Narrowband-IoT - Zuverlässige Technologie für die Smart City?

Im digitalen Zeitalter verändert sich der urbane Lebensraum grundlegend und im Internet der Dinge werden die Weichen gestellt, um dem anhaltenden Wachstum standzuhalten. Laut Weltbevölkerungsuhr der Deutschen Stiftung Weltbevölkerung lag die Anzahl an Erdenbürger im August 2021 bei rund 7,9 Milliarden. Im Zuge der Urbanisierung ballen sich immer mehr Menschen in den großen Metropolen und ihren Speckgürteln. Zahlreiche Megastädte entstanden und mit der Einwohnerzahl wachsen die Herausforderungen für die Stadtplanung im Gleichschritt. Umweltverschmutzung, demografischer Wandel, Ressourcenknappheit, Menschenmassen – das Zusammenleben in Ballungsräumen erforderte zukunftsweisende Entwicklungskonzepte. Narrowband-IoT nimmt dabei eine wichtige Rolle ein. Willkommen in der Smart City.

Wo und wieso eine Smart City die Lösung ist

Megastädte sind Ballungszentren mit über 10 Mio. Einwohnern. Weltweit existieren im Jahr 2022 ganze 31 dieser Art Großstadt – 17 Stück davon stehen in Asien. Vor Ort sind die Probleme der globalen Überbevölkerung längts im Alltag der Menschen angekommen. Die Lebensqualität in den fernöstlichen Metropolen sinkt so rapide wie ihr Energieverbrauch ansteigt. Verkehrsprobleme sind im exorbitanten Stadtverkehr für Pendler vorprogrammiert. Insgesamt steht die örtliche Infrastruktur der Megastädte unter einer immensen Belastung – mitunter sogar täglich vor dem Zusammenbruch. In den asiatischen Riesenstädten wurde die Smart City von der technologischen Vision zum globalen Lösungsansatz für eine lebenswertere Umgebung. Nicht zuletzt auch, um die auf europäischen Boden gesteckten Klimaziele zu erreichen.

Die Smart City ist ein Ökosystem voller digitaler Utilities zur Gestaltung und Weiterentwicklung von urbanen Lebensräumen. Durch die stetig wachsende Urbanisierung stoßen bestehende Infrastrukturen schnell an ihre Grenzen und es braucht neue, digitale Anwendungsfälle für die analogen Prozesse an der Belastungsgrenze. So sind drei Personas für die Realisation einer Smart City ausschlaggebend:

Die Netzbetreiber stellen über Glasfaserkabel und 5G-Vernetzung die technische Infrastruktur zur Verfügung und sind zugleich Systemoperatoren zur Kopplung smarter Komponenten wie Smart Lighting, Smart Charging für e-Mobility oder aber auch Micro Grids – die Einbindung dezentraler Energieerzeuger.
Die Lieferanten bieten Komplettlösungen vom Einrichten eines Systems über die Tarifabrechnung und Quartiersversorgung bis hin zum Mietstrom als Direkt- oder Reststrom. Dabei beeinflussen sie durch die Entwicklung von smarten Produkten auch das Verbrauchsverhalten der Kunden.
Die Messstellenbetreiber agieren unter dem Einsatz von Smart Metering als Datendrehscheiben und ermöglichen durch Wissenstransfer die Etablierung von weiteren digitalen Services.

In einer Smart City verwirklichen innovative Technologien der Datenvermittlung die systematische Verknüpfung von alltäglichen Gegenständen mit dem Internet. Diese Smart Devices steigern die Betriebseffizienz, optimieren den Ressourceneinsatz und gestalten die Kommunikation im öffentlichen Raum wesentlich effektiver. Ein Fallbeispiel rund um den angespannten Stadtverkehr: In der Smart City wird die Verkehrslage intelligent gesteuert. Dabei ist nicht nur die Navigation durch das Stadtzentrum digital. Auch die Signaltechnik – z.B. an einer Straßenkreuzung – denkt mit. So werden die Transport- und Verkehrsmittel zielgerichtet durch den Nahverkehr gelotst und Ampeln orientieren sich an der Auslastung. Im Optimalfall E-Auto oder Omnibus mit Brennstoffzelle sind die Mobilitätskonzepte mitunter fast kohlenstoffneutral.

Intelligente Technologien in der Smart City von heute

In Europa bedienen sich viele Kommunen bereits an smarten Technologien, um im Kampf gegen den Klimawandel die Oberhand zu behalten. So wirkt sich die digitale Transformation in der Smart City auf dem gesamten Kontinent unmittelbar auf die Innenstadtentwicklung aus. Schließlich dient das Konzept der digitalen Stadt dazu, dass Wohlergehen ihrer Bürger zu verbessern. Heutzutage haben sich bereits verschiedene Entwicklungskonzepte etabliert, die eine Stadt zur Smart City erheben:

Intelligente Mobilität: Die Smart City verfügt über eine intelligente Verkehrsplanung und -führung. Dadurch werden Staus in den Innenstädten reduziert. Das langfristige Ziel ist ein CO2-freies Nahverkehrsnetz. Die Schadstoffemissionen sollen systematisch reduziert werden – z.B. durch die digitale Unterstützung bei der Parkplatzsuche im Stadtzentrum.
Intelligentes Abfallmanagement: Die Entsorgungswirtschaft hat Mülltonnen entwickelt, die ihre Füllstände eigenständig messen. Die ersten Feldversuche laufen bereits. So könnte die Müllentsorgung der Zukunft ausschließlich entlang von bedarfsorientierten Routen verlaufen – inklusive einer spürbaren Zeit- und Energieeinsparung.
Intelligente Straßenbeleuchtung: Wie im Abfallmanagement wir damit die Einsparung von Ressourcen forciert. Durch die verbauten Sensoren erfassen intelligente Systeme die Helligkeit und das Verkehrsaufkommen. Mit den gewonnenen Daten wird eine Cloud-basierte Software gespeist, welche die lokale Straßenbeleuchtung je nach Bedarf ein- und ausschaltet oder dimmt. In einem Feldversuch konnten dadurch die Elektrizitätskosten um rund 70% reduziert werden. Denn die ersten intelligenten Straßenbeleuchtungssysteme stehen im Jahr 2022 bereits unter Strom – z.B. in Helsinki (Finnland).

Perfekte Vernetzung durch Narrowband-IoT und LTE-M

Die Technologien des Internets der Dinge (IoT) spielen in der Smart City eine zentrale Rolle. Als Smart Devices kommunizieren internetfähige Geräte über das Mobilfunknetz miteinander. Im Fallbeispiel Nahverkehr überwachen sie den Verkehrsfluss, steuern die Ampelsequenzen und öffnen bzw. schließen priorisierte Fahrspuren. Dadurch gestaltet sich der menschliche Fußabdruck im Ökosystem Großstadt „grüner“ als zuvor. Doch erfordert die Vielzahl der notwendigen Smart Devices für die digitale Stadt auch eine hervorragende und großflächige Netzabdeckung.

Ob in Krankenhäusern, Pflegeheimen oder Einkaufszentren – der Einsatz von Narrowband-IoT und LTE-M macht die Cities smart. Mittels Schmalband-Kommunikation (Narrowband-IoT) werden dabei auch entlegene und schwer zugängliche Bereiche in das Internet of Things integriert. So kann das Internet der Dinge im öffentlichen Raum einiges bewirken. Durch den Umstieg auf Public-IoT-Lösungen lassen sich Personaleinsatz und Wartungsaufwand nachhaltig optimieren.

Narrowband-IoT und LTE-M sichern die Konnektivität

Der Einsatz von Narrowband-IoT-Technologie über das LTE-Mobilfunknetz perfektioniert das Entwicklungskonzept der Smart City. Über das Narrowband-IoT können auch Standorte ohne eigene Stromversorgung kostensparend und effizient miteingebunden werden. Der Schlüssel liegt in der optimalen Mobilfunknetz-Ausnutzung von Narrowband gegenüber herkömmlichen IoT-Lösungen. Konkret bedeutet das längere Akkulaufzeiten im Batteriebetrieb und die sichere Datenübertragung. Mit Narrowband-IoT und LTE-M gelingt Maschinenkommunikation auch bis in die entlegenen Winkel der Smart City. Die Vorteile der Technologie auf den Punkt gebracht:

Narrowband-IoT sichert die höchstmögliche M2M-Netzabdeckung.
Mit LTE-M können auch Sprachdaten übertragen werden.
Die Signalstärke von Narrowband-IoT und LTE-M ist gleichbleibend gut – vom Keller bis in die obersten Stockwerke.

Narrowband-IoT für smarte Produkte

Hamburg, Köln, Duisburg, Berlin – auch in Deutschland avanciert das Prinzip „Smart City“ vermehrt zum Zukunftsmodell für die Stadtplanung. Entwicklungskonzepte für Smart Metering, Smart Building oder Smart Parking fließen in den Großstädten bereits in die Innenstadtentwicklung mit ein. Intelligente Aufzüge und Heizungen, vernetzte Parkscheinautomaten oder smarte Mülltonnen unterstützen eine effiziente Verwaltung, beim Klimaschutz im Transportwesen oder durch optimierte Verkehrsabläufe. Dabei ist die Intention allerorts gleich: Es geht um die Einführung von mehr Prozesseffizienz, Transparenz sowie neuer Services und Geschäftsmodelle. Dafür sind klare Strukturen rund um die notwendigen Ressourcen und benötigten Kompetenzen enorm wichtig.

In ihrer Strategieentwicklung für die Smart City sollten IoT-ambitionierte Kommunen zunächst die für sie thematischen Schwerpunkte definieren. Gilt es den Energieverbrauch zu drosseln oder nebst der Verkehrslage die Pendler zu entlasten? Überwiegen die Verkehrsprobleme oder wird vielleicht eine innovative Lösung für die Kontrolle der Mautpflicht gesucht? Als 100% Tochterunternehmen der Vodafone ist grandcentrix Ihr hiesiger Experte für die Organisation des Digitalisierungsprozesses mit Fokus auf Narrowband-IoT. Sie wollen mehr wissen? Über den Einfluss von Narrowband-IoT auf Smart Metering, die Smart City und ihre Smart Buildings haben wir in enger Zusammenarbeit mit unserem Partner Device Insight ein detailliertes White Paper verfasst. In NARROWBAND-IOT FÜR SMARTE PRODUKTE werden die Vorgehensweise und Vorteile ausführlich beleuchtet und anhand realer Use Cases erläutert – z.B. durch das digitale Out-of-Bed-System in Zusammenarbeit mit Stiegelmeyer.

Digitalranking für Deutschlands Großstädte: der Smart City Index

Gibt es einen lokalen Online-Bürger-Service? Wie sind die Qualität und Dichte der Sharing-Angebote für Mobilität? Nicht zuletzt das Stichwort „Glasfaserkabel“: Wie steht es um die Breitbandverfügbarkeit vor Ort? Der Smart City Index schafft Klarheit. Für die Beantwortung der Fragen haben die Experten von Bitkom Research in fünf Themenbereichen rund 11.000 Datenpunkte erfasst, überprüft und qualifiziert. Das Digitalranking ist für jede deutsche Großstadt ab 100.000 Einwohnern einzeln abrufbar und die Top 10 des Smart City Index 2021 finden Sie hier.