Article de référence | Réf : TE7616 v1

Smart Cities : état de l’art

Auteur(s) : Luis SUAREZ

Date de publication : 10 janv. 2019

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Présentation

RÉSUMÉ

Cet article présente les perspectives de recherche pour le développement des villes intelligentes ou Smart Cities. Tout d’abord, les smarts grid offrent de nouvelles opportunités pour la production, la distribution et l’échange de l’énergie, issue de sources conventionnelles ou renouvelables. Les réseaux de capteurs sont également primordiaux pour l’extraction de données issues de l’Internet des Objets - IoT (Internet of Things) -  sur lesquelles reposent les nouvelles applications en management urbain. Enfin, les technologies de communication supportées par les concepts de « cloud »  et « software defined networks » (SDN) sont la base de toute l’interconnexion et du management centralisé de tous les éléments d’infrastructure d’une smart city. En conclusion, l’article présente différents scénarios liés aux systèmes de transport, la santé publique, la gestion écologique et l’éducation pour les métropoles modernes.

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ABSTRACT

Smart Cities: a state of the art

In this article, the ensemble of research perspectives towards the development of smart cities is studied. Firstly the characteristics of the network technologies are analyzed and then the applications of new technologies for smart cities, which are supported on such infrastructures, are described in detail.  Initially, the problem of the production, distribution and exchange of energy is studied taking into account the new characteristics provided by the smart-grid technologies for the management and redistribution of conventional and renewable energy resources.  Next, the sensor networks mechanisms are studied by showing their importance for the extraction of data for Internet of Things (IoT) applications which are essential for urban management. In the same way, the communications technologies based on "cloud" and "software defined networks" (SDN) are introduced which are the basis of all the interconnection and centralized management of all the nodes, servers and databases which are part of the infrastructure of a smart city. In particular those scenarios related to transport systems, public health, ecological management and education systems for the modern and future metropolises are studied.

Auteur(s)

  • Luis SUAREZ : Ingénieur-Chercheur - Huawei Moscow Research Center, Moscou, Fédération de Russie

INTRODUCTION

Le monde est en constante évolution et la technologie est un outil destiné à faciliter la vie de toutes les personnes vivant sur cette planète. La croissance technologique est même arrivée à transformer le fonctionnement des villes actuelles, pour répondre aux défis liés à la gestion de métropoles de plus en plus énormes. Le nouveau concept de ville intelligente, plus souvent appelé smart city, change toute l’idée que nous avons du fonctionnement d’une ville.

Par exemple, les mécanismes de management énergétique permettent de répondre aux besoins instantanés et à la demande des différents secteurs de la ville, tout en optimisant l’utilisation des ressources d’énergies, conventionnelle et renouvelable, à disposition :

  • grâce aux « smart grids », la distribution et l’échange dynamique de l’énergie ont été redéfinis, en abandonnant le fonctionnement antérieur, unidirectionnel et rigide, depuis la centrale de génération électrique qui produisait l’énergie vers le consommateur final qui ne pouvait être qu’un acteur passif ;

  • aujourd’hui, le consommateur est devenu beaucoup plus actif. Il peut maintenant analyser en détail sa consommation en temps réel, customiser le budget de consommation à son domicile et même revendre les excédents d’énergie produits par un système de panneaux solaires installés dans son jardin.

Toutefois une telle gestion intelligente impose de mesurer différentes variables de contrôle et donc de disposer d’interfaces pour les applications et les mécanismes de couche supérieure. Ces interfaces reposent sur des réseaux de capteurs, distribués dans la ville et même à l’intérieur des bâtiments et des autres structures pour fournir une interconnectivité dans le contexte de l’Internet des Objets (Internet of Things – IoT, en anglais).

Ainsi, chaque objet à l’intérieur d’une maison, d’un hôpital ou d’un bureau a la possibilité de se connecter à Internet. Le grand challenge est lié à une évolution exponentielle du nombre d’objets connectés, de l’ordre de plusieurs billions dans les années à venir. Pour une ville entière, les mécanismes de coordination réseaux et le traitement d’un volume élevé de données seront donc le défi à relever.

Assurer la connectivité des nœuds dans toute la ville impose bien évidemment un réseau de grande taille. Ce réseau doit répondre aux besoins de latence, capacité, disponibilité, stockage et flexibilité demandés par des applications de divers types :

  • dans ce contexte, nous pouvons nous référer aux nouveaux paradigmes basés sur le cloud, mais aussi aux réseaux software-defined qui apportent la flexibilité exigée par les dynamiques du trafic sur le réseau. Le management permet, lui, de façon centralisée, une reconfiguration rapide des différentes sections du réseau ;

  • un développement rapide de ces technologies devient nécessaire pour permettre le fonctionnement intégral de toute l’infrastructure réseau de manière flexible et agile. Les besoins de latence réduite sont extrêmement importants dans des cas concrets comme les chirurgies à distance ou les systèmes véhiculaires autonomes.

Cependant, parler uniquement de l’infrastructure est inutile. Le concept de smart city n’a aucun sens sans les applications qui servent à la vie quotidienne. Nous nous focaliserons particulièrement dans cet article sur les applications qui supportent des activités liées au transport, à la santé publique, à des aspects écologiques et de l’éducation. Ces domaines constituent l’axe central du bien-être de la population. Le but de cet article est de montrer comment la technologie peut améliorer la vie de tous et de toutes si elle est utilisée d’une façon planifiée en cohérence avec les perspectives de croissance des grandes métropoles.

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KEYWORDS

substainable dévelopment   |   Internet of things   |   smart city   |   cloud   |   intelligent systems

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-te7616


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - International Energy Agency -   *  -  . – World Energy Outlook 2011 : Energy for All (2011).

  • (2) -   REN21 : Renewables 2018 Global Status Report.  -  http://www.ren21.net/gsr-2018/chapters/chapter_01/chapter_01/ (page consultée le 11 juin 2018).

  • (3) -   Engineering and Technology Wiki.  -  http://ethw.org/Pearl_Street_Station (page consultée le 11 juin 2018).

  • (4) - FARHANGI (H.) -   The path of the smart grid, IEEE Power and Energy Magazine.  -  Vol. 8 N° 1, pp. 18-28 (2010).

  • (5) - SAFDAR (B.) et al -   A survey on communication infrastructure for micro-grids, in 2013 9th International Wireless Communications and Mobile Computing Conference (IWCMC).  -  pp. 545-550 (2013).

  • (6) - FANG (X.) et al -   Smart Grid 2014 ;...

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