Il 5G per le Smart City

Una connettività mobile pervasiva, sicura ed efficiente per collegarle le persone, gli “oggetti” e la Pubblica Amministrazione e realizzare servizi che utilizzano i dati dei sensori e dei cittadini: questa sono le opportunità offerte dal 5G, dall’IoT e dal Cloud, per realizzare le Smart City del futuro. TIM ha già attivato diverse sperimentazioni in campo per avere un punto di vista privilegiato strategico e tecnologico sulle Smart City e intercettare i modelli di business e gli scenari applicativi più promettenti.

 

Introduzione

Una connettività mobile pervasiva, sicura ed efficiente per collegarle le persone, gli “oggetti” e la Pubblica Amministrazione e realizzare servizi che utilizzano i dati dei sensori e dei cittadini: questa è la chiave di volta tecnologica offerta dal 5G, assieme all’IoT e al Cloud, per le Smart City del futuro.
La connettività 5G e i sensori permetteranno di avere capillarità, efficienza e affidabilità nella raccolta dei dati, di fatto ‘virtualizzando’ le informazioni in tempo reale sulla città. Le piattaforme IoT permetteranno di aggregare in modo strutturato i dati raccolti, fornendo agli strati applicativi le informazioni necessarie allo sviluppo dei servizi. Nel Cloud i servizi saranno principalmente orientati al monitoraggio, alla pianificazione e al controllo sempre più reattivo della città da parte della Pubblica Amministrazione, con viste aggregate e integrate sui dati disponibili, anche grazie all’analisi dei dati tramite tecnologie Big Data e di Artificial Intelligence.
Sarà sempre più possibile coinvolgere anche i cittadini in modo diretto, fornendo loro servizi che sfruttano i dati in tempo reale, e al contempo utilizzando i device mobili dei cittadini stessi come sensori.
TIM punta ad una offerta tecnologica per una città vicina al concetto di “Cognitive City” (città cognitiva) per lo sviluppo di servizi che vanno dal monitoraggio, alla mobilità intelligente, all’informazione turistica, allo smart retail, al supporto per la salute dei cittadini, che verranno coinvolti tramite una partecipazione sempre più attiva nella vita digitale della Città.

 

I vantaggi del 5G a supporto dei servizi per le Smart City

TIM adotta una vision sui servizi Smart City che mette in primo piano l’approccio Mobile First, più volte citato anche nel Piano Triennale per l’Informatica nella Pubblica Amministrazione 2017-2019 recentemente varato dall’Agenzia per l‘Italia Digitale (AgID), dove viene indicato come prioritario erogare un servizio digitale a partire dal canale mobile, per poi estendere l’offerta tramite sito web/PC.
Seguendo questa strategia TIM ha già siglato accordi importanti, per esempio quello con il Comune di Torino per rendere la città, prima in Italia, completamente “5G Enabled” entro il 2020 e con l’obiettivo di sperimentare, in stretto contatto con l’Amministrazione locale, servizi di “5G Smart City”:  public safety, public transport information, ultra-broadband public connectivity, virtual/augmented reality, turismo, realizzando una piattaforma aperta anche alla sperimentazione e all’ideazione di servizi di altri attori. Un’altra iniziativa che vede TIM fortemente coinvolta è il bando, appena chiuso, del Ministero dello Sviluppo Economico “5 città per il 5G”, dove è prevista la possibilità, per le cordate vincitrici, di sperimentare in anteprima in 5 città italiane (Milano, Prato, L’Aquila, Bari e Matera) i servizi 5G utilizzando le frequenze nella banda 3,7-3,8 GHz, previste nella futura rete.
Infine accordi con i vendor, come quello siglato tra TIM ed Ericsson “5G for Italy” [1] permetteranno a TIM di accelerare la realizzazione degli obiettivi.
Questi passi concreti verso le “Città 5G” vengono qui di seguito descritti evidenziando le tecnologie 5G rilevanti e le sperimentazioni in corso coordinate da TIM. Come si vedrà l’approccio nell’ambito Smart City è quello di coprire il più possibile tutte le categorie di servizio previste per il 5G dall’ITU (mIOT, eMBB e URLLC – Figura 2).

 

Le tipologie di servizi per il 5G: eMBB (Enhanced Mobile Broadband), URLLC (Ultra-reliable and Low Latency Communication) e mIOT (Massive Internet of Things). Gli scenari applicativi intercettati da TIM per la Smart City coprono non solo mIOT ma anche eMBB e URLLC

Il recente progresso tecnologico nella miniaturizzazione dei sensori permette già ora di realizzare un’infrastruttura per la Smart City con capacità di “sensing” davvero capillare e lo sviluppo di piattaforme per l’aggregazione di dati eterogenei che possono essere analizzati, visualizzati ed esposti verso i servizi e terze parti. Il sensing può essere anche realizzato attraverso device mobile a bordo di droni o robot per approfondire l’analisi di aree specifiche del territorio cittadino.

 

Sensori IoT e piattaforme nella Smart City

Ad oggi sono disponibili sensori a basso costo in grado di raccogliere informazioni su inquinamento (con diversi valori legati alla qualità dell’aria), livelli di rumore, presenza di persone, riempimento, livelli di luminosità oltre che naturalmente valori atmosferici. I sensori spesso sono integrati in un unico dispositivo che può offrire anche capacità di pre-processing dei dati direttamente sull’hardware. I recenti sviluppi nel campo delle batterie consentono di progettare un deployment con minimi interventi, per esempio coincidenti con la manutenzione periodica o la sostituzione degli apparati (illuminazione, sicurezza) o dell’arredo urbano.
Dal punto di vista della connettività significativi miglioramenti di performance sono già presenti nelle più recenti evoluzioni della rete 4G, con l’introduzione del protocollo NarrowBand IoT (NB-IoT), ma ancora di più la generazione 5G consentirà di avere maggiori velocità di dati, un forte risparmio di batteria (si parla di 10 anni di durata), e una migliore copertura (anche in ambito indoor), realizzando una Smart Urban Communication Infrastructure.
E’ invece compito delle M2M & IoT Connectivity Platforms aggregare in modo uniforme i dati provenienti da diversi sensori. Anche su questo aspetto le tecnologie non mancano: lo standard oneM2M [2], già utilizzato da TIM [vedi approfondimento "Smart Waste a Torino e Smart Bench a Firenze"], permette di realizzare piattaforme IoT per la Smart City adatte a raccogliere diversi tipi di dati in modo sicuro, aggregandoli, mantenendo lo storico, e offrendo alle applicazioni una piattaforma orizzontale, con interfacce di accesso uniformi indipendenti dal protocollo/tecnologia usata per raccoglierli. In prospettiva piattaforme come quelle basate su oneM2M possono essere utilizzate per i City Open Data, grazie anche al supporto semantico già previsto nello standard.

 

Un sensore di Libelium a energia solare per la Smart City (foto by Libelium)

La città vista dalla Control Room

Una volta raccolti e trasmessi i dati, è necessaria una “regia” in grado di controllare la città e avere una vista integrata di ciò che sta succedendo, “il cervello” della Smart City insomma, il luogo dove convergono tutte le informazioni e si prendono le decisioni più importanti. La Control Room viene idealmente realizzata nello stesso spazio fisico delle centrali operative di vari enti comunali e di Pubblica Sicurezza per gestire in modo coordinato le emergenze e accedere a tutte le informazioni disponibili, ottenendo un incremento dell’efficienza e dell’efficacia nella gestione delle situazioni critiche.
Per Smart City Control Room va inteso non solo lo spazio fisico di monitoraggio della città, ma anche la relativa piattaforma di raccolta e integrazione dati che li rende fruibili mediante dashboards e piattaforme applicative di alto livello per visualizzare lo stato in tempo reale della città, realizzando una foto istantanea di ciò che sta accadendo, nonché visualizzare i risultati delle analisi statistiche tramite Big Data e Artificial Intelligence.

 

Control Room TIM

Monitoraggio ambientale

Il monitoraggio ambientale nella Smart City prevede un dispiegamento di sensori al fine di monitorare la qualità dell’aria e la concentrazione di sostanze dannose (ad esempio: NO, NO2, SO, O3, PM2.5, PM5, PM10, …), ma anche i livelli di rumore e illuminazione (es. in zone specifiche o in occasione di eventi), le vibrazioni e la sicurezza strutturale, con costi molto inferiori rispetto alle tradizionali stazioni di rilevamento. L’obiettivo è raccogliere dati in tempo reale per monitorare il raggiungimento di soglie di sicurezza, costruendo una mappatura della città, analizzando dati storici per poi prendere decisioni di pianificazione urbana e di mobilità. Anche i cittadini possono usare i dati resi pubblici per pianificare ad esempio i propri spostamenti in bicicletta, o scegliere le zone meno inquinate dove praticare sport.
La connettività 5G permetterà un dispiegamento efficiente e capillare di questi sensori, anche in mobilità, ad esempio a bordo di veicoli come taxi, bike-sharing, mezzi pubblici. Nel caso del monitoraggio di edifici, i sensori possono essere applicati a strutture critiche: ponti, gallerie, edifici di valore artistico e storico-culturale, e in generale nei territori soggetti ad eventi sismici.

 

Nuovi attori nel mondo IoT: droni e robot

Come si è visto Sensori IoT e control room saranno sempre più un importante supporto per poter prendere decisioni grazie alla disponibilità, in un unico punto, di tutte le informazioni necessarie. Ma cosa accade quando un sensore ci avvisa di una anomalia, quando un insieme di dati e misure ci portano a ipotizzare che vi sia una criticità su un impianto o su un’area, ad esempio, del parco cittadino? La Smart City si arricchirà di “device mobili” intelligenti e connessi alla rete, intendendo in questo caso non gli smartphone degli utenti ma Robot di Servizio che, grazie alla loro capacità di spostarsi nell’ambiente (via terra o in volo), potranno fornire un importantissimo supporto nella fase di analisi e intervento repentino. Droni e robot potranno raccogliere in brevissimo tempo ulteriori informazioni tramite il loro “occhio dal cielo”, permettendo così di valutare le situazioni con molta più sicurezza. Molteplici saranno i servizi che graviteranno attorno a questi robot e la rete 5G sarà un abilitatore che ne permetterà il loro dispiegamento [vedi approfondimento "Cloud Robotics"].

 

Servizi Smart per i cittadini

Smart Mobility e Smart Parking

Un altro utilizzo della rete di sensori IoT per la Smart City e della futura tecnologia 5G è in ambito Smart Mobility per ottimizzare e rendere efficiente la gestione del traffico e della mobilità in città, sia pubblica che privata.
Le comunicazioni V2V (vehicle-to-vehicle) abilitate dal 5G, ad esempio, permetteranno alle auto di comunicare tra loro eventuali situazioni di rischio con bassissima latenza; inoltre auto e mezzi pubblici possono diventare sensori mobili per la città per raccogliere dati di mobilità e per il monitoraggio ambientale.
Lo Smart Parking è un altro ambito di utilizzo dei sensori per anticipare la previsione di occupazione degli spazi, per ridurre il tempo di ricerca del parcheggio e ottimizzare il flusso di automobili in zone particolarmente congestionate, con un impatto complessivamente positivo sul traffico nei centri urbani. Lo scenario prevede il monitoraggio della disponibilità dei parcheggi differenziandoli per categoria di destinazione (ad esempio: disabili, residenti, carico/scarico, forze dell’ordine, ecc.). Si ha così la possibilità di controllare da remoto il corretto utilizzo dei posti auto in base alla categoria prevista. Anche in questo caso è utile una Control Room integrata per la Smart City in grado di reagire con azioni mirate.

L’arredo urbano diventa Smart

Anche l’arredo urbano diventa parte integrante della Smart City contribuendo alla raccolta dati e abilitando servizi smart al cittadino.
La panchina, la fermata dell’autobus, il lampione, i totem informativi sono tutti “oggetti” che possono essere dotati di sensori, e al tempo stesso, possono erogare servizi come: connettività, stazioni di ricarica, informazioni turistiche e di mobilità, stazioni multimediali per fruizione di contenuti turistici.

Smart City e Smart Citizens

Grazie alla disponibilità di reti come NB-IoT e 5G turisti, visitatori occasionali o semplici cittadini diventeranno Smart Citizens: parte integrante di un ecosistema in cui le stesse persone diventano “sensori” della Smart City, fornendo dati di valore e ottenendone in cambio servizi contestualizzati altamente personalizzati.
Tra i servizi per la Smart City e i cittadini in cui TIM è stata coinvolta troviamo 3Cixty [3], un progetto finanziato EIT Digital nel quale dal Joint Open Lab di Milano [4] è stato sviluppato un framework per lo sviluppo agile di "social tourist guide": guide turistiche costruite con il contributo dei turisti stessi. Nell’ambito del progetto un’app dedicata a Expo 2015 è stata pre-installata sui tablet del servizio a noleggio TIM2Go.
Inoltre i JOL di Milano e Trento sono con Politecnico di Milano e FBK parte del progetto EIT Digital CrowdInsights [5], che ha l’obiettivo di raccogliere dati “approfonditi” sulla città grazie al “crowd” (i cittadini), ai sensori IoT di passaggio pedonale dispiegati nella città e tramite l’analisi dei dati dai social network, integrando queste tre sorgenti in una vista aggregata, utile all’amministrazione ad esempio in caso di eventi turistici di rilievo. Nell’ecosistema cittadino sono coinvolti anche ristoratori, albergatori e retailers (vedi approfondimento "Dallo Smart Retail all’Internet of Products grazie al 5G") al fine di offrire strumenti per il planning e per l’analisi delle dinamiche della città in occasione di eventi, e applicazioni informative personalizzate a cittadini e turisti.

eHealth e Salute

Trova applicazione nei servizi di Smart City anche la “Connected Health-Care” ovvero l’opportunità di poter gestire da remoto e in mobilità situazioni di emergenza o croniche mettendo in relazione medici, pazienti, personale sanitario o di assistenza per condividere in tempo reale esami clinici e misure di parametri biofisici e intervenire in caso di necessità. Il 5G consentirà di remotizzare il software di controllo dei dispositivi personali su data center in cloud garantendo quindi basse latenze e accesso real-time a servizi e dati.
I possibili casi applicativi sono:

  • pazienti con patologie croniche, lungodegenti o distanti dalle strutture sanitarie possono essere monitorati da remoto tramite dispositivi medicali inviando le misure al centro medico e interagendo con il personale medico (ad es. tramite video chiamate, telemedicina/teleassistenza);
  • le autoambulanze possono trasmettere in tempo reale all’ospedale di destinazione i risultati di esami, immagini mediche e stato generale della persona soccorsa;
  • i medici possono consultarsi fra loro in tempo reale per effettuare diagnosi congiunte su esami;
  • i lavoratori in contesti di stress/fatica (autisti mezzi pubblici, forze dell’ordine, attività a rischio) dotati di dispositivi wearable in grado di rilevare i parametri vitali possono venire soccorsi in caso di situazioni di emergenza, migliorando così le condizioni di sicurezza sul lavoro per sé o per gli altri.
 

Conclusioni

Come si è visto, l’evoluzione della rete mobile verso il 5G costituisce un elemento chiave per lo sviluppo dei servizi per la Smart City, sia per raccogliere informazioni e renderle disponibili sui cruscotti di sintesi per il supporto alle decisioni, sia per fruire servizi in tempo reale da parte dei cittadini tramite i loro dispositivi mobili e wearable.
Le sfide organizzative che le amministrazioni pubbliche dovranno affrontare per gestire una crescita sostenibile della città su diversi piani dovranno per forza passare da una digitalizzazione delle informazioni necessarie per prendere le giuste decisioni.
Lo scenario che si prospetta, decisamente interessante dal punto di vista delle opportunità  di business, è quello di una città digitale completamente shared e social, nella quale la Pubblica Amministrazione Locale svolge un ruolo di garanzia per il Coordinamento dell’uso di beni e servizi da parte della cittadinanza, basandosi sui dati forniti da sensori eterogenei distribuiti in grado di raccogliere informazioni di contesto ed elaborarli incrociandoli con dati provenienti dai singoli city users.
In una prospettiva di medio termine, quando saranno disponibili applicazioni end to end basate su piattaforma 5G, nasceranno anche nuovi modelli di business tra vendor di tecnologie, operatori e provider di servizi. Anche i processi delle Pubbliche Amministrazioni ne saranno coinvolti, così come gli strumenti di governance delle Smart City.
Le azioni intraprese da TIM per la sperimentazione della rete 5G e dei relativi servizi nella Smart City (“Torino 5G”, bando MISE “5 città per il 5G”, “5G for Italy” e i diversi progetti Europei in cui l’azienda è coinvolta) permetteranno di avere un punto di vista strategico e privilegiato in grado di intercettare i reali modelli di business e gli scenari applicativi più promettenti per queste tecnologie.
La Smart City costituisce sicuramente un terreno applicativo per il 5G molto concreto dunque, e un futuro pieno di opportunità per TIM.

 

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