街灯变成了平台，世界将会怎样
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2022-04-16 08:26
街灯几乎城区最密集的电力基础设施，随着智能城市的兴起，智能街灯开始逐步被采用，如果把若干街灯变成一个多功能的计算基础设施——平台，那将是一种怎样的创新服务呢？
1. 从智能街灯开始
城市中的街灯虽然是一个名副其实的基础设施，然而，如今的城市并不把街灯当作严格意义上的基础设施，街灯和道路、水、能源或电信等是不一样的。基础设施必须对公共接入进行管理，规划目前和未来的使用情况，包括需求，维护，安全保护等等。显然，城市对街灯缺乏这样的关注，而智能街灯的兴起开始有所不同。
所谓的智能街灯，“智能”的含义有时与原来的用途有关，比如与使用量有关的照明，但更多的是为街灯赋予了更多功能，比如传感器、监控、WiFi 接入或电动车充电等等。另外，在智能交通的场景中可以作为计算资源，在5G投入使用后，如果使用的是毫米波频率，那么密集部署的灯杆甚至可以承载“基站”。
如今的数字化时代，计算机是大多数创新和附加价值的核心，云服务将部分应用程序向用户靠近。如果计算和存储资源成为真正智能街灯基础设施的核心，那么部分会与灯杆直接集成。这样的一个基础设施提高了街灯的通用性和可扩展性，但并不能激发街灯用户和供应商的兴趣，因为价格可能不具有竞争力。这也可能是一个典型的怪圈，应用程序的开发者等待基础设施的完善 ，而基础设施提供者等待着应用程序的需求。
2. 审视街灯的自身特点
街灯是城市的重要基础设施，对道路和人行道进行照明，提高了道路使用者和行人的安全感。从智慧城市的概念来看，街灯有三个特点：
原生的电力支持：在大多数城市，街灯都与地下电网相连，地下电网通常与主电网分开，现有的电力线路解决了让物联网头疼的电源问题。
部署密集：由于街灯在道路和人行道上的密集布置，在日常城市生活中已经无处不在。这种密集的部署使得它们可以在城市的任何地方访问，并且有成千上万的实例，提供了高可扩展性。
市政公有：这可能是保证一个基础设施的理想状态，当规章制度得到建立并执行时，私有化也是可能的。
这三个特点或许能够让街灯成为新型城市数字基础的可扩展工具，可扩展的灯杆硬件和应用服务可以形成分布式边缘云网络。
3. 来，设计一个街灯平台
街灯的空间分布与人口的密集程度相关，典型的街灯配置模式只在两盏相邻街灯之间的调节距离上有所不同。路灯的间距由路灯的照明功率、路灯高度、马路宽度等多种因素共同决定。灯具的纵向间距一般为30～50m，设灯间距离呈正态分布，这么短的距离使得它们可以通过高带宽有线(例如，光纤、电力线)或无线技术(如WiFi)连接到城市各处，并形成的网状网络 ，从而实现可扩展性寻址，可以进一步充当城市服务的附近接入点，解决无障碍问题。或许，街灯平台具有作为一个分布式固定可预测的城市服务基础设施的潜力。
3.1 硬件组件
为了实现街灯平台，传统的灯柱首先必须升级，采用适合所需服务的模块化设计，可以根据服务需求和预算，在核心资源分配到精心挑选的街灯上。
IOT 前端组件
在街灯上配置摄像头已经不是什么新鲜事了，一般用于交通监测。诸如空气质量（pm2.5）、噪音和温湿度等传感器用于环境数据的采集，而显示器或扬声器的配置还能增强人们交互。至于强大的组件，例如激光投影仪，甚至可以作为执行器，为人们提供情况感知以及个性化的信息服务。
计算和存储
将计算能力集成到街灯中可能是一个被低估的领域，具有独特功能的街灯实际上可以实现低成本的大规模云部署，使边缘计算最终得到突破。
街灯的升级或许可以从单片机开始，这是一个在性能、低能耗、体积和成本之间的权衡，可以作为传感器数据基本分析或减少网络流量的最低设置。在某些重要节点，可以配置高性能的硬件，甚至支持GPU，以本地使用先进的机器学习算法或基于计算机视觉的算法。如果这些处理器使用可信计算特性，同样可以保护设备提供商的知识产权。
将缓存和存储集成到平台中可以进一步减少冗余或不必要的网络流量，从而防止核心网络中的流量过载。关于隐私的现场元素不应传输 ，而应以加密形式在本地存储，以保护隐私，对于犯罪或事故调查，可允许查看现场的全部数据，但仅限于执法机构。
网络和通信
物联网的连接性是平台的一项基本能力。对于延迟至关重要的应用，光纤或5g 连接将是一个可行的选择，但成本很高。一个街灯的子集可以连接到光纤网络，并充当街灯网络的网关节点。光纤连接的街灯可以通过 WiFi 通信将交通信号传递给其他街灯。与移动基站相结合，几乎可以达到全城市的空间覆盖，密集部署的街灯可以作为毫米波频率的信号发射塔。Wifi 网格可以作为街灯之间的通信技术，提供各种的服务。这样一个分布式的网状网络允许重要的应急通信，避免功能失调，并支持智能城市的信通能力。
能源管理
作为一个消费者，街灯需要电力来主要操作其照明，依靠地下电网的平衡供电，UPS和能量收集元件(例如太阳能)是可选的，但是当常规电源失灵时，例如在停电等紧急情况下，街灯转变为基本上能源自给自足的基础设施。街灯必须管理可用能源，并通过限制非关键的信通技术功能或有意识地调暗光线来平衡负荷。
3.2 软件平台
软件平台可以由本地层和分布式系统层组成。
本地层运行在一个单一的灯上，大概包括3个子层:
模块化的硬件抽象层与各种低层组件通信，同时防止直接访问硬件;
一个合适的操作系统(OS)管理底层的硬件资源，启用可控软件执行(例如权限模型、进程隔离、低功耗管理等) ，并支持基于容器的虚拟化；
本地服务层，提供软件定义的基本云功能、存储、能源和本地管理。根据给定的实时需求，通过加速计算管道对这些子层进行优化。
分布式系统层覆盖在街灯的本地层和互连的网状网络上，负责路由、分布式处理和存储。通信问题(如延迟、网络流量、带宽)应该首先得到解决，而横向计算问题(如网络内部分布式处理)则起主要作用。两个方向之间的智能和相互作用，在高动态环境中的结果交付，有效分配人工智能算法等等，都可能是新的挑战，微服务和无服务计算可能是一个实现的路径。
软件平台需要通过统一的资源管理、功能的提供以及系统优化来实现全局目标，例如高资源利用率和保证服务质量。此外，安全的网络通道和私有加密内存区域应该用来保护提供者的知识产权。
3.3 基础服务示例
基础服务必须是高度可靠的，并由认证或政府机构控制。
例如，无人机交通管控。对于无人机在城市地区的日常使用，街灯或许可以为他们提供充电站，扩大无人机的飞行范围，充当路标，形成一条虚拟的空中走廊，也就是全城空中路线网络，限制可能的坠机地点。沿着这些定义好的和受控制的路径飞行，进行跟踪和定位，可以实现完全自动化的“空中高速公路”。为了安全和保障，街灯可以操作安全系统，可以通过控制一个独立工作的无人机安全芯片进行干预，该芯片可以强制控制着陆。
再例如，民事保护。安装在街灯上的传感器(声学、光学等)组合可以快速反应和识别肇事者。为了防止或侦查严重的犯罪，可以结合所谓的全息传输，能够看到、听到，如同在现场一样，起到威慑作用，全息场景如同身临其境。
3.4 增值服务、应用程序和最终用户
除了基础服务之外，增值服务和应用涵盖了多个应用领域: 旅游业、城市流动性、市场营销、销售、游戏、城市规划、物流、环境等等这些新应用的特性导致了一种新的交互，可能是最终用户、移动设备、各种交通工具 和 城市设施之间的交互。或许，街灯平台可以成为智能建筑/家庭进入智能城市的切入点，为智能照明和能源管理等交换数据。作为城市的神经系统，可以探测到影响城市的环境变化，并自主调整设施以应对这些事件(交通管制)。
具体可能存在哪些应用呢？
高要求的实时服务，特别是3D或AR应用，为使用智能手机或头盔的移动用户提供服务;
城市规划、人流或影响分析的真实模拟;
多视角的街道模型，加强自动车辆的车载模型，以便作出更快、更安全的决定或在没有专门硬件的情况下启用移动控制和交通支持;
紧急应变及管理支援，例如透过面部辨识有选择地搜寻失踪人士;
虚拟现实中的沉浸式可视化和互动，例如，执行疏散、时间旅行、城市漫步、旅游、游戏、销售和市场营销等等。
......
4. 平台治理视角
从市民的角度来看，公民不仅作为其服务的接受者，而且作为合作伙伴来决定他们希望居住的城市类型。一个关键的挑战在于如何让公民在社会和道德上接受这种新技术，同时考虑到负面影响。同时，需要谨慎对待安全和隐私，特别是当基础设施收集和处理用户相关数据的时候。否则，如果基础设施被黑客攻击或滥用，后果可能是灾难性的。因此，一个安全的数据管理和保护隐私的数据分析技术是可取的，可以采用区块链技术确保双向数据跟踪，确保数据使用的可追溯性以及通过智能合约确保数据得到不可否认的证明。
从城市的角度来看，街灯消耗在一个城市的能源预算中会占据较高的比例。智能街灯可能是一个契机，以能源效率高的方式设计街灯平台方案，需要找到一个良好的成本效益平衡点。例如，以开放这一领域的市场竞争，并确保不同制造商之间的兼容性和互操作性。此外，一个城市可以向企业提供经济激励，并出租基础设施资源(部分)来支付成本。对城市发展和规划进行重新思考，扩大基础设施和空中走廊，以及城市设施和救援组织进行可靠整合。
从政府的角度来看，允许平台的建立，并审查与隐私、道德、适用性和随新(技术)机会而来的责任有关的法律问题。为了安全的承诺，许多市民可能会接受牺牲部分隐私。政府允许数据拥有者谨慎和有选择地揭露私人信息，以便能够快速和有针对性地应对紧急情况或反恐。要建立全市无人机空中走廊，必须调整相应的规定，使无人机能够飞近人群，并在城市日常生活中安全共处。
5. 小结
街灯作为一个平台，可以成为智能城市的关键驱动力和赋能技术，为创新的城市应用提出了一个城市范围的基础设施。可扩展的硬件、集成的计算机和基础服务构成了街灯平台的基础。
智能街灯或许是一个契机，如果街灯成为了基于计算机的分布式云平台，我们的生活将是什么样子的？这只是开脑洞？还是一个潜在的机会呢？
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