Eine City ist nur so smart wie ihr Netzwerk

Verfasst von Urs Seiler am 04.06.2017 - 23:43

Grossstädte in aller Welt führen immer mehr smarte Technologien ein, um Staus und überfüllte Innenstädte zu vermeiden. In Ländern mit erheblicher Urbanisierung, beispielsweise in Indien und dem Nahen Osten, wird das Konzept der Smart City zunehmend zur Realität. Dabei belasten alle smarten Funktionen und Services, die in die Smart City integriert werden, die bestehende Netzwerkinfrastruktur.

Gastbeitrag von Urs Seiler, Technical Network Specialist bei ALE Switzerland

Der Einsatz von smarten IoT-Geräten nimmt rasant zu. Machina Research schätzt, dass der IoT-Markt bis 2025 auf 27 Milliarden Endgeräte wachsen und einen Umsatz von 3 Billionen US-Dollar generieren wird. Die Geräte, die an das Internet of Things (IoT) angeschlossen sind und von Maschine zu Maschine kommunizieren, tauchen in Städten, in der Industrie und in vielen weiteren Umgebungen auf – zum Beispiel als Überwachungskameras, Sensoren in der Fertigung, aber auch als Strom- und Heizkostenzähler oder medizinische Geräte in Krankenhäusern. Alle diese Anwendungen erfordern ein rund um die Uhr verfügbares Netzwerk, das "weiss", was gerade geschieht.

Konsistenz und Kapazität für Sicherheit entscheidend

Wir sind uns alle der erhöhten Sicherheitsrisiken in Grossstädten und des damit einhergehenden Bedarfs an zuverlässigen, laufend erhobenen Daten bewusst. In den vergangenen Jahren hat die Sicherheit in den Städten einen immer höheren Stellenwert bekommen, und die Konnektivität wird für Apps genutzt, die die zuständigen Institutionen im Notfall alarmieren.

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 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. Zweitens muss eine kontinuierliche Echtzeitübertragung der gewonnenen Daten gewährleistet sein. Dafür sind hochverfügbare Netzwerke mit ausreichender Kapazität erforderlich.

Für diese Aufgaben gibt es nun "smarte" Netzwerk-Switches, die Applikationen erkennen und die Daten über ausgedehnte Netzwerke übertragen. Sie sind in der Lage, Nutzer, Endgeräte und Applikationen situationsabhängig – Normalbetrieb oder Notfall? – bereits auf der Ebene der Hardware zu priorisieren.

Freie Fahrt auf intelligenten Strassen

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 Verkehrsmanagement kann durch die Analyse der Verkehrsströme und eine entsprechende Anpassung der Fahrtrouten wesentlich effektiver werden und Staus minimieren. Aber das Sammeln von Daten, die mehrmals pro Sekunde an Tausenden von Sensoren und Endgeräten – wie Überwachungskameras, Verkehrsregelungsanlagen, Ampeln – erfasst werden, hängt direkt von der Konnektivität ab. Und die Konnektivität steht und fällt mit der kontinuierlichen Leistung des Netzwerks.

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

Smarte Versorger lassen das Licht an

Versorgungsnetze, die Strassenbeleuchtung und die öffentlichen Verkehrssysteme sind nur einige Beispiel für Bereiche, in denen smarte Technologie und Automatisierung die Kosten senken und die Sicherheit erhöhen. 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 verstärken den generellen Trend zu höherer Energieeffizienz in den Städten, einem Ziel, dass angesichts der globalen Erwärmung immer wichtiger wird. Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt heute in Städten, sodass die Reduzierung des Schadstoffausstosses vor allem dort ansetzen muss. Mit dem Modell der Smart City kann die Energieeffizienz gesteigert werden, während gleichzeitig die Betriebskosten sinken und die Lebensqualität der Bürger steigt.

Städtische Netzwerke dürfen nicht zimperlich sein

Netzwerk-Infrastrukturen müssen auch unter schwierigen Bedingungen zuverlässig funktionieren, zum Bespiel bei Stromausfall, hoher Auslastung, wechselnden Temperaturen und rauer Witterung. In unwirtlichen Umgebungen werden widerstandsfähige Switches eingesetzt, die speziell für den industriellen Einsatz entwickelt wurden und extreme Temperaturen, Feuchtigkeit und Vibrationen vertragen. Bei einem Teilausfall des Netzwerks sorgen intelligentes Routing und Priorisierung dafür, dass die Auswirkungen so weit wie möglich abgefangen und kritische Sicherheitsfunktionen erhalten bleiben.

Die "Smarten" sind auf dem Vormarsch

Es gibt auch immer mehr kommerzielle Anwendungen, die vernetzte Endgeräte nutzen. Leihwagen werden über Smartphones reserviert, und 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 Netzwerke werden erforderlich sein, damit der grossflächige Einsatz dieser Städte-Services über die notwendige Konnektivität verfügt. Sollte das Netzwerk unter extremen Bedingungen versagen, würden viele digitale Städte-Services nicht mehr zur Verfügung stehen.

Die Vereinten Nationen schätzen, dass 2050 mehr als zwei Drittel der Weltbevölkerung in Städten leben werden. Das verstopft die Stadtgebiete und belastet die öffentlichen Services viel stärker als geplant. Mit jeder Branche und jeder Applikation, die auf Konnektivität setzen, entstehen neue Anforderungen an die Netzinfrastruktur in der Smart City. Effizientere Services und Infrastrukturen werden nötig sein, damit die Städte wirklich "smart" sind und uns weiterhin die modernen vernetzten Services bieten, an die wir uns alle gewöhnt haben.

In Bereichen wie Gesundheit und Bildung wird die Skalierbarkeit eine ganz wichtige Rolle spielen, insbesondere beim Saisongeschäft. 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. Und da sich die vernetzten smarten Endgeräte bei Menschen jeden Alters durchsetzen, digitalisieren Bildungseinrichtungen zunehmend die Services für ihre Studenten und Mitarbeiter.

In dem Masse, in dem Unternehmen, Personen und der öffentliche Sektor die digitale Transformation vorantreiben, indem sie auf digitale Services und smarte Technologien setzen, werden die Stadtplaner die Bereitstellung von skalierbaren Netzwerken in ihre Pläne zum Aufbau von Smart Cities einbeziehen müssen.