Designing New Business Models for Sustainable …...Redmond, A. and Zarli, A. (2017), Developing New Business Models for Sustainable Urban Design, International Journal of Design Sciences

Designing New Business Models for Sustainable Urban Design

Presented by Dr. Alan Martin Redmond

[email protected] 

Developing and maintaining Smart Grid Applications for City Districts

The main question: Do we “Europe” have agile infrastructures, network systems and operational models for developing and maintaining smart grid applications for our city districts and can we extend our Hyper Connected World through Internet of Things and Big Data?

The objectives:a) To discuss IoT and Energy Market Strategiesb) To investigate business models that focus on energy 

management at the neighbourhood level within a marketing context.

c) To identify the client requirements/business needs for SMART Cities

d) To propose a digital business model for Smart Cities

State the Problem

• The need for reducing energy emission is not only environmental impacts but also financial

• IMF (2008) “the current unsustainable patterns of energy usage do not only relate to costs and risks but also require large investments in green energy”

• The European Union stresses the fact that utilities and Distribution System Operators are facing new challenges in managing their grids with increasing penetration of variable distributed generation i.e. integration of renewables (expected to be up to 50% by 2030 as a clear target established by the European Commission).

Internet of Things and Big Data ‐ Challenges?

• Biggs et al. (2015) recognized that Internet of Things as a function emerged as early as 2005, based on the hyper‐connectivity of our technological advances in fields such as wireless and mobile connectivity, nanotechnology, radio‐frequency identification (RFID) and smart sensor technologies.

• ITU (2012) report defines IoT as, “A global infrastructure for the information society, enabling advanced services by interconnecting (physical and virtual) things based on existing and evolving interoperable ICT.”

• Biggs et al. Challenges:i)  Reliabilityii)  Scalabilityiii) Poweriv) Cost and Ownership of Models 

The Five Key elements of the Energy Union strategy

Five – Year NB‐IoT Connectivity Revenue for Germany

(sourced with permission from Gerard Corcoran 2017)

New Business Models

• Brynjolfsson and McAfee (2014) quoted “As massive technological innovation radically reshapes our world, we need to develop new business models, new technologies, and new policies that amplify our human capabilities, so every person can stay economically viable in an age of increasing automation”

• Yanrong et al. (2014) identified that business model cities are exploring new business models to fund their smart city projects such as i) Cloud Computing, ii) creating revenue from data, iii) pilot projects and iv) smarter procurement.

Financial Techniques

The Energy Hub (E‐Hub)

Agents representing devices operating in a market with an auctioneer agent (sourced from http://www.e-hub.org/agent-based-technology.html)

The B2B2X use case ‘Amsterdam ArenA Innovative Centre (AAIC)’

Common Business Models for City and ArenA (sourced with permission from Corcoran and Piva, 2014)

IoT System Dynamics

Created by Alan Martin Redmond 10/10/2017

Value Chain

Revenue Streams

SDN & NFV can make the service chain & applications shorter 

and simpler

Contracts

Monetize new service innovation via DPI and 

policy changes 

Security Services

Micro segmentation run on instance of network security for 

VIM

Reduced TCO increased elasticity

MEC application framework

Customer Segment

Cost effective solution for mobile operators to reduce congestion 

(Multi‐RAT)

Coverage overlapping various wireless 

networks (LTE, Wifi)

More Efficient Equipment

Simplify multi‐RAT network management

Value Propositions

Sales

Channels

Integrating multiple VIM including Public 

Cloud

Interoperability not achievable without additional protocols

API to support edge computing 

interoperability

Transfer different service simultaneously

Quality management process

Trends

New Services

Cost structure

Performance Improvements

Cost effective solution for mobile operators to reduce congestion

More Efficient Environment

OpenStack APIs controls pools of 

compute, storage & network resources

Radio Controlled heating , lighting 

systems, GPS & WiFi

Digital Business Model

Summary• The business models highlighted how new technologies can provide more sustainable urban environments from a network service view point using IoT infrastructure.

• The E‐Hub case study is an example of Agent‐based technology that implemented smarter financial instruments that can increase investment in new technologies for city districts.

• The AAIC case study illustrated the technological innovation provided by a Chinese company in developing an open‐access wireless LAN infrastructure in the Netherlands.

• ETSI – “future work will take into considerations heterogeneous networks using LTE, 5G fixed and WiFi technologies that will include developer friendly and standard APIs, standard based interface among multi‐access hosts and an alignment with NFV architecture”

• Europe has the capabilities to lead the world in smart grids applications but the European energy and security market needs an integrated electricity system to fully develop the potential of IoT

Questions/References:

ETSI (2017), The Standard, New from ETSI, Issue 2

ETSI – CEPT/ECC Workshop Public Protection and Disaster Relief: Regulatory Changes and New Opportunities for Broadband PPDR, 29 September 2016, Sophia Antipolis, France, (Yannick Lair – LG Electronics, Sebastian Mueller – ETSI, Luis Jorge Romero – ETSI Director General, Ulrich Rehfuess –Nokia Solutions and Network Gmbh & Co. KG)

Huawei (2015), NB‐IOT, Enabling New Business Opportunities, Building a Better Connected World, Huawei Technologies Co. Ltd, Bantian Longgang District Shenzhen518129, P.R. China

Redmond, A. and Zarli, A. (2017), Developing New Business Models for Sustainable Urban Design, International Journal of Design Sciences and Technology, Europia Productions; 15 avenue de Ségur, 75007, Paris, France.

Redmond, A. and Zarli, A. (2017), The Concept Selection of Lean Software and System Engineering Tools for Smart Cities, International Conference on Engineering, Technology and Innovation, 23rd ICE/IEEE ITMC, 27 – 29 June, Madeira Island, Portugal. 

Distributed Automated Systems (DAS)

http://www.bacnet.org/Bibliography/EC‐9‐97/EC‐9‐97.html

LonWorks (local operating network) is a networking platform specifically created to address the needs of control applications. 

Investigating Models (Case Studies)

• “Agent‐based System Architecture is a network of intelligent agents that share facts with other agents and adapt their behavior in response to these shared facts; intelligent agents apply knowledge in the form of rules to transform input to output facts and to make decisions to adapt their behavior” Clymer (2009)

In a report, the ITU outlined 13 specs that networks will need to meet to call themselves 5G, including:• 20Gbps peak download rate • 10Gbps peak upload rate • 30bps/Hz peak spectral efficiency downlink • 15bps/Hz peak spectral efficiency uplink • 100Mbps user experienced download rate • 50Mbps user experienced upload rate

What is 5G? 5G vs 4G and the future of UK mobile networks explainedSean Keach (http://www.trustedreviews.com/author/seankeach

Cyber Physical Systems

Percentage make up of electricity bills