شهر هوشمند(Smart City)

Smart City

smart-city


تعریف شهر هوشمند :

یک شهر هنگامی هوشمند است که سرمایه گذاری در بخش نیروی انسانی ، سرمایه های اجتماعی و زیر ساخت های فناوری اطلاعات و ارتباطات رشد داشته و از کیفیت زندگی بالایی برخوردار باشد و مدیریت منابع طبیعی آن آگاهانه باشد. شهری که در آن تکنولوژی‌ های گوناگون جهت بهبود زندگی شهروندان با هم ترکیب و مورد استفاده قرار می‌گیرد . مفهوم شهر هوشمند براي بهبود کيفيت زندگي شهروندان شکل گرفت. ايدة اصلي، يکپارچه سازي خدمات سيستم اطلاعاتي در حوزه هايي مانند:  معماري و شهرسازي‌‌ ، سلامت و بهداشت ، آموزش ، حمل و نقل و شبکة خدمات شهري براي ارائة مؤثر و هميشگي خدمات عمومي به شهروندان است

پس 3 عامل زیر را می‌توان اجزای اصلی هسته‌ی شهر هوشمند نام برد :

  • فن آوری : زیر ساخت های نرم افزاری و سخت افزاری
  • مردم : خلاقیت ، تنوع ، آموزش
  • مبانی حقوقی : حکومت ها ، سیاست ها

شهر هوشمند داری زیرمجموعه ها ، زیرسیستم ها و مولفه های اصلی زندگی هوشمند بوده که این مولفه ها عبارتند از:

  • مدیریت هوشمند شهری( (smart management
  • انرژی هوشمند (Smart Energy)
  • ساختمان هوشمند (Smart Building) و شبکه سازی سنسورها (Sensor Networking)
  • حمل و نقل هوشمند ( Smart Mobility)
  • زیرساخت هوشمند ( Infrastructure Smart)
  • تکنولوژی هوشمند( Smart Technology)
  • سلامت و مراقبت‌ های بهداشتی هوشمند ( Smart Healthcare)
  • شهروند هوشمند( Citizen Smart)

مفهوم شهر هوشمند بر ساختاری دلالت دارد که فناوری ارتباطات از راه دور به آن حیات می‌بخشد . در این شهر ارتباطات حقیقی و واقعی عمدتا مجازی می‌شوند . به این ترتیب شهر هوشمند شهری است که ویژگی های زیر را داشته باشد :

  • فعالیت های متمرکز بر دانش ( دانش توسعه یافته )
  • مشارکت های اجتماعی در فعالیت های روزمره که با استفاده از دانش کاربرد آن به روز می‌شود
  • زیر ساخت های ارتباطی توسعه یافته فضاهای دیجیتالی و ابزار های مدیریتی دانش محور مبتنی بر خلاقیت
  • توانایی ذاتی به منظور به کارگیری خلاقیت و مدیریت در مورد مسائلی که برای اولین بار مطرح می‌شوند

       موانع توسعه شهرهای هوشمند و سیستم های الکترونیکی در ایران :

  • عدم وجود تشکیلات منسجم
  • گرانی سیستم های الکترونیکی
  • کمبود نیروی متخصص
  • کمبود مراکز تحقیق و توسعه
  • کمبود آموزش و سواد
  • حاکمیت سیستم های سنتی
  • محدودیت زیرساخت های مورد نیاز
  • عدم وجود قوانین مدرن در ارتباط با استفاده از سیستم های الکترونیکی

مزيت هاي هوشمند سازي:

  • تقویت رقابت تجاری شهر و ایجاد فرصت های تجاری بیشتر توسط تجارت الکترونیک
  • افزایش سطح رضایت شهروندان
  • کاهش مشکلات حمل و نقل و ترافیکی در شهر
  • سیستم های حمل و نقل هوشمند و کنترل ترافیک شهری و جاده ای
  • از دوباره کاری ها، تصمیم گیری مبتنی برآزمایش و خطا و هدر رفتن زمان و منابع کاسته می‌شود
  • هزینه های تطبیق شهر با حوادث و رویداد ها به حداقل می‌رسد و شهرانعطاف پذیری و توانایی لازم را در جهت مقابله با حوادث غیرمترقبه را می‌یابد
  • شهر هوشمند می تواند بستری برای شکل گیری فرآیند های پایدار توسعه شهری به شمار آید

ابعاد زیست محیطی شهر هوشمند :

با استفاده از خدمات الکترونیکی در تمام ساعات روز از میزان حضور و تردد شهروندان در مکان های مختلف به میزان قابل توجهی کاسته می‌شود که این مسئله به دنبال خود منجر به کاهش حجم ترافیک ، آلودگی هوایی و صوتی و کاهش میزان تولید زباله می‌شود . از سوی دیگر در نتیجه کاهش ترافیک و مصرف سوخت های فسیلی صرفه جویی عظیمی در منابع تجدید ناپذیر و انرژی های آلوده کننده محیط زیست روی می‌دهد . با استفاده از فناوری و پیشرفت تکنولوژی ساخت بنا های مختلف شهری ، استفاده از انرژی های پاک و تجدید پذیر رو به افزایش است که می‌توان از آن به عنوان یکی از مهم ترین دستاورد های شهر هوشمند نام برد.

ابعاد اقتصادی شهر هوشمند :

با توجه به ارائه خدمات ارزان تر به شهروندان ، جذب توریست ، توسعه تجارت بین المللی شهر ها ، توسعه بانکداری الکترونیکی و کاربرد کارت های اعتباری ، ایجاد اشتغال ، تقویت رقابت تجاری شهر ها و ایجاد فرصت های تجاری بیشتر توسط تجارت الکترونیک و غیره اصول اقتصادی توسعه پایدار در شهر های هوشمند به طور قابل ملاحظه ای تحقق می‌یابد .

شهرک باغ بهشت

این مجموعه در منطقه غرب استان تهران واقع شده است که هوشمندسازی این مجموعه به عنوان اولین مجتمع مسکونی هوشمند کشور، یکی از مهمترین دستاوردهای شرکت پیماعمران نیرو می باشد. با توجه به اهمیت این پروژه، تکنولوژی های به روز و مختلفی در این بحث مورد تحقیق قرار گرفته است که از این جمله ی می توان به موارد ذیل اشاره کرد.

  • تکنولوژی Zigbee  
  • تکنولوژی Lora  
  • سیستم پارکینگ مکانیزه(PMS)
  • سیستم مدیریت پارکینگ هوشمند Plock
  • سیستم تونل نور(Light way)
  • نرم افزار شارژ هوشمند ساختمان (Smart Billing)
  • سیستم بیولمپ (Bio lamp)
  • تکنولوژی( Bios wale)
  • سیستم گرما جذب (Heat absorption)
  • صندلی هوشمند( Smart street furniture)
  • چراغ روشنایی هوشمند( Smart street lighting)

شرکت پیما عمران نیرو در نظر دارد با استفاده از سیستم خبره ترکیبی با داده های ترکیبی احتمالی و فازی به بررسی این پروژه بپردازد تا بتواند با بهینه سازی هزینه کار را کم کرده و سود دهی بیشتری داشته باشد. برای موارد گفته شده شاخص های در نظر گرفته شده که به شرح زیر است.

خانه هوشمند 

تعریف کلاسیک خانه هوشمند به این صورت می باشد: ” خانه هوشمند محلی است که از دستگاه های متصل به هم و اینترنت، برای کنترل از راه دور و مدیریت لوازم و سیستم های هوشمندی هم چون روشنایی، امنیت و… استفاده میکند.”. پس مهمترین شاخصه یک خانه هوشمند امکان اتصال لوازم منزل به یکدیگر و ارتباط بین آنها می باشد. به اصطلاح باید زیرساختهایی فراهم شود که کلیه لوازم و سیستم های یک خانه با هم صحبت کنند که این به معنی رد و بدل کردن داده ها می باشد که از این داده ها برای مدیریت کارآمدتر منازل استفاده خواهد شد. همچنین قبلا برای اتصال لوازم یک خانه و راه اندازی سیستم خانه هوشمند؛ از پروتکل های مختلف سیمی استفاده میشد که در عصر حاضر و با توجه به مفهوم جدید خانه هوشمند، پروتکلهای بی سیم همچون  Lora, Zigbee ,Wi-Fi  از به روزترین راهکارهای اتصال برای راه اندازی یک خانه هوشمند می باشند که در این بین پروتکل ارتباطی Wi-Fi برای هوشمندسازی خانه ها مقرون به صرفه تر و فراگیر تر است.

هزینه در شرکت پیما

نظر شرکت پیما عمران نیرو بر این است که در پروژه در حال انجام شاخص قیمت با توجه به موقعیت بررسی شده که این مکان چه قدر از امکانات smart استفاده می کند در بازه های کم ،­ متوسط و زیاد ­قرار گیرد.

تکنولوژی Zigbee  :

نمونه ای از یک شبکه هوشمند است که بین کمپانیهای معتبر ارائه کننده خدمات برد کوتاه، با هزینه کم و با مشخصه دسته ایی از پروتکل‌های ارتباط سطح بالا است که از فرستنده و گیرنده‌های دیجیتال کم مصرف مبتنی بر استانداردIEEE 802     برای شبکه‌های شخصی بیسیم با نرخ ارسال داده پایین استفاده می‌کنند. زیگ بی به منظور تعریف یک تکنولوژی ساده تر و ارزانتر از بلوتوث برای شبکه‌های شخصی بیسیم بوجود آمده‌است. به کمک زیگ بی می‌توان بیش از ۶۴۰۰۰ وسیله را بطور بیسیم از طریق شبکه به هم وصل نمود.

تکنولوژی Lora  :  

لورا بعنوان تکنولوژی شبکه های بیسم در فضای باز استفاده می شود . از زمان آغاز اینترنت اشیا، بحث‌های زیادی درباره عملکرد نامناسب پروتکل‌های ارتباطی موجود برای برقراری ارتباط بین دستگاه‌های مختلف مطرح بود. وای‌فای در مقایسه با ظرفیت منبع انرژی سنسورها، انرژی زیادی مصرف می‌کند، برد آن کم و پهنای باندش زیاد است که اغلب از این پهنای باند به طور کامل استفاده نمی‌شود و هدر می‌رود. بلوتوث امنیت کمی دارد؛ نرخ ارسال و مصرف انرژی آن مناسب، اما برد آن کم است. علاوه بر این، به دلیل ضعف در آدرس‌دهی، ایجاد شبکه‌های بزرگ متصل به یکدیگر با بلوتوث امکان‌پذیر نیست.  گرچه محصولات شرکت CSR Mesh  توانسته است تعداد زیادی از این دستگاه‌ها را به هم متصل کند، ماهیت اصلی بلوتوث امکان ایجاد تعداد ارتباط زیاد را نمی‌دهد و باید با سازوکارهای دیگری این ارتباط را برقرار کرد. پس از استقبال کم از این دو، ZigBee  و 6Low PAN  مطرح شدند. این دو پروتکل نیز نقاط قوت و ضعف‌هایی داشتند. امنیت مناسب، سبک بودن و مصرف کم باطری از محاسن آن‌ها به شمار می‌آیند؛ اما برد کم و هزینه سنگین تهیه لوازم مربوطه، از جمله معایب آن‌ها است.در این حین، گروهی از محققان به فکر ایجاد پروتکلی با امنیت مناسب، برد بالا، مصرف کم باطری و مناسب برای اینترنت اشیا افتادند.  آن‌ها در نظر داشتند پروتکل جدید از خانواده  LPWAN   (Low-Power Wide Area Network) باشد.

معماری شبکه  LORA

 شبکه لورا شامل گیت وی ها, سرور ها ، شبکه و دستگاه های مرتبط می باشد .توپولوژی شبکه در این طرح به صورت ستاره میباشد. دستگاهای پایانی (End Device ) به عنوان یک نقطه و دروازه ها (Gateways) به عنوان ایستگا های پایه یا ارتباط دهنده ها در سیستم شبکه  Lora شناخته می شوند .دستگاه های پایانی و دروازه ها از طریق شبکه باند های آزاد به تک هاپ ها متصل می شوند . در ارتباط سرور ها با دروازه ها از آی پی بک هول (IP backhaul) استفاده می شود.در تصویر پایین  معماری شبکه Lora  نمایش داده شده است. در این شبکه پایگاه داده هر مشتری در سرور قرار دارد. ارتباط بین هر دستگاه نهایی با دروازه می تواند با فرکانس های حامل و نرخ ارسال های متفاوت باشد. شبکه Lora از نرخ انتقال 0.3  Kbps تا 50Kbps  پشتیبانی می کند.

ساختار فریم  LORA          

Lora WAN دارای سه کلاس مختلف از دستگاه های نقطه پایانی (end-point) برای پاسخگویی به نیازهای مختلف منعکس شده در طیف و برد گسترده ای از برنامه ها و اپلیکیشن های کاربردی است :

کلاس  A

کمترین توان، دستگاههای پایانی دو طرفه، کلاس پیش فرض باید توسط تمام دستگاه های نهایی Lora WAN پشتیبانی شود. ارتباط کلاس A همیشه توسط دستگاه پایانی آغاز می شود و کاملا ناهمگام است. هر گونه انتقال uplink میتواند در هر زمانی ارسال شود و همچنین توسط دو downlink کوتاه دنبال میشود. در صورت نیاز، امکان برقراری ارتباط دو طرفه یا ارسال کامنت یا دستورالعمل برای کنترل شبکه فراهم می شود. این یک پروتکل نوع  ALOHA است. دستگاه های پایانی قابلیت تعریف حالت خواب توسط برنامه مشخص شده را دارا خواهند بود. در حالت خواب با کم شدن قدرت مصرف دستگاه به حداقل میرسد و به همین علت هست که یک باتری برای دستگاه یک یا چند سال کار میکند. همچنین در این حالت دیگر نیازی به شبکه برای بیداری دوره ای دستگاه وجود ندارد. همین علت است که کلاس A کمترین مصرف را در این کلاس بندی پروتکل  دارد. در این کلاس هر موقع که ارتباطی برقرار شود اجازه برقراری آن ارتباط به آن داده میشود. از آنجا که ارتباط  downlink همیشه باید به یک انتقال uplink با برنامه ای که توسط برنامه نهایی دستگاه تعریف می شود پیروی می کند، اگر ارتباط downlink بعدی بیاید باید در سرور شبکه نگهداری شود تا کار پیام قبلی تمام شود.

کلاس  B

دستگاه های پایانی دو طرفه با تاخیر قطعی  Downlink، علاوه بر کلاس A ، دستگاه ها در کلاس B با استفاده از موجهای دوره ای همگام با شبکه می شوند و در زمان های برنامه ریزی شده بازه پینگ های downlink را باز می کنند. با استفاده از این مورد شبکه توانایی ارسال ارتباطات downlink را با تاخیر قطعی بدست می آورد، اما همین امر باعث افزایش مصرف انرژی دستگاه پایانی میشود. زمان تاخیر تا ۱۲۸ ثانیه قابل برنامه ریزی است تا با برنامه های مختلف متفاوت باشد، و مصرف انرژی اضافی به اندازه کافی کم است که هنوز هم برای استفاده از باتری برای برنامه ها قابل اعتماد باشد.

کلاس C

کمترین زمان تاخیر، دستگاههای پایانی دو طرفه، علاوه بر ساختار کلاس  A که از uplink به دنبال دو مسیر downlink میباشد، کلاس C باعث کاهش زمان تأخیر در downlink می شود . چطور؟!!! با نگه داشتن گیرنده دستگاه نهایی در تمام زمان هایی که دستگاه چیزی انتقال نمی دهد (نیمه دو طرفه). بر اساس این، سرور شبکه می تواند در هر زمان بر اساس فرضیه گیرنده دستگاه پایانی باز شود، بنابراین هیچ تأخیری نمی تواند یک انتقال downlink را شروع کند. قدرت تخلیه گیرنده  )قابل افزایش تا ۵۰ ( mW قابل سازگاری است و بنابراین کلاس C مناسب برای برنامه های کاربردی است که نیاز به قدرت و مصرف مداوم دارند. برای دستگاه هایی که از باتری استفاده میکنند، حالت تعویض موقت بین کلاس A و کلاس C امکان پذیر است و برای انجام وظایف متناوب مانند به روز رسانی سیستم عامل از طریق راه دور (OTA) مناسب است.

!!! OTA=Over the Air به طور خلاصه به معنی بروزرسانی دستگاه ها از طریق اینترنت یا موارد دیگر از طریق فواصل دور است.

نظرکارشناس

    در زیر به برخی از مزیت های این شبکه اشاره می شود:

  • تکنولوژی دور برد با مصرف انرژی کم
  • کاربری ساده و آسان
  • بدون نیاز به تغییر در ساختار سیم کشی ساختمان
  • صرفه جویی در وقت و هزینه های کابل و کابل کشی
  • کنترل از طریق موبایل و تبلت با نرم افزار فارسی رایگان
  • قابل استفاده در ساختمان های در حال ساخت و ساخته شده
  • ارتباط دو طرفه (امکان مشاهده وضعیت و گزارش گیری از تجهیزات)
  • اتصال مجدد به صورت خودکار به شبکه در صورت قطع شدن شبکه
  • قابلیت تعریف سناریو و برنامه ریزی توسط کاربر بدون نیاز به تخصص
  • توسعه پذیری آسان (اضافه کردن و به روز کردن تجهیزات بدون نیاز به سیم کشی)
  • تکنولوژی پیشرفته بی سیم (این سیستم بهتر از سیستم هایی با ساختار سیم کشی یا RF می باشد).
  • بدون نیاز به پنل کنترلی (در سیستم های با ساختار سیم کشی شما نیاز به فضای زیادی جهت نصب پنل کنترلی دارید)
  • امنیت بالای شبکه در دو سطح 128 بیتی
  • تکنولوژی بی سیم ضد تداخل با پایداری بسیار بالا (در میان تکنولوژی های بی سیم مورد استفاده، این سیستم توانایی بالایی در مقابله با تداخل امواج دارا می باشد. حتی اگر شبکه توسط امواج بیرونی مورد تهاجم قرار بگیرد کلیه تجهیزات بطور خودکار به کانال جدید انتقال یافته و سیستم به کار خود ادامه خواهد داد.

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *