5G - nền tảng gắn kết để smart city phát triển bền vững

Ngày nay, có một nhu cầu cấp thiết cho một loại Kellopsos mới cần giải quyết - một nhà cung cấp chất keo liên kết các bộ phận chuyển động tạo nên một thành phố thông minh; thu thập dữ liệu từ các cảm biến, truyền qua mạng và đến trung tâm IoT, để có được cái nhìn sâu sắc có giá trị bằng cách áp dụng học máy vào dữ liệu đó.

Tiếp nối câu chuyện về Kellopsos, thành phố thông minh đã bắt đầu trở thành hiện thực, nhưng những gì chúng ta đang thấy là một sự tập trung thô sơ vào việc giải quyết một vấn đề riêng lẻ. Ví dụ, chiếu sáng thông minh để giảm hóa đơn năng lượng hoặc bãi đậu xe thông minh để giảm hàng đợi,…. Như vậy là cơ sở hạ tầng riêng biệt được xây dựng cho từng vấn đề cần giải quyết. 

Tuy nhiên, sức mạnh thực sự của một thành phố thông minh là thực hiện cách tiếp cận xuyên suốt bằng cách tổng hợp tất cả các dữ liệu khác nhau như ánh sáng, giao thông, chất lượng không khí v.v.., vào một cơ sở hạ tầng tích hợp và đưa ra quyết định thực sự thông minh với mục tiêu cuối cùng là "Gắn kết". Điều này cũng giúp quản lý bảo mật, với phương pháp tổng thể từ đầu đến cuối để có thể giảm thiểu những xung đột dữ liệu không bảo mật từ IP của các cảm biến khác nhau. Đây cũng là một trợ giúp quan trọng trong việc quản lý và giảm thiểu chống lại các thách thức an ninh ngày càng gia tăng nhắm vào các tài sản cơ sở hạ tầng có giá trị.

Điều quan trọng, tất cả điều này cần được hợp nhất bởi sự tư vấn chính xác ngay từ khi bắt đầu bất kỳ dự án thành phố thông minh mới nào, để đảm bảo đạt được lợi ích rõ ràng nhất. Thực tế chứng minh các giai đoạn lập kế hoạch ban đầu là rất quan trọng trong việc xác định cách thiết kế một hệ thống mang lại giá trị tốt nhất. Điều này nên được thực hiện cả cho các dự án hoàn toàn mới và cho các hệ thống hiện có, gộp nhiều hệ thống khác nhau lại với nhau để làm việc như một thể hoàn chỉnh thống nhất.

Gắn kết công nghệ để thành phố phát triển bền vững

Đã có một số trường hợp tuyệt vời, trên khắp châu Âu, minh chứng cho điều này. Thành phố Eindhoven của Hà Lan là một ví dụ điển hình. Trong nỗ lực để có thể phục hồi sau suy giảm hậu công nghiệp và nhằm thay đổi hình ảnh như một trung tâm đổi mới và sáng tạo, thành phố Eindhoven có ý định muốn triển khai một hệ thống thống nhất để giám sát chất lượng không khí thời gian thực sử dụng các cảm biến NO2 được lắp đặt ở vị trí đèn giao thông. Dự án này mang tên AiREAS, có sự tham gia của các bác sĩ, kỹ sư, nhà nghiên cứu, đại biểu và công dân như một phần của một nền tảng hợp tác mở.

Dự án đã thiết kế và lắp đặt mạng lưới cảm biến đo các chỉ số chất lượng không khí khác nhau tại các đèn giao thông trên toàn thành phố, cùng với mạng IP truyền dữ liệu cho chính quyền để cung cấp số liệu thời gian thực về mức độ ô nhiễm không khí và nhiệt độ. Học máy đã được áp dụng, để các chu kỳ đèn giao thông có thể tự động thay đổi tại các điểm nóng ô nhiễm nhằm giảm mức độ ô nhiễm. Toàn bộ nền tảng được thiết kế theo cách mà nó có thể dễ dàng được mở rộng trong các dự án khác trong tương lai.

Một sáng kiến thông minh khác đó là tại cảng Rotterdam của Hà Lan, cảng lớn nhất ở châu Âu. Ban quản lý cảng Rotterdam (HBR) chịu trách nhiệm xử lý tàu biển an toàn và hiệu quả để đảm bảo sự phát triển bền vững của khu vực cảng. Rotterdam hiện đang chuyển đổi từ cảng vật lý sang cảng kỹ thuật số, với mục đích tàu có thể vào và rời cảng một cách tự động vào năm 2030.

Rất nhiều dữ liệu đã có sẵn trong cảng, như thời tiết và thủy triều, cũng như chuỗi hậu cần. Kết hợp tất cả dữ liệu này vào một nền tảng có nghĩa là cảng có thể xác định liệu một con tàu có thể vào hay không và vị trí cập cảng. Để xây dựng một nền tảng như vậy cần nghiên cứu, xem xét các kích thước của con tàu, độ sâu của luồng nước và điều kiện thời tiết trên tuyến, đến các đặc điểm vật lý của bến. Khi một con tàu rời cảng thì hành trình tiếp theo đã có thể được lên lịch. Điều này đã cho phép cảng quay vòng việc bốc dỡ tàu hiệu quả hơn nhiều.

Thách thức lớn nhất để trở thành một thành phố thông minh gắn kết hiệu quả là miền trải nghiệm; kết hợp các kỹ năng kỹ thuật cụ thể, ví dụ như về đèn giao thông, chất lượng không khí, hiệu quả sử dụng tòa nhà, v.v.. và kinh nghiệm về học máy, phân tích và cơ sở hạ tầng mạng và CNTT. Rõ ràng, cho dù bạn mới bắt đầu hành trình khởi tạo thành phố thông minh hay cần trợ giúp để kết nối các hệ thống hiện có để có được kết quả lớn hơn, điều quan trọng là phải đảm bảo thành phố thông minh sẽ được hình thành và vận hành đồng bộ.

5G - chìa khóa để thành phố thông minh gắn kết thực sự

5G dự kiến sẽ có tác động đến nhiều ngành công nghiệp, từ sản xuất đến chăm sóc sức khỏe. 5G sẽ cho phép tạo ra một cơ sở hạ tầng được kết nối, chẳng hạn như lưới điện thông minh có thể theo dõi và phân tích mức tiêu thụ năng lượng, đèn đường thông minh với thiết bị phát hiệncảnh sát, và đèn giao thông được kết nối trong toàn thành phố để tạo điều kiện cho dòng chảy giao thông liền mạch. 5G là một yếu tố quan trọng để hiện thực hóa thành phố thông minh một cách nhanh nhất.

Khi 5G trở nên phổ biến, tất cả quá trình xử lý sẽ diễn ra trên đám mây, với tín hiệu sẽ không phản xạ bởi các tòa nhà, phương tiện và các bề mặt khác. Vì thế, có thể thấy 5G sẽ giúp tạo ra một mạng lưới các phương tiện giao thông được kết nối với nhau và cung cấp liên lạc gần như tức thì giữa chúng. Để đạt được giao tiếp thời gian thực, các phương tiện cần phải nhận và gửi dữ liệu nhanh nhất có thể, có nghĩa là gửi trực tiếp đến các phương tiện khác, thay vì thông qua cơ sở dữ liệu. Cách thức giao tiếp như vậy đòi hỏi một kết nối bên ngoài các phương tiện giao thông vì công nghệ được sử dụng cho kết nối trong xe ô tô như hiện nay không yêu cầu tín hiệu di động liên tục. Trên thực tế, ngày nay các phương tiện giao thông đang xử lý thông tin nhận được giống như "một chiếc máy tính được gắn trên 4 bánh bánh xe".

Triển khai 5G trong mạng lưới giao thông sẽ có hai loại truyền thông: phương tiện đến phương tiện V2V (Vehicle-to-Vehicle) và phương tiện đến cơ sở hạ tầng V2I (Vehicle-to-Infrastructure). Đầu tiên, những loại truyền thông này sẽ được sử dụng trong các phương tiện có người lái, sau đó được phát triển cho các phương tiện không người lái. 5G là nền tảng công nghệ trong những phương tiện không người lái, vì những chiếc xe tự lái sẽ cần phải phản ứng ngay lập tức với môi trường xung quanh. Với tốc độ kết nối 4G hiện tại, việc kết nối truyền thông mất khoảng 26 ms, nhưng sử dụng 5G sẽ giảm xuống chỉ còn 10 ms. Điều này có tác động tích cực không chỉ đối với việc ra quyết định tự lái và sự thông suốt của truyền thông mà còn về sự an toàn của người lái xe, người đi bộ và toàn thành phố.

V2V sẽ cho phép các chuyến đi "mượt mà" hơn, cuối cùng là giảm lượng khí thải trong khi cho phép giao thông công cộng hiệu quả hơn. Ví dụ: nếu có một tai nạn trên đường phía trước hoặc xe ô tô bị hỏng bất ngờ, chiếc xe gần nhất có thể gần như ngay lập tức truyền thông tin này đến những chiếc xe phía sau để thay đổi tuyến đường tránh tạo ra tắc nghẽn. Hơn nữa, xe ô tô giao tiếp với giao thông công cộng sẽ có thể giúp hành khách lên kế hoạch các tuyến đường thay thế để chọn hành trình nhanh nhất.

V2V sẽ tạo ra một hệ sinh thái được kết nối, khi đó sự chuyển động của giao thông trong thành phố không hỗn loạn, mà giống như nguyên tắc di chuyển của tổ ong. Quay trở lại ví dụ về một vụ va chạm trên đường, nơi một chiếc xe cảnh báo các phương tiện khác thông qua V2V, với thông tin liên lạc V2I, chính chiếc xe đó sẽ giúp các phương tiện khác phản ứng với tuyến đường trước khi chúng va chạm. Ô tô sau đó có thể liên lạc trở lại cơ sở hạ tầng - chẳng hạn như màn hình ở bên đường và đèn giao thông - có thể hiển thị thông tin về vụ va chạm phía trước cùng với thông tin về tuyến đường vòng để tránh tuyến đường đang có vụ tai nạn.

Ngoài việc giảm lưu lượng tránh tắc nghẽn và làm cho tuyến đường trở nên an toàn hơn, Internet trong giao thông còn có thể làm được nhiều hơn những việc như thế. Nó sẽ giúp chính quyền địa phương lập bản đồ chuyển động của tất cả các phương tiện, cho phép quản lý giao thông theo thời gian thực và trực quan hóa dòng phương tiện và năng lực giao thông của một thành phố. Các phương tiện được kết nối cũng sẽ góp phần phát triển các dịch vụ gọi xe (ride-hailing - gồm cả công ty và dịch vụ, trong đó có dịch dụvận chuyển bằng taxi thông thường và xe hơi. Khách thuê tài xế đưa mình đến đúng nơi muốn đến: (1) bằng cách vẫy gọi taxi đang chạy trên đường; (2) bằng cách gọi đến hãng vận chuyển bằng điện thoại, hoặc (3) bằng cách gọi xe và tài xế qua một ứng dụng), vì V2C và V2V cho phép theo dõi vị trí thời gian thực chính xác, hiểu được thói quen sử dụng phương tiện và mức tiêu thụ nhiên liệu của xe.

Tuy nhiên, để đạt được tương lai kết nối này, một số cải tiến cần được thực hiện đối với cơ sở hạ tầng. Vì 5G - thế hệ tiếp theo của công nghệ di động sẽ yêu cầu những thay đổi vật lý đối với kiến trúc mạng hiện có. Tại thời điểm này, phần cứng như anten sẽ cần được thiết lập mới để cho phép tối ưu hóa công suất. Với cách tiếp cận như vậy, dường như tương lai của giao thông được kết nối tùy thuộc vào chính phủ và nhà cung cấp tại mỗi một quốc gia. nB

Tài liệu tham khảo

[1] https://www.technative.io/building-smart-cities-with-the-end-goal-in-mind/

[2] https://www.technative.io/the-role-of-5g-in-bringing-the-reality-of-smart-cities-closer/

(Bài đăng tải trên ấn phẩm in Tạp chí TT&TT số 1 tháng 4/2020)