Das Netzwerk - tragende Säule der Smart Cities

Gartner prognostiziert, dass die Zahl der vernetzten "Dinge" 2016 um 30 Prozent auf 6,4 Milliarden Endgeräte steigen wird. Diese Geräte, die an das Internet of Things (IoT) angeschlossen sind und von Maschine zu Maschine (M2M) kommunizieren, tauchen zunehmend in Städten und industriellen Umgebungen auf: Überwachungskameras, Sensoren in der Fertigung, aber auch Strom- und Heizkostenzähler, medizinische Geräte in Krankenhäusern. Alle diese Anwendungen erfordern ein rund um die Uhr verfügbares Netzwerk, das "weiß", was gerade geschieht. Wie können die heutigen Netzgebungen das leisten?

Konsistenz und Kapazität sind entscheidend für die Sicherheit

Nehmen wir beispielsweise die Sicherheit. Wir sind uns alle der erhöhten Sicherheitsrisiken in Großstädten und dem damit einhergehenden Bedarf an zuverlässigen, laufend erhobenen Daten bewusst. Überwachungsgeräte wie IP-Kameras und Sensoren an wichtigen Gebäuden und Infrastrukturen im gesamten Stadtgebiet können recht einfach installiert werden. Ihr Einsatz ist aber mit zwei Herausforderungen verbunden.

Erstens muss eine kontinuierliche Echtzeitübertragung der gewonnenen Daten gewährleistet sein. Dafür sind hochverfügbare Netzwerke mit ausreichender Kapazität erforderlich. Zweitens muss eine konsistente Servicequalität sichergestellt werden. Das geht nur durch wirksame Priorisierung, die jeweils den richtigen Nutzern, Endgeräten und Anwendungen Vorrang einräumt und ihnen damit eine unterbrechungsfreie Kommunikation bietet.

Für diese Aufgaben gibt es nun "smarte" Netzwerk-Switches, die Applikationen erkennen und die Daten über Application Fluent Networks übertragen. Sie sind in der Lage, Nutzer, Endgeräte und Applikationen situationsabhängig - Normalbetrieb oder Notfall? - zu priorisieren.

Städtische Netzwerke können nicht zimperlich sein

Netzinfrastrukturen müssen auch unter schwierigen Bedingungen zuverlässig funktionieren, zum Bespiel bei Stromausfall, hoher Auslastung, wechselnden Temperaturen und rauer Witterung. Und bei einem Teilausfall des Netzwerks müssen intelligentes Routing und Priorisierung dafür sorgen, dass die Auswirkungen so weit wie möglich abgefangen und kritische Sicherheitsfunktionen erhalten bleiben.

Freie Fahrt in der Smart City

Die für den Straßenverkehr zuständigen Behörden können die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation nutzen, um ein intelligenteres Transportsystem aufzubauen. Das ist IoT in Aktion.

Das städtische Verkehrs-Management kann durch die Analyse der Bedingungen und Verkehrsströme wesentlich effektiver werden. Aber das Sammeln von Daten, die mehrmals pro Sekunde an Tausenden von Sensoren und Endgeräten - wie Überwachungskameras, Fahrzeugdetektoren, Wetterstationen, Verkehrszeichen, Verkehrsregelungsanlagen, Ampeln - erfasst werden, hängt direkt von der Konnektivität ab.

Dabei ist die Datenerfassung nur ein Aspekt. Damit die Daten ihren Nutzen entfalten können, müssen sie mit öffentlichen Anzeigesystemen und den Endgeräten der Nutzer verknüpft werden. Erst dann können sie dazu dienen, die Verkehrsteilnehmer über den Straßenzustand und die Verkehrslage zu informieren und für einen optimalen Verkehrsfluss zu sorgen.

Smarte Energie für die Stromversorgung

Versorgungsnetze, die Straßenbeleuchtung und die öffentlichen Verkehrssysteme sind nur einige Beispiele für Bereiche, in denen der Einsatz von smarter Technologie und Automatisierung die Kosten senken und die Sicherheit erhöhen können.

Sensoren von Smart Grids können die Leistung der Stromversorgung verbessern. Die Integration von Sensoren in IoT-Systeme bildet die Grundlage für intelligente Netzwerke in Städten und Regionen. Diese Sensoren ermöglichen die Echtzeit-Überwachung von Versorgungseinrichtungen. Sie erfassen Daten, mit denen die Stromanbieter das Verteilungsnetz besser analysieren und dadurch die Energie und die Leistung steigern können. Die Fernerfassung von Daten, beispielsweise über Kapazität, Druckflüsse und Temperaturen, hilft dem Bedienungspersonal und den Ingenieuren bei der Ferndiagnose für die präventive Wartung und bei der schnellen Reaktion auf Notfälle.

Alle diese Fortschritte führen zu einer höheren Energieeffizienz in den Städten - ein Ziel, das angesichts der globalen Erwärmung immer wichtiger wird. Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt heute in Städten, so dass die Reduzierung des Schadstoffausstoßes vor allem hier ansetzen muss. Mit dem Modell der Smart City kann die Energieeffizienz gesteigert werden, während gleichzeitig die Betriebskosten sinken und die Lebensqualität der Bürger steigt.

Das ist erst der Anfang

Zusätzlich gibt es immer mehr kommerzielle Anwendungen, die vernetzte Endgeräte nutzen. Leihwagen werden über Smartphones reserviert, ein intelligenter Parkservice stellt sicher, dass der Fahrer bei seiner Ankunft einen Parkplatz vorfindet. Das spart nicht nur Zeit, es vermeidet auch Staus und senkt damit den CO2-Ausstoß. Extrem flexible und skalierbare Netze werden erforderlich sein, damit der großflächige Einsatz dieser Städte-Services über die notwendige Konnektivität verfügt.

Die Vereinten Nationen schätzen, dass 2050 mehr als zwei Drittel der Weltbevölkerung in Städten leben. Das wird die öffentlichen Services zusätzlich belasten. Mit jeder Branche und jeder Applikation, die auf Konnektivität setzt, entstehen neue Anforderungen an die Netzinfrastruktur in der Smart City.

In Bereichen wie Gesundheit und Bildung, wird die Skalierbarkeit eine ganz wichtige Rolle spielen. Im Gesundheitswesen hat es bereits große Fortschritte bei der Einführung von digitalen Services und der weiten Verbreitung von IP-basierter Kommunikation gegeben. Zum "vernetzten Gesundheitswesen" gehören heute die kontinuierliche Patientenüberwachung, die Zusammenarbeit in Krankenhäusern und die Ferndiagnose.

In dem Maße, in dem Unternehmen, Personen und der öffentliche Sektor die Digitalisierung von Services und "Dingen" aller Art vorantreiben, werden die Stadtplaner die Bereitstellung von geeigneten Netzwerken mit hoher Priorität in ihre Pläne zum Aufbau von Smart Cities einbeziehen müssen.