在全球對提高可持續性、減少溫室氣體排放和廢棄物以及有效利用資源的需求推動下，世界各地的城市正在大步邁向智慧城市轉型。智慧城市的設計其基本目標是改善城市運作以及提高居民的整體生活品質，利用物聯網(IoT)技術的進步來有效管理城市資產、資源以及服務。智慧城市將現代城市生活的各個方面數位化，包括公用事業、市政服務、交通控制和大眾運輸，以及水和廢棄物處理系統網路。
全球城市人口快速成長成為促進智慧城市全面轉型的關鍵驅動因素。據估計，每周有130萬人從農村遷移到城市地區，而聯合國預計，到2050年，世界上68%的人口將居住在市中心。城市人口的成長給城市的基礎建設帶來沉重壓力，反之城市也對環境以及有限的自然資源造成了極大壓力。
設計以人為本、以環境為中心的解決方案
智慧城市的基礎建設必須基於網際網路和通訊技術。隨著實地的感測器和連接的增加，以及資料中心運行的演算法越來越多，必然會產出更智慧、更高效的決策。然而，應該謹慎地看待對於智慧城市的願景，避免只關注每個問題的技術方面。智慧城市設計試圖解決非常複雜的人類問題。城市是串連了基礎建設、組織和居民的網路。與每一個有機複雜系統一樣，它的主要屬性在於其複雜性，而不是它的分支或子實體。正如二十世紀的生態學先驅者所揭示，為了獲得最佳結果，應該將這些複雜的系統(試想蟻群、表土層或美國選民系統)作為一個整體來對待。單獨僅與部分互動或做修改，很難引起整個系統的改進。換句話說，在城市衝突中盲目地投入更多的技術，最好的情況是問題不再惡化，最壞的結果是弊大於利。需要記住的是，城市是一個互聯互通的實體網路，一個大規模的社會有機體。
因此，對於智慧城市採取更具建設性的方法，首先要將整個城市系統視為一個整體，如果解決一個問題而不考慮其生態狀況，那麼可能會導致更多、更嚴重的問題。例如，一個城市的目標可能是透過提高電力網路效率來減少能源消耗，進而減少溫室氣體排放。然而，居民可能因為看到更便宜的電費帳單，不再嚴格限制自己的能源使用，這使得系統回到能源平衡點，導致消耗與以前相同或更多的能源。
在這個程度上，智慧城市技術先驅者們需要強調其解決方案的全面影響以及在個體層面的相互關係。因此，一項可靠且可持續地顛覆城市運作方式的技術，必須考慮到城市的廣度和深度。雖然智慧城市許多的想像和理想(抽象的現代設計、飛行投送無人機和自動駕駛汽車)可能成真，但這一願景側重於技術解決方案，而將人的因素排除在外了。
使用Wi-SUN連接各個節點
對人類和環境價值的重視並未削弱目前技術解決方案所提供的豐富性，這裡提到的技術解決方案即大數據和物聯網。物聯網網路揭露了可以引發極大建設性影響的寶貴槓桿點，而城市規劃者才剛剛開始挖掘它們的潛力。技術參與者必須成為智慧城市發展的指南，並確保城市部署靈活且包容的適應性無線平台。隨著越來越多的公司和組織認識到設計高效智慧城市的獨特細微差別，電子產業正在朝著智慧城市應用的無線標準化發展邁進。
2011年，一群廠商發起了基於IEEE 802.15.4g標準的可互操作智慧城市網路的構想，成立了Wi-SUN(無線智慧泛在網路)聯盟(圖1)。Wi-SUN擁有超過300家會員公司，利用廣泛採用且通過驗證的產業標準來實現開放、可互操作的解決方案生態系統，為未來的智慧城市網路提供了無限可能。
圖1 Wi-SUN網路架構
Wi-SUN場域網路(FAN)是一種高度穩健且低功耗的物聯網無線網狀網路，它擁有眾多支援大規模物聯網網路的數據速率選項。使Wi-SUN確立為真正的智慧城市協定的因素在於：它可以支援現有和新興應用的可擴展性、安全性、互操作性以及廣度。Wi-SUN還允許使用模式切換技術以根據應用需求調整數據速率。
到目前為止，大多數智慧城市應用還一直在使用專屬網路，這些專屬網路通常是為特定應用設計的，安全性和升級靈活性有限。它們通常還使用「星型」架構，其中的裝置要與基地台接收器進行通訊。
另一方面，Wi-SUN是一種自建構、自修復的網狀網路，支援數千個節點，不依賴於特定基地台，進而提高了其可靠性和彈性。Wi-SUN FAN架構可以在有連接問題時不斷地在這數千個節點之間更新路由資訊，讓裝置在最需要的時候(例如在極端風暴、網路攻擊、電力使用限制導致輪流停電)獲得完整的網路連接，以及整個城市的持續服務支援。與傳統的低功耗廣域網路(LPWA)相比，Wi-SUN提供更高的資料速率和更低的延遲(表1)，以及低功耗、安全性和互操作性。
此外，Wi-SUN FAN在數據速率和能耗方面提供了靈活性，使用戶能夠更廣泛地處理智慧城市和其他應用。智慧城市應用對底層網路基礎建設提出很高的要求，需要高度的安全性、可靠的連接、發生故障或條件變化時的彈性等等。Wi-SUN FAN以極少的額外基礎建設，在從農村到人口密集的城市社區的各種地形環境中提供安全、經濟高效且彈性的連接。
現今的智慧城市發展鎖定在智慧電表、智慧路燈系統、公共安全、交通監控、噪音監測和污染監控，所有這些都是Wi-SUN的應用目標。Wi-SUN也非常適合用在其他領域，包括將智慧城市感測器(廢棄物管理、販賣機)和分散式能源(DER)整合到電網中。
保護城市最易受攻擊的資產
Wi-SUN的安全優勢是該協定實現差異化的另一個因素，為智慧城市的設計創造了極大的機會。隨著醫院、政府機構、大眾運輸、商業組織和電網越來越容易受到網路攻擊，必須制定對風險的零容忍安全標準。城市正在成為互聯城市網路中的節點，而互聯城市系統的脆弱程度取決於其最薄弱的環節，使得在網路安全方面不能做任何妥協。Wi-SUN為其用戶的安全和保障而創建，具有許多內建的安全功能以確保操作安全，其中最重要的一項是安全認證，可一直追溯到雲端供應商，要知道目前這並不是大多數協定的標準規範。
Wi-SUN在設計時遵循網路安全規則，以確保可靠運行，包括端到端安全、加密、金鑰管理和安全漏洞時的網路隔離。Wi-SUN的一個獨特功能是其本地公開金鑰基礎設施(PKI)整合、基於認證的相互身分驗證以及經過驗證的資料加密和金鑰交換演算法。Wi-SUN FAN存取控制基於PKI並仿照Wi-Fi安全框架。每個Wi-SUN裝置還具備由認證機構在其製造點簽署的唯一證書。
智慧城市計畫將人類生活品質和環境影響提升到更高層次，而與城市基礎建設生態系統合作並在其系統內工作的企業可能會獲得最大的回報，因為他們的計畫有更高持續成功的機會。Wi-SUN在建構過程中牢記這一理念，其技術特性使城市規劃師和技術架構師能夠成功連接城市的基礎建設並適應未來發展，最終為居民和環境資源帶來利益。
在未來幾年，將繼續看到物聯網的進步影響全世界向智慧城市轉變。在改造城市基礎建設和市民生活時，如何平衡城市的眾多要素仍然非常重要，正如在個人和群體層面去平衡如何推進技術、促進可持續性和提高生活品質。
(本文作者為Silicon Labs無線產品行銷經理)