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LoRa, Internet of things

"Auf der Überholspur in die smarte Stadt" in Zfk 02/2019

Internet of Things Für Kommunen und Stadtwerke eröffnen sich mit smarten Services neue Wege zu mehr Effizienz und neuen Geschäftsmodellen. Allerdings gilt es auch, den Datenschutz und die Kommunikationsanbindung von Sensoren und Aktoren zu beachten. Ein Überblick

In zahlreichen Einzelanwendungen bahnt sich die Stadt der Zukunft ihren Weg. In der künftigen digitalen Kommune sind sie alle miteinander vernetzt, kommunizieren und senden Zustandsdaten: egal, ob Straßenleuchten, Parkplätze oder bald schon Autos. Doch wie können Stadtwerke als Betreiber all dieser smarten Lösungen konkret profitieren? Und welches Potenzial lässt sich noch heben?

Möglichkeiten und Grenzen

Elementare Frage ist: Wo ist Digitalisierung sinnvoll? Denn die Digitalisierung von städtischen Elementen sollte nie zum reinen Selbstzweck werden, sondern immer ein übergeordnetes Ziel verfolgen – Komfort für die Bürger und Kosteneffizienz für die Betreiber. Nicht zuletzt muss natürlich auch das Personal mit Weiterbildungsmaßnahmen befähigt werden, digitale Lösungen zu denken und zu managen. Gleichzeitig ist der Umgang mit den Daten wichtig. In diesem Kontext gilt es auch, neue Sicherheitskonzepte nach KRITIS-Richtlinien zu etablieren. Geht es um digitale Lösungen im öffentlichen Raum, muss stets erst der konkrete Nutzen hinterfragt werden. Das können effizientere Prozesse sein, aber auch neue Einnahmequellen. Die Frage zur Refinanzierung gilt es ebenfalls zu beantworten. Hier können Stadtwerke als digitale Kompetenzträger eine tragende Rolle spielen und entsprechende Dienstleistungen oder Erwerbsmodelle gestalten.

Die Grundlage für smarte Städte

Bevor Smart Cities hierzulande Realität werden, sind noch einige Hürden zu nehmen. Damit die Technologie ihr volles Potenzial entfalten kann, ist eine zentrale Internet-of-Things-Plattform nötig, in der sämtliche Daten gesammelt und verfügbar gemacht werden. Nur so lassen sich Informationen adäquat verwalten und steuern. Der sogenannte IoT-Hub regelt das Zusammenspiel zwischen Sensoren und Aktoren auf der einen und den Anwender-Applikationen auf der anderen Seite. Eine Ende-zu-Ende-Verschlüsselung der zu übertragenden Daten sorgt für die nötige Datensicherheit.
Neben ihrer Verwaltungsfunktion der smarten Sensoren und Aktoren hat die Plattform vor allem eine unterstützende Rolle für diejenigen, die Smart-City-Konzepte für Dienstleistungen und neue Geschäftsmodelle nutzen wollen und dazu die technische Grundlage schaffen möchten. Hier gibt es mittlerweile ein großes Angebot an Produkten und Lösungen.

Kommunikationstypen

Erfolgskritisch ist vor allem die Auswahl der Systeme, die Signale übertragen und Daten austauschen. Für kürzere Distanzen von zehn bis 20 Metern bietet sich mit Bluetooth Low Energy (BLE) eine spezialisierte Form der Bluetooth-Technologie an, die weniger Energie benötigt als ihr konventioneller Bruder und auf allen Smartphones und sonstigen Geräten verfügbar ist. Für größere Übertragungsweiten wurde hingegen das sogenannte LoRa-Funkprotokoll entwickelt. Dieses nutzt in der EU das 868-MHz-ISM-Frequenzband, das bislang nicht reguliert ist, und überträgt Daten bidirektional. Mit einigen wenigen Gateways lassen sich ganze LoRa-Netzwerke aufbauen, die die Daten von verschiedenen Sensoren in der Smart City erfassen und an die IoT-Plattform weiterleiten. Das LoRa-Protokoll eignet sich speziell für größere Reichweiten von zwei bis 15 Kilometern und bietet sich dank des geringen Energiebedarfs für die Erfassung von Sensordaten an. Die LoRa-Gateways erfassen die Signale beziehungsweise Daten der Sensoren auf der Feldebene und senden diese via Internet an einen installierten LoRaWAN-Netzwerk-Server. Über diesen können auch alle angeschlossenen Gateways, Aktuatoren sowie Sensoren verwaltet werden. Ein weiterer Vorteil: LoRaWAN-Server gibt es sowohl als lizensierte Software professioneller Anbieter als auch als Open-Source-Anwendung. Damit sind sie vor allem auch für Stadtwerke interessant, weil sie LoRaWAN-Anwendungen so auf kostengünstige Art und Weise erstellen und nutzen können. Eine noch preiswertere Alternative kann NB-IoT (Narrowband-IoT) sein – ein Schmalband-Service-Bereich im derzeitigen 4G-Mobilfunknetz, der darüber hinaus in Zukunft im 5G-Bereich nutzbar sein wird. Von Anfang 2019 an stellen Telekom, Vodafone und Telefónica flächendeckend NB-IoT zur Verfügung. Damit lassen sich Sensordaten erfassen, ohne dass ein eigenes Netzwerk nötig ist – und das kostengünstig auf Basis spezieller NB-IoT-Datentarife der Mobilfunkanbieter. Leistungsstarke IoT-Plattformen unterstützen idealerweise alle beschriebenen Übertragungstechnologien und Protokolle und lassen es somit für jeden konkreten Anwendungsfall offen, ob BLE, LoRaWAN, NB-IoT oder andere, künftig wichtige IoT-Übertragungstechnologien dafür eingesetzt werden.

Eigeninitiative gefragt

Auf dem Weg zu einem individuellen Serviceportfolio müssen Stadtwerke allerdings auch eigene Erfahrungen sammeln – eine Patentlösung, die für jeden Anbieter an jedem Ort funktioniert, gibt es bislang noch nicht. In der Zukunft werden weitere Standardisierungen dazu beitragen, smarte Technologien als Grundlage für neue Geschäftsmodelle einfach und kostengünstig einzusetzen. Doch nur wer sich frühzeitig auf die digitale Autobahn Richtung Smart City begibt, kommt auch rechtzeitig dort an. Noch ist die Überholspur frei für Unternehmen, Stadtwerke und andere Player.

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