بر اساس آخرین تحقیقات انجام شده، انتظار می‌رود ارزش سهام بازارهای هوشمند از 308 میلیارد دلار در سال 2018 به 717.2 میلیارد دلار تا سال 2023 افزایش یابد. با توجه به این ارقام پیش‌بینی می‌شود که صنعت در سال‌های آینده رشد چشمگیری داشته باشد. در این راستا، کمپانی فورد درباره‌ی به کارگیری فناوری سلولی در تمامی خودروهای جدید خود در ایالات متحده که از سال 2022 آغاز می شود، صحبت کرده است. این وسایل نقلیه ممکن است نیاز به زیرساخت‌های شهر هوشمند داشته باشد تا سطح قابل توجهی از هوشمندی و قابلیت های کلیدی خود را نشان دهند. بدین ترتیب شهرهای هوشمند با راهکارهای اینترنت اشیا (IoT) که شامل موارد زیر می‌شوند، افزایش می‌یابد:
- حسگرهای واقع در زیرساخت‌های شهر هوشمند برای دریافت اطلاعات مختلف شهر
- پلتفرم شهر هوشمند مسئول تجزیه و تحلیل داده ها از سنسورها، اعلان فعالیت‌ها به محرک‌ها و ارائه تصاویر به کاربران است
- اتصال بی‌سیم و انعطاف پذیر شبکه که یکی دیگر از مهمترین اجزا تضمین کننده ارتباط بین سنسورها و پلتفرم است
طراحی شبکه‌های ارتباطی می‌توانند منجر به موفقیت و یا حتی شکست پروژهای شهر هوشمند شوند. به عنوان مثال، انتخاب هوشمندانه شبکه‌ی ارتباطی باید برای ایجاد یک راهکار پایدار و طولانی مدت انجام شود. در این مقاله برخی از ملاحظات کلیدی در انتخاب شبکه مناسب برای یک راهکار شهر هوشمند بررسی می‌شود.
اکثر کشورها به سختی تلاش می‌کنند که زندگی شهری را بهتر و کارآمدتر کنند. راهکارهایی در این رابطه با استفاده از تکنولوژی‌های قابل دسترس سلولی پیشنهاد شده‌اند و برخی از آنها ممکن است در کشورهای مختلف مستقر شوند. اکثر کشورها در حال حاضر پوشش گسترده‌ای از پیشرفت بلند مدت (LTE) را در اکثر شهرهایشان دارند، که می‌تواند برای اتصال به این راهکارهای جدید استفاده شود.
اکثر ساختمانها از پوشش وای‌فای همه‌جا استفاده می‌کنند که می‌تواند سریعترین راه برای راه‌اندازی راهکارهای هوشمندانه شهر باشد. برخی ممکن است راه‌حل‌های ترکیبی را با استفاده از SMS برای انتقال اطلاعات از حسگرها به پلتفرم از طریق یک شبکه GSM یا CDMA ترجیح دهند. این شبکه‌های بی‌سیم می‌توانند ارتباطات مورد نیاز برای ارائه‌ی راهکارهای متناسب با شهر هوشمند را فراهم کند، که معمولا بیت‌های کوچکی از اطلاعات مربوط به حالت‌های شرایط مختلف است.
مزیت استفاده از شبکه‌های قابل دسترس وای‌فای در این است که آنها در حال حاضر اکثر مناطق را پوشش می‌دهند و بنابراین هر سازمان می‌تواند از راهکارهای شهر هوشمند بدون نیاز به سرمایه گذاری‌های بزرگ در زیرساخت شبکه استفاده کند. این می‌تواند سازمان‌های بیشتری را برای کمک به ساختن شهرهای هوشمند تشویق کند. بدین ترتیب اپراتورهای تلفن همراه نیز از طریق ارائه قابلیت اتصال به تعداد قابل‌توجهی از تجهیزات IoT، که انتظار می‌رود تا سال 2020 به بیش از 50 میلیارد دلار برسد، بیشتر می‌شوند. با این حال، استفاده از تکنولوژی‌هایی مانند LTE و CDMA می‌توانند راهکارهای شهر هوشمند برای مصرف کنندگانی باشد که ترجیح می‌دهند که چنین خدماتی را به صورت رایگان و نه به قیمت ارائه دهند.
شبکه‌های تلفن همراه معمولا به دلیل ماهیت استفاده مورد نظر و هزینه‌های عظیم مورد نیاز برای انتقال حقوق ارزش کمی دارند. همچنین این فناوری‌ها ممکن است شامل استفاده از دستگاه‌های گران قیمت که نیاز به نگهداری منظم و شارژ دارند، باشند. با توجه به این هزینه‌های بالا، شبکه‌های بی‌سیم می‌توانند برای همه‌ی راهکارهای هوشمند شهر مناسب نباشند. شهرداری ممکن است مبلغ کافی برای پرداخت این خدمات به نمایندگی از مصرف کنندگان نیز نداشته باشد.
فناوری‌های مختلفی در رابطه با IoT در طول سال‌ها پیشنهاد شده است و به طور فزاینده ای در فضای IoT ادامه می یابد. این شبکه‌های بی‌سیم طراحی شده‌اند تا ارتباطات سریع و کارآمد از بیت‌های کوچک داده‌ها که معمولا در راهکارهای مختلف شهر هوشمند منتقل می‌شوند، ارائه شود. آنها برای اطمینان از شارژ باتری بسیار طولانی برای دستگاه‌های مختلف حسگر مورد استفاده در شهرهای هوشمند طراحی شده‌اند. برخی از محبوب‌ترین LPWAN ها NB-IoT، Sigfox و LoRaWAN هستند.
LoRaWAN در یک طیف رادیویی بدون مجوز عمل می کند و از فرکانس‌های رادیویی پایین با محدوده طولانی استفاده می‌کند. در مناطق خاص اروپا در باند فرکانس 863-870 مگاهرتز، 902-928 مگاهرتز در آمریکا، 915-928 مگاهرتز در استرالیا، 779-787 مگاهرتز در چین و 470-510 مگاهرتز در آفریقا عمل می‌کنند.
محدوده طولانی ارائه شده توسط این تکنولوژی اطمینان می‌دهد که بودجه زیربنایی مقرون به صرفه برای راه‌اندازی راهکارهای هوشمندانه شهر ضروری است. همچنین، این واقعیت که از طیف رادیویی بدون مجوز استفاده می‌کند، نوآوری در شهر هوشمند را فراهم می‌کند و فضایی را برای هر کسی و نه فقط شبکه‌های بزرگ تلفن همراه باز می‌کند. سازمان‌ها می‌توانند از فرکانس‌های رادیویی بدون نیاز به پرداخت هزینه‌های سنگین برای حقوق انتقال استفاده کنند. تنها ناسازگاری ممکن است در مناطقی باشد که فرکانس‌های ذکر شده در دستگاه ها قابل استفاده نباشد.
Sigfox که راهکارهای LPWAN را برای شهرهای هوشمند ارائه می‌دهد، به شدت کم هزینه است و علاوه بر این انرژی مورد نیاز برای اتصال ایمن سنسورهای IoT به پلتفرم‌های هوشمند را در ابر ارائه می‌دهد. این دستگاه از فناوری رادیویی (Ultra Narrow Band (UNB استفاده می‌کند و در گروههای غیر مجاز (868 تا 869 مگاهرتز و 902 تا 928 مگاهرتز، بسته به منطقه) عمل می‌کند. Sigfox همچنین مزایا و معایب مشابه با LoRaWAN دارد.
NB-IoT یکی دیگر از اتصالات محبوب برای شهرهای هوشمند و IoT است و برای برقراری اتصال برای طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های IoT جدید توسعه یافته است. یکی از مزایای آن اینست که می‌تواند با 2G، 3G و 4G با باند فرکانس مجاز (700 مگاهرتز، 800 مگاهرتز و 900 مگاهرتز) همخوانی داشته باشد و پهنای باند فرکانسی 200 کیلوهرتز را اشغال کند. این به احتمال زیاد مورد علاقه بسیاری از تولید کنندگان و اپراتورهای شبکه است. با این وجود، سازمان‌های دیگری که قصد پرداخت هزینه‌های سنگین مجوز برای این باند فرکانس را ندارند، زیان‌آور هستند؛ بنابراین، ممکن است سهم سایر سرمایه گذاران کوچکتر را کاهش دهند.
همانطور که در بالا توضیح داده شد، تمام شبکه‌ها به شیوه‌ای متفاوت هستند و انتخاب آن ممکن است بسته به شرایط، زمان‌بندی و بودجه متفاوت باشد. نتیجه‌گیری این است که یک رویکرد شبکه ناهمگن برای شهرهای هوشمند ضروری است. شهرهای هوشمند باید با استفاده از راهکارهای ارتباطی از طریق طیف گسترده‌ای از شبکه‌های بی‌سیم، از جمله شبکه 5G ساخته شوند. بنابراین، رگولاتوری‌ها باید فرکانس مورد استفاده این فناوری‌ها مدنظر داشته باشند.
