Статья будет опубликована в ближайшем номере журнала «Технологии и средства связи». Раздел «Архитектура решения Smart City компании Huawei» будет опубликован как еще одна статья на правах рекламы под другой фамилией. 

Препринт статьи

Сегодня население земли составляет порядка 7,4 млрд. человек, почти половина – 3,6 млрд., уже проживает в городах. Численность городского населения растет очень быстро: 10 лет назад в городах жило 35-40% людей. Столь быстрая урбанизация создает непомерную нагрузку на городские службы, такие как транспортные коммуникации, аварийно-спасательные и коммунальные службы городов. Многие из них уже исчерпали свои возможности.

Кроме того, к привычным коммунальным службам: снабжение водой, электричеством и газом, добавляется еще и четвертая: связь и электронные масс-медиа. Еще в начале 60-х годов прошлого века американский компьютерный «гуру» Джон Маккарти предсказал, что информация однажды станет такой же коммунальной службой, как вода, газ или электричество.

Поэтому, в мире получает все более широкое распространение концепция «Умный город», «Безопасный город» или «Электронный город» (Smart City, Safe City, E-City). Ее основная цель – повысить эффективность всех городских служб путем применения информационно-коммуникационных технологий, тем самым расшивая «узкие места» и устраняя избыточность в генерации и использовании информации. В настоящий момент уже более 2500 больших и малых городов мира приняли на вооружение эту концепцию и реализуют проекты Smart City в том или ином объеме, архитектуре или функционале информационных систем городских служб.

Пока не существует стандартного определения того, что такое Smart City. В самом общем случае можно утверждать, что Smart City – город, в котором существующие ресурсы городских служб используются наилучшим образом, предоставляя услуги наилучшего качества для жителей города и обеспечивая максимальную безопасность городской жизни, для чего широко применяются ИКТ на основе трех видов базовых сетей: сети связи, Интернета и т.н. «Интернета вещей» IoT (Internet of Things). Конкретная же реализация Smart City для того или иного города зависит от многих факторов: потребностей, задач, стратегии развития и приоритетов, поставленных инициаторами проекта. Следует особо подчеркнуть, что любые проекты «умного города» (видеонаблюдение, госуслуги, интеллектуальная транспортная система, и пр.) не должны быть изолированными, и должны увязываться друг с другом в рамках единой концепции Smart City в масштабах города или региона.

К основным подсистемам Smart City можно отнести следующие:

• Интеллектуальная транспортная система (ИТС), которая оптимизирует движение транспорта, путем отображения дорожной ситуации на уличных информационных панелях и смартфонах пользователей, подсказывает им оптимальный маршрут, управляет работой светофоров в зависимости от загруженности перекрестков, показывает место и время прибытия на остановку общественного транспорта, ориентировочное время, затраченное на дорогу и множество других полезных функций. ИТС она может стать реальным решением сегодняшнего транспортного коллапса, и даст возможность ГИБДД заниматься своими прямыми обязанностями, т.е. обеспечивать безопасность и непрерывность движения, а не заниматься охотой за нарушителями и фиксацией ДТП. В Москве уже приступили к развертыванию элементов ИТС, и это хорошо, если она станет подсистемой «умного города», а не вещью в себе.
• Геоинформационная система (ГИС): как общая «географическая подложка» для всех подсистем Smart City.
• Электронная полиция (ePolice): При любом звонке на пульт «электронной полиции», на карте ГИС мгновенно отображается местоположение звонящего, а на мониторе дежурного открывается окно для регистрации сообщения, его последующей обработки и принятия оперативных мер. Такая система поможет, во-первых, не оставить без внимания ни единого обращения, во-вторых, активно противодействовать злонамеренным вызовам.
• Подсистема безопасности (Safe City): основана на взаимодействии со службой электронной полиции, однако задействует и все остальные чрезвычайные службы: скорою помощь, пожарных, газовиков и энергетиков, для чего используется Единый командный, или ситуационный центр. Такие центры могут быть специализированными – для нужд полиции, экстренных служб, МЧС и пр. На экраны может выводиться изображение с видеокамер, карта города с указанием нужных объектов и их перемещений, и другая необходимая информация.
• Электронное образование (eEducation): включает в себя гораздо больше функций, чем обычное «дистанционное обучение», и помогает реализовать мечту любого студента – «посещать» лекции, не выходя из дома. Сидя за компьютером, студент будет точно также слушать лекцию и видеть преподавателя и следить за его записями на электронной «белой доске» в аудитории. Студент даже может виртуально «поднять руку» из дома и задать вопрос преподавателю. А после лекции можно сразу провести экзамен по усвоению материала. Все записанные лекции сохраняются для последующего просмотра и закрепления материала.
• Электронное здравоохранение (eHealth): Многим городским жителям уже знакомы система электронной записи на прием к врачу. Однако eHealth умеет много больше. Основой системы является единая электронная база пациентов – жителей города. Сейчас при обращении в медучреждение, особенно специализированное, часто приходится начинать с длительных расспросов об анамнезе, симптомах, жалобах, т.к. информации о пациенте у врача на руках может и не быть. Автор сам сталкивался с такой ситуацией: при обращении в специализированную глазную клинику по поводу срочной операции на сетчатке, врач анестезиолог перед операцией потребовал данные флюорографии, на что пришлось потратить дополнительный день, а успех операции определялся часам. Пока автор добывал снимок, время было упущено и операция оказалась сложнее, чем планировалось. В случае eHealth в единой облачной базе данных («medical records») сразу можно было бы ознакомиться с историей, анамнезом, сделанными ранее снимками, проводившимся лечением. Система видеоконференцсвязи с эффектом присутствия (Telepresence), поможет провести консилиум специалистов, рассмотреть в деталях результаты МРТ и рентгенографии, и даже сделать операцию под удаленным руководством высококвалифицированного хирурга.

В систему Smart City может входить и множество других подсистем. Это могут быть, например, единая база данных для страховых компаний, кадастр недвижимости, система обратной связи для жителей города, где они могут указать на имеющиеся недостатки и поломки. Или такая важная система, как Smart Grid для эффективного управления потреблением электроэнергии, что приводит к улучшению экологии городской среды. Различные ИТ-устройства (серверы, системы хранения данных, и пр. и пр.) требуют для своего электропитания все большее количества электроэнергии, а она пока вырабатывается путем сжигания минерального топлива. И все большая его часть приходится электропитание устройств для хранения и обработки информации, что сейчас может составлять до 10-20% энергопотребления крупного города. Поэтому сокращение эти затрат очень важно, с точки зрения как бюджета городского хозяйства, так и экологии городской среды.

Какие же условия нужны для полноценного развертывания системы «умного города»?

• Полномасштабная конвергенция – фиксированной и мобильной сетей, коммуникационных и информационных технологий, голоса, данных и видео (Triple Play), а также взаимодействие как собственных платформ услуг операторов связи, так и сторонних провайдеров, что обеспечивается системой IMS. Все эти процессы мы сейчас наблюдаем, поэтому можно сказать, что конвергенция станет одним из ключевых условий создания систем «умного города».
• Надежность операторского класса и устойчивость к стихийным бедствиям. Одной из подсистем «умного города» является ситуационный центр для чрезвычайных ситуаций, который призван обеспечить быструю ликвидацию последствий различного рода катаклизмов, но для этого нужна доступность оборудования и системы в целом класса «пять девяток» (99,999%), т.е. любой отказ не должен длиться дольше нескольких минут в год. Такая надежность не всегда обеспечивается оборудованием для корпоративных сетей, поэтому к выбору оборудования и архитектуре систем для «умного города следует подходить с критериями надежности «операторского класса».
• «Вездесущий ультра-доступ». От системы «умного города» будет немного проку, если ее услуги будут доступны не везде, а только в местах покрытия сети, и если скорость доступа к услугам будет зависеть от того, сколько пользователей, жаждущих получить информацию, находится в том или ином «хот-споте». Иначе говоря, Интернет должен быть везде и с нужной скоростью, конечно, с учетом приоритета пользователя. Т.е., например, оператор ситуационного центра должен получать доступ к геоинформационной системе практически мгновенно и в нужном разрешении, а покупатель, ищущий бутик в торговом центре – по мере доступности ресурсов, но и его ожидание не должно исчисляться часами или минутами. Решения для такого ультра-доступа уже известны, и широко применяются, например, решение «интеллектуальной битовой трубы» Smart Pipe.
• Экологичность. На первый взгляд, это вовсе не обязательное требование. Однако, что будет стоить жизнь человека в мире торжества информационных удобств и изысков, если ему там будет нечем дышать? А между тем, различные ИТ-устройства (серверы, системы хранения данных, и пр. и пр.) требуют для своего электропитания все большее количества электроэнергии, а она пока вырабатывается путем сжигания минерального топлива. Альтернативные источники энергии пока составляют мизерную долю. И все большая часть сжигаемого топлива приходится на устройства для хранения и обработки информации. Согласно различным экспертным оценкам, уже сейчас эта доля составляет 10-20% энергопотребления крупного города. Поэтому, при выборе решений для реализации концепции «умного города» следует не упускать такой фактор, как энергетическая эффективность оборудования.

Концепция «интеллектуального города» — Smart City (e-City, Safe City и др.) рассматривает город как подобие человеческого организма. Например, система видеонаблюдения – это «глаза», исполнительные органы и городские службы – «конечности и пальцы», транспортная система — «кровеносные артерии и сосуды». Мозг, как орган мышления – органы муниципального управления и ситуационные центры, мозг и память – центры обработки данных (ЦОД). Профессиональные навыки «сити-сапиенс» – различные программные приложения, электронные «госуслуги». Такой подход дает возможность не только комплексно подойти к созданию интеллектуальной системы городского хозяйства, но и сэкономить инвестиции, избежать ненужного дублирования и создания параллельных систем. Как, например, у человека нет отдельных глаз для чтения и для любования утренним восходом, так и нет смысла строить отдельные системы видеонаблюдения для транспорта и для системы безопасности. Их функции можно совместить в единой системе «интеллектуального видеонаблюдения» (IVS) для нужд «умного города».

Как становится ясно из сказанного, любой проект Smart City, это, как правило, глубоко интегрированная система, состоящая из многих подсистем, в которые входят различные функциональные компоненты, каждый из которых может одновременно использоваться во многих подсистемах. Нет большого смысла реализовывать такие проекты «кусочно», например, создавать автономную ИТС, а потом разворачивать отдельные видеокамеры и платформы для системы безопасности. Необходимо начинать работу с выработки общей концепции «умного города», в которой будут учтены, как текущие потребности различных городских служб, так и перспективы развития с учетом демографии, экологии, запросов жителей и потребностей различных организаций и бизнеса. Поэтому в проектах Smart City необходим комплексный подход, что является основной трудностью таких проектов.

Архитектура решения Smart City компании Huawei.

Компания Huawei накопила колоссальный опыт в построении и развитии систем Smart City и, как признанный телекоммуникационный вендор, имеет широкую линейку оборудования и решений (как телекоммуникационного, так и ИТ) для различных уровней решения Smart City: сетей доступа и пользовательских устройств, построения всех видов сетей: телекоммуникационной, Интернет и IoT. Компания имеет обширный опыт в поставках ИТ-оборудования (серверы, системы хранения, маршрутизаторы и коммутаторы), а также инфраструктуры ЦОД. В портфолио компании присутствует обширный спектр оборудования корпоративного класса: системы видеонаблюдения, системы унифицированной связи UC (Unified Communication), контакт-центры, оборудование видеоконференцсвязи (в т.ч. оборудование видеоконференции с «эффектом присутствия» Telepresence.

Компания Huawei реализовала комплексные проекты Smart City в крупных городах Китая населением свыше 15 млн. чел. (Шанхай, Гуанчжоу, Карамай) и других городах мира.

Например, в проекте Smart City для Амстердама компания предоставила решение гибкой программно-конфигурируемой сети Agile Network и сетевого брандмауэра нового поколения, сеть повсеместного доступа WiFi с высокой плотностью. Эта сеть способна давать одновременный доступ для 53 тыс. футбольных болельщиков на стадионе Amsterdam Arena, причем 20% могут транслировать видео со своих смартфонов. В сотрудничестве с компанией SAP для данного проекта была реализована сеть «Интернета вещей» IoT для реализации предиктивной системы обслуживания городского автотранспорта и жилищно-коммунальных устройств на базе технологии Big Data, которая позволила снизить число отказов в год на 70% и на 80% сократить время, необходимое для ремонта. Сеть LTE позволила увеличить число одновременных вызовов с одной соты в 100раз, позволила увеличить покрытие сети и чувствительность сети на 20 дБ по сравнению с традиционной сетью GSM, а также внедрить небольшие и дешевые устройства IoT на базе LiteOS со сроком службы батареи до 10 лет.

Для лондонского аэропорта Heathrow компания реализовала единую опорную сеть 4G с переносом гослоа, данных и видео с поддержкой 20 тыс. терминалов IoT для различных нужд аэропорта.

В России компания Huawei приняла участие в реализации проекта «Безопасный город» в Санкт-Петербурге, предоставив решение по облачному хранению и анализу видеофайлов с 12 тыс. камер системы наружного интеллектуального видеонаблюдения с разрешением 1080р. Решение построено на основе полностью симметричной распределенной архитектуре системы хранения, ориентированной на анализ «больших данных» OceanStor 9000. Емкость системы на первой фазе проекта составила 2 ПБ, с последующим расширением до 40 ПБ. Система обеспечивает высокую надежность хранения при оптимальном использовании дискового пространства, а также высокую степень абстрагирования видеосюжетов, позволяющую быстро найти нужный фрагмент на видеозаписи, тем самым обеспечить высокую оперативность мероприятий по обеспечению безопасности. Кроме того, система позволяет решить множество других проблем, таких как стоимостная эффективность капитальных и операционных затрат, недостаточную масштабируемость существовавших ранее систем хранения, недоиспользование ёмкости хранения. Решение также обладает следующими преимуществами:

• Унифицированное совместное использование ресурсов различными службами вследствие централизованной архитектуры системы хранения формата HD;
• Достаточная масштабируемость на следующие пять лет развития системы;
• Улучшенная безопасность городской среды в результате использования средств интеллектуального анализа содержимого видеозаписей.

Поэтому, работая с компанией Huawei, становится возможным реализовать практически весь спектр аппаратных платформ для решения Smart City, а локализацию решения и создание прикладных подсистем смогут реализовать наши партнеры: системные интеграторы, независимые поставщики программных платформ (ISV), и пр.