوشمند ارائه کرده است که به شرح زیر است:
«شهر هوشمند، شهری نوآور است که از فناوری اطلاعات و ارتباطات (فاوا) و ابزارهای دیگر استفاده بهینه می‌کند تا کیفیت زندگی، کارایی عملیات شهری و خدمات، به علاوه رقابت پذیری را ارتقاء دهد، در حالی که سازگاری و مطابقت با نیازهای نسل‌های کنونی و آتی را با توجه به جنبه‌های اقتصادی، اجتماعی و زیست‌محیطی، تضمین می‌کند.»
این تعریف نشان می‌دهد که شهر هوشمند تنها یک شه که فناوری‌های جدید را به کار می‌گیرد، نیست؛ بلکه یک اکوسیستم پیچیده است. شکل زیر نشان‌دهنده اکوسیستم پیچیده شهر هوشمند می‌باشد. که ذینفعان زیادی از جمله شهروندان، نهادهای شهری، شرکت‌های محلی و گروه‌های اجتماعی و صنعتی را در بر می‌گیرد. لازم به ذکر است که ممکن است مرزهای جغرافیایی آنچه که به عنوان یک شهر هوشمند در نظر گرفته می‌شود، از خود شهر فراتر رفته، که نهادهای حکومتی مختلف و شهرداری‎ها برای تعریف خدمات در مقیاس شهری یا منطقه‌ای در آن مشغول فعالیت هستند.

اکوسیستم‌های تکنولوژیکی شهر هوشمند

از دیدگاه تکنولوژیکی، اکوسیستم شهر هوشمند یک مجموعه پیچیده است که فناوری‌های متعددی را در خود جای داده است. بازیگران زیادی در مناطق مختلف این شهر فعالیت می‌کنند و راه حل‌هایی را به همراه می‌آورند که برخی دیگر از بازیکنان را نیز پیشتیبانی می‌کند. شرکت‌های که در این حوزه توانایی دارند، در حال تلاش برای رسیدن به یک نقطه مشترک برای ارائه راه‌حل‌های جامع برای نیازهای تکنولوژیکی این شهرها می‌باشند.
با این حال، بیشتر بازکنان این عرصه برای رسیدن به این هدف با کمبودهایی مواجه هستند و نیاز دارند تا با شرکای دیگری که در بخش‌های دیگری از دنیای تکنولوژی فعال هستند، همکاری کنند.
برای تجسم اکوسیستم شهر هوشمند، می‌توان به طور کلی آن را به 5 گروه از تکنولوژی دسته بندی کرد. این گروه ها در شکل زیر نشان داده شده اند:

چالش‌ها و قابلیت‌های کلیدی تکنولوژی‌های شهر هوشمند

بازار رو به رشد شهر هوشمند، دارای روندهای گسترده‌ای است که بخش‌های کلیدی شهر مانند انرژی، حمل و نقل و برنامه‌ریزی شهری را قادر می‌سازد تا از فناوری‌های جدید برای ارائه راهکارهای هوشمند به شهرها و شهروندان استفاده کنند. در این بخش ما به تعدادی از این روندهای کلیدی و تاثیر آن در شهرهای هوشمند اشاره می‌کنیم.

شبکه و ارتباطات

یکی از مهمترین روندهای تکنولوژی در عرصه شهرهای هوشمند، شبکه و ارتباطات شهری است که شهرهای هوشمند را قادر می‌سازد تا زیرساخت‌ها، دستگاه‌ها و افراد را به یکدیگر متصل کرده، داده‌ها را جمع‌آوری کنند و به نقاط مختلف خدمات رسانی کنند. پیچیدگی اکوسیستم‌های فناوری و خدمات شهری در شهرهای هوشمند، نیاز به یک رویکرد جامع برای طراحی شبکه‌ها و برقراری ارتباط دارد که بتواند پاسخگوی طیف وسیعی از خدمات شهری از جمله مانیتورینگ بخش‌های مختلف شهر، تامین زیرساخت مورد نیاز برای رسانه‌های دیجیتالی مختلف، تامین امنیت خانوار،  نظارت بر حمل و نقل و … در سراسر شهر باشد. چنین نیازی شهر هوشمند را ملزم می‌کند که دربردارنده طیف وسیعی از فناوری‌ها همچون تکنولوژی‌های پهن‌باند بی‌سیم (بولوتوث LE و ZigBee)، تکنولوژی فیبر نوری و … باشد.

به طور کلی می‌توان گفت برخی از مهمترین روندها که بر پیشرفت شهرهای هوشمند در آینده اثر می‌گذارد عبارتند از:

تکامل شبکه‌های 3G/4G

با این که اقدامات قابل توجهی در راستای توسعه استانداردهای 5G صورت گرفته است، انتظار نمی‌رود که تا سال 2020 به طور کامل مورد استفاده قرار گیرد. بسیاری از اقدامات صورت گرفته و نوآوری‌های حاصل، بر روی تحول مداوم تکنولوژی‌های سلولی موجود تمرکز دارند. کنسرسیوم 3GPP در حال کار بر روی تکنولوژی‌هایی همچون CAT-1 (و Cat-0) و همچنین CAT-M1 و تکامل بلند مدت فناوری باند باریک (NB-LET) می‌باشد. این استانداردها بر تکنولوژی اینترنت اشیاء تمرکز داشته و منجر به افزایش بهره‌وری انرژی، کاهش هزینه‌ها و نفوذ/تراکم بهتر شده و برای به کارگیری تکنولوژی IoT در شهرهای هوشمند اهمیت زیادی دارد.

شبکه 5G

نسل بعدی شبکه یعنی 5G یکی از موضوعاتی است که امروزه به عنوان یکی از تکنولوژی‌های و روندهای اصلی دنیای علم و تکنولوژی در حال گسترش است. هدف 5G، تامین نیازهای کلیدی آینده شهرهای هوشمند با ارائه پهنای باند بیشتر، ضمانت عمکلرد، سازگاری و بهره‌وری انرژی می‌باشد. 5G هنوز یک فضای در حال تحول است و هنوز بحث‌های زیادی در مورد اهداف و فناوری‌های بلند مدت آن وجود دارد.
صرف نظر از تکامل 4G و حرکت به سمت 5G، دو گرایش عمده به سمت فناوری وجود دارد که نیاز به ترکیب تکنولوژی‌های در حال تحول دارند این گرایش‌ها عبارتند از: شبکه نرم‌افزار محور (SDN) و مجازی سازی عملکرد شبکه (NFV) است. بدیهی است چنین چشم‌انداز پیچیده‌ای از شبکه‌سازی، اپراتورها و کاربران را به تکنولوژی‌های متعددی نیازمند می‌کند. یک راه حل‌ می‌تواند استفاده از همین تکنولوژی‌های SDN و NFV می‌باشد که اپراتورهای شبکه را قادر می‌سازد تا از شبکه‌ها به شکل هوشمندانه‌تری استفاده کنند. 

سیستم‌های فیزیکی امنیت و IoT

سیستم‌های فیزیکی امنیت واینترنت اشیاء (IoT)، به طور کلی برای اتصال تمامی دستگاه‌های مورد استفاده در شهرهای هوشمند به اینترنت و نمایش وضعیت بخش‌های مختلف به شکل مجازی مورد استفاده قرار می‌گیرند. زیرساخت‌های شهری که با استفاده از شیوه‌های سنتی نظارت می‌شوند، اکنون می‌توانند به کمک اتصال به اینترنت و به کمک تکنولوژی اینترنت اشیاء (IoT)، از پروتکل‌های استاندارد باز همچون IP و HTTP استفاده کنند و به تکنولوژی‌های تحت وب همچون REST دسترسی یابند.

یکی از مثال‌های خوب در مورد استفاده از اینترنت اشیاء (IoT)، در بحث مدیریت انرژی است. اگرچه در حال حاضر در بسیاری از شهرها، نظارت بر مصرف انرژی (از طریق خدمات عمومی و محلی) به شکل قدیمی انجام می‌شود، اما روز به روز بر تعداد ساختمان‌های شخصی و یا تجاری که مجهز به تکنولوژی اینترنت اشیاء (IoT) هستند افزوده می‌شود و کنترل بخش‌های مختلف این ساختمان‌ها با استفاده از دستگاه‌های هوشمند به کار رفته در آن‌ها انجام می‌گردد.
این روند توسعه می‌تواند همچنین برای خدمات مختلف شهری به کار گرفته شود. برای مثال بخش حمل و نقل شهری از جمله بخش کنترل ترافیک و یا دریافت داده‌های حساس در مورد حوادث رانندگی، پارکینگ‌ها، کنترل تردد در تقاطع‌ها و … می‌توان از این تکنولوژی‌ها استفاده کرد. در حوزه عمرانی شهرها هم، در حال حاضر شرکت‌های مختلفی وجود دارند بر روی توسعه سنسورها برای نظارت بر فشارهای وارده بر سازه‌های عمرانی همچون تونل‌ها و پل‌ها و یا بررسی کیفیت راه‌ها کار می‌کنند. همچنین در بخش کنترل کیفیت آب و هوا نیز می‌توان سنسورهایی با صرفه اقتصادی بالا، برای بررسی میزان آلودگی هوا و یا آلودگی صوتی با استفاده از دستگاه‌های هوشمند،  برای استفاده شهروندان به کار گرفت که همگی مبتنی بر تکنولوژی اینترنت اشیاء (IoT) می‌باشند.
بدیهی است که این پیشرفت‌ها در سنجش و تحلیل زیرساخت‌های مختلف شهری، به واسطه ارتباطات سیمی و بیسیم، با استفاده از شبکه‌های مش با مصرف پایین انرژی و همچنین حرکت به سمت شبکه‌های 5G،از جمله فناوری‌های اصلی و کلیدی محرک شهرهای هوشمند به شمار می‌روند.
این حجم عظیم از داده‌ها نیازمند وجود پایگاه‌های داده قدرتمندی به منظور ذخیره داده‌های دریافتی از زیرساخت‌های شهری و همچنین ابزار و تکنیک‌هایی برای تجزیه و تحلیل‌های این داده به طور آنی و خودکار است. در حال حاضر برای چنین تجزیه و تحلیل‌هایی، تکنولوژی‌های ابری همچون تکنولوژی داده‌های بزرگ (big data) و … در حال گسترش هستند که با پلتفرم‌های شهر هوشمند هماهنگ باشد.
این مطلب برگرفته از مقاله Smart Cities: An Overview of the Technology Trends Driving Smart Cities که توسط موسسه IEEE به چاپ رسیده است.

در مطلب بعدی می‌خواهیم شما را با سایر روندهای تکنولوژی محرک شهرهای هوشمند همچون محاسبات ابری، داده‌های بزرگ، داده‌های باز و همچنین استاندرادهای موجود در شهر هوشمند بیشتر آشنا کنیم. مطالب بعدی ما را در مجله زندگی هوشمند لاوان ارتباط دنبال کنید.