La transformación de una urbe en una Smart City solo puede darse a través de la tecnología. Quizás es un concepto básico, pero muchos residentes de ciudades que ya se encuentran bastante avanzadas posiblemente no son conscientes de que son las innovaciones aparecidas bajo el paraguas de la industria 4.0 lo que se usa para mejorar la eficiencia, la calidad de vida y la sostenibilidad de sus lugares de residencia. Para lograrlo, una ciudad inteligente necesita que esta tecnología esté organizada en una infraestructura técnica sólida y bien planificada, compuesta por algunos bloques “básicos” que forman las piezas del engranaje que han de hacer funcionar los servicios “smart” de la ciudad.
Sensores y dispositivos IoT que monitorizan el funcionamiento y captan los datos
Una de las piezas clave de la infraestructura técnica de una ciudad inteligente es la red de sensores y dispositivos del internet de las cosas (IoT). Estos sensores son los que recopilan y transmiten los datos sobre el tráfico, el clima, el consumo de energía, el agua o el estado de los contenedores de basura, entre otros aspectos de la ciudad. Los datos recopilados se utilizan para optimizar el uso de recursos y mejorar la eficiencia en áreas como el transporte, la gestión de residuos y la gestión de emergencias.
Hay miles de empresas dedicadas en exclusividad al mundo de sensores para IoT, pues una Smart City los necesita por decenas de miles en áreas tales como:
- Sensores de temperatura: Utilizados para medir la temperatura ambiente, muchas veces usados en estaciones de medición climática de la ciudad.
- Sensores de humedad: Utilizados para medir la humedad relativa del aire.
- Sensores de movimiento: Utilizados para detectar el movimiento en un área específica y usados para activar o desactivar sistemas cuando hay o no movimiento a su alrededor.
- Sensores de luz: Utilizados para medir la intensidad de la luz, controlar la iluminación de las calles en farolas y postes de alumbrado, etc.
- Sensores de presión: Utilizados para medir la presión en una determinada área.
- Sensores de gases: Utilizados para medir la concentración de gases en el aire y medir la contaminación.
- Sensores de proximidad: Utilizados para detectar la presencia de objetos cercanos y avisar de ello al servicio o sistema que corresponda, por ejemplo, abrir automáticamente una puerta de entrada a un parking inteligente.
- Sensores de vibración: Utilizados para detectar la vibración en una determinada área.
- Actuadores: Utilizados para controlar dispositivos externos, como bombillas, electrodomésticos, etc.
- Dispositivos de seguimiento: Utilizados para rastrear la ubicación de objetos o personas.
- Cámaras: Utilizadas para capturar imágenes y vídeos en calles, avenidas, zonas con mucho transito de gente y vehículos, etc.
- Microcontroladores: Utilizados para procesar y transmitir los datos recogidos por los sensores.
- Dispositivos de comunicaciones: Utilizados para transmitir los datos de los sensores a un centro de procesamiento o a una nube, ya que, si los datos se recogen, pero no se envían a ningún sitio, no tienen utilidad alguna.
Así, estos sensores deben “conversar” y “entenderse” entre sí para poderse enviar los datos recogidos al resto de los dispositivos de la red, por lo que necesitan ciertos protocolos de comunicaciones para ello. Los estándares más comunes utilizados en redes IoT incluyen:
- TCP/IP: Es el protocolo de comunicación de Internet estándar utilizado para transmitir datos entre dispositivos.
- MQTT: Es un protocolo de mensajería ligera diseñado para dispositivos conectados con baja capacidad de procesamiento y ancho de banda limitado.
- CoAP: Es un protocolo similar a HTTP diseñado para dispositivos conectados con baja capacidad de procesamiento y ancho de banda limitado.
- Zigbee: Es un protocolo inalámbrico de baja potencia diseñado para dispositivos domésticos y de automatización del hogar.
- Z-Wave: Es otro protocolo inalámbrico de baja potencia, también diseñado para dispositivos domésticos y de automatización del hogar. La diferencia es que las redes Z-Wave permiten hasta 4 saltos entre dispositivos, mientras que Zigbee no tiene límite efectivo. Las redes Z-Wave son capaces de soportar 232 dispositivos, las redes Zigbee hasta 65000.
- Bluetooth Low Energy (BLE): Es una versión de baja potencia del protocolo Bluetooth que es ampliamente utilizado en dispositivos IoT.
- LoRaWAN: Es un protocolo de comunicación inalámbrica de longitud de onda larga diseñado para dispositivos IoT con baja potencia y ancho de banda limitado.
La red de comunicaciones y de transmisión de datos
Gracias a todo lo anterior, a medida que la sensórica de la ciudad va recogiendo los datos sobre aquellos elementos que están siendo monitorizados (tráfico, consumo eléctrico, iluminación de las calles, estado de los contenedores de basura, calidad del aire, etc.) la siguiente parte importante de la infraestructura técnica de la Smart City es una red de comunicaciones robusta que permita la transmisión de todo ello, pues, como mencionábamos antes, si los datos que se recogen no se envían para ser analizados no tienen ninguna utilidad.
Por lo tanto, esta red debe ser capaz de transmitir todos esos paquetes de información a altas velocidades y con baja latencia para permitir la comunicación en tiempo real entre los diferentes dispositivos y sistemas de la Smart City, y debe ser capaz de conectar a todos los dispositivos y sistemas de la ciudad, incluyendo sensores, cámaras, dispositivos IoT, sistemas de transporte, entre otros.
La mayoría de las ciudades inteligentes usan para ello tecnologías inalámbricas como 5G, LoRaWAN, Zigbee o Sigfox. Esta última, Sigfox, es una tecnología de comunicación inalámbrica de baja potencia y tasa de datos que se utiliza principalmente para conectar dispositivos IoT a una red. Se utiliza para la transmisión de datos en aplicaciones como la monitorización de activos, el seguimiento de vehículos, la telemetría industrial, la automatización de edificios, la gestión de flotas, etc. La tecnología se basa en la comunicación bidireccional a través de la propia red de la empresa Sigfox, que se utiliza para transmitir información de dispositivos a una plataforma de datos en la nube.
Luego, en cualquier ciudad, la red de comunicaciones debe tener una arquitectura escalable y segura para poder adaptarse a las necesidades cambiantes de la urbe y garantizar la privacidad y seguridad de los datos transmitidos.
Respecto al uso de comunicaciones móviles de última generación, algunas ciudades y operadores han optado por hacer pruebas con Open RAN (Red Abierta de Acceso) que es un enfoque para la arquitectura de redes de telecomunicaciones basado en el uso de componentes de diferentes fabricantes, en lugar de utilizar equipos de un solo proveedor. Se busca con ello tener una mayor flexibilidad, escalabilidad y mejorar la competencia en el mercado, abaratando los costes. Open RAN se utiliza principalmente para mejorar la eficiencia en el uso de los recursos de red, reducir los costos de propiedad y facilitar la innovación en los sistemas de comunicaciones, además, también permite mejorar la seguridad y la accesibilidad de las redes en áreas remotas o de bajos recursos.
Finalmente, y en paralelo, se utilizan sistemas de comunicaciones de fibra óptica y coaxiales para conectar edificios y estaciones de tratamiento de datos, y se pueden utilizar tecnologías de comunicaciones satelitales para conectar áreas remotas o de difícil acceso a los que no llegan los sistemas inalámbricos o por cable.
Los sistemas de procesamiento de los datos recogidos de la ciudad
El tercer gran bloque que forma la infraestructura tecnológica de una Smart City es un sistema de procesamiento de datos a gran escala, esencial para convertir los datos recopilados en información útil. Esto suele incluir el uso de tecnologías de inteligencia artificial y aprendizaje automático para analizar los datos y tomar decisiones automatizadas en tiempo real, cada vez con herramientas más potentes que van apareciendo en el campo de la IA para ello.
Agrupados por ámbitos de actuación, existen varios sistemas de procesamiento de datos que se utilizan en una Smart City, siendo algunos de ellos:
- Sistemas de información geográfica (SIG): Utilizados para recopilar, almacenar, analizar y visualizar datos georreferenciados, como información sobre el tráfico, el medio ambiente, los servicios públicos, etc.
- Sistemas de información de infraestructura (SII): Utilizados para monitorizar y controlar los servicios urbanos, como el suministro de agua, el alumbrado público, el transporte público, etc.
- Sistemas de información de gestión de residuos (SIGR): Utilizados para recopilar y analizar datos sobre la generación y gestión de residuos en la ciudad.
- Sistemas de información de seguridad ciudadana (SISC): Utilizados para recopilar y analizar datos sobre la seguridad en la ciudad, como la criminalidad, los incendios, los accidentes de tráfico, etc.
- Sistemas de información de movilidad (SIM): Utilizados para recopilar y analizar datos sobre el tráfico y la movilidad en la ciudad, como los patrones de tráfico, las rutas de transporte público, etc.
La mayoría de los datos se procesan y almacenan con sistemas de cloud computing ya que un sistema de almacenamiento seguro y escalable es necesario para guardar y acceder a los datos recopilados a lo largo del tiempo. Por ello, además, es importante también contar con un sistema de seguridad robusto para protegerlos y evitar la interrupción de los servicios de la Smart City.
Los sistemas de cloud computing funcionan proporcionando una infraestructura de procesamiento y almacenamiento a través de Internet. Los datos recogidos por los sensores y dispositivos IoT se transmiten a través de la red a un centro de procesamiento en la nube, para, una vez allí, proceder a su análisis con herramientas, por ejemplo, de Big Data. Generalmente la mayoría de las ciudades utilizan estas herramientas para analizar los patrones y tendencias en los datos recogidos y para proporcionar análisis predictivos y automatizar decisiones.
Además, el hecho de procesar y almacenar los datos de la urbe en la nube permite a los usuarios y responsables de los servicios acceder a estos desde cualquier lugar y en cualquier momento, lo que facilita la toma de decisiones en tiempo real. También permiten escalar fácilmente el procesamiento y el almacenamiento según sea necesario, para manejar grandes cantidades de paquetes de información que son recogidos por los sensores y dispositivos IoT en una ciudad inteligente cada vez en volúmenes mayores.
Los sistemas de seguridad de las estructuras y servicios de la Smart City
Si la Smart City necesita de los bloques anteriores para poder recoger, transmitir, procesar y analizar el funcionamiento de todos sus servicios, de nada sirve crear toda esta infraestructura si no se instalan además sistemas de seguridad en ellas. Por seguridad, además, entendemos ciberseguridad, es decir, protección frente a hackers y ataques a través de la red. La instalación de estos sistemas en las estructuras de la Smart City es lo que protege los datos y trata de evitan la interrupción de los servicios de la ciudad, e incluye medidas como la encriptación de datos y la autenticación de dispositivos, entre muchas otras.
La interfaz con el usuario
Finalmente, una ciudad inteligente no sería útil al ciudadano si no le aporta los datos y herramientas para poder aprovechar todos los servicios que su urbe le brinda, de ahí que una interfaz de usuario intuitiva es esencial para permitir que los habitantes de la ciudad interactúen con la tecnología y accedan a los servicios que ofrece. En la mayoría de las urbes, esto incluye múltiples aplicaciones móviles, paneles interactivos por las calles y otros medios de comunicación que facilitan que, todo lo anterior, tenga un uso real y práctico para todos los residentes de la ciudad.
¿Para que queremos convertir las ciudades en Smart Cities?
Quizás una parte de la población pueda hacerse esta misma pregunta. La respuesta es que el objetivo principal de convertir una ciudad en una «smart city» es mejorar la calidad de vida de los ciudadanos, en una sociedad cada vez más urbana y donde la población de las ciudades crece y crece sin parar, por lo que es importante hacer que la urbe sea más eficiente, sostenible y competitiva, incluyendo, a grandes rasgos:
- Mejorar la eficiencia en el uso de recursos como el agua, la energía y los servicios públicos.
- Mejorar la movilidad mediante el uso de tecnologías de transporte inteligente, como la monitorización del tráfico en tiempo real y la planificación de rutas de transporte público más eficientes.
- Mejorar la seguridad ciudadana mediante el uso de cámaras de vigilancia inteligentes y sistemas de seguimiento de objetos y personas, para reducir la criminalidad, tema especialmente importante en algunas ciudades del mundo.
- Mejorar la calidad del aire y el medio ambiente mediante el uso de sensores de contaminación y sistemas de gestión de residuos.
- Mejorar la información que tienen los ciudadanos mediante el uso de aplicaciones móviles para el seguimiento de servicios urbanos y sistemas de información pública, y para mejorar la accesibilidad y transparencia de servicios públicos, trámites municipales, gestiones con los ayuntamientos, etc.
- Mejorar la competitividad de la ciudad mediante el uso de tecnologías inteligentes para atraer inversiones y negocios, lo que suele a su vez mejorar la imagen y la reputación de la ciudad a nivel nacional e internacional.
Son muchos los elementos y bloques que permiten que la transformación de una ciudad en su contrapartida inteligente pueda llevarse a cabo. Al final, es tecnología al servicio de la sociedad, y, como tal, encontrar la mejor forma de aplicarla y ponerla en practica es lo que define la calidad de vida que vamos a poder llevar en nuestras ciudades.
