Sichere, nachhaltige intelligente Städte und das Internet der Dinge


Die Smart City ist längst keine Zukunftsvision mehr. Durch die innovativen Lösungen auf dem Sektor des Internet der Dinge (IoT) gibt es solche Städte bereits - und sie entwickeln sich rasant weiter. Die Kommunen nutzen Mobilfunk- und Schwachstrom-Breitbandnetze (LPWAN), um ihre Infrastrukturen besser zu vernetzen, die Effizienz zu steigern sowie Komfort und Lebensqualität der Bewohner wie auch der Besucher zu erhöhen. 
 

Was ist eine Smart City?

Als Smart City bezeichnet man ein Konzept - vornehmlich auf der Basis von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) - das die nachhaltige Entwicklung der Städte vorantreiben soll, damit diese auf die wachsenden Herausforderungen, mit denen sie sich heute konfrontiert sehen, reagieren können. Eine grundlegende Komponente dieses ICT-Konzepts ist ein intelligentes Netzwerk aus vernetzten Objekten und Geräten, welche Daten über drahtlose Verbindungen und die Cloud übertragen. Cloud-basierte IoT-Anwendungen dienen dann zur Zusammenführung, Analyse und Verwaltung der Daten in Echtzeit, um den Gemeindeverwaltungen, Unternehmen und Bürgern Entscheidungen zu erleichtern und ihre Lebensqualität zu verbessern.

Die Menschen nutzen diese Smart-City-Systeme auf vielfältige Art und Weise mit dem Smartphone und anderen Mobilgeräten, aber auch durch vernetzte Fahrzeuge und Häuser. Durch die Verknüpfung von Geräten und Daten mit der physikalischen Infrastruktur und den Diensten einer Stadt können Kosten eingespart und die Nachhaltigkeit verbessert werden.. Die Kommunen sind mithilfe des IoT in der Lage, die Energieversorgung und Müllabfuhr zu rationalisieren, Staus zu verhindern und sogar die Luftqualität zu verbessern.
Connected Cars, connected traffic lights for real time traffic; smart city technologies are optimizing infrastructure, mobility, public services and utilities
So empfangen beispielsweise die vernetzten Ampeln Daten von Sensoren und Fahrzeugen, wodurch sich die Ampelschaltungen dem Verkehr in Echtzeit anpassen lassen, um lange Wartezeiten zu verhindern oder zu reduzieren.. Vernetzte Fahrzeuge kommunizieren mit Parkautomaten und Ladestationen und leiten den Fahrer zum nächsten freien Parkplatz bzw. zur Ladestation. Intelligente Mülltonnen senden eine Meldung an den Abfallentsorgungsbetrieb, der seine Abholungen anhand des Bedarfs organisiert - anstelle eines festen Abholplans. Personalausweiß und Führerschein werden im Smartphone des Bürgers vereint, welches Behördendienste erleichtert und beschleunigt. Mit diesen intelligenten Technologien lassen sich die Infrastrukturen, Mobilität, behördliche Dienste und öffentliche Einrichtungen optimieren.

Warum benötigen wir Smart Cities?

Die Urbanisierung schreitet immer weiter voran. Heute leben 54 % der Menschen weltweit in Städten - ein Prozentsatz, der bis 20501 66 % erreichen soll. Setzt man dies in Zusammenhang mit der wachsenden Weltbevölkerung, werden in den kommenden drei Jahrzehnten2 weitere 2,5 Milliarden Menschen in Städten leben. Umweltschutz, soziale und wirtschaftliche Nachhaltigkeit sind unerlässlich, um mit der wachsenden Bevölkerung Schritt zu halten, welche die Ressourcen der Städte auf eine harte Belastungsprobe stellt. 

Mehr als 190 Länder haben daher bereits Ziele für ein nachhaltiges Wachstum beschlossen; die Smart-City-Technologie ist ein Schlüsselfaktor für den Erfolg dieser Vorhaben.  ​Was ist eine Smart City?​ Wie macht die IoT-Technologie Städte intelligenter und besser?

Sichere drahtlose Verbindungen und das IoT verwandeln herkömmliche städtische Objekte - wie die Straßenbeleuchtung - in intelligente Beleuchtungssysteme mit erweiterten Einsatzmöglichkeiten. Integrierte Solarenergie und Vernetzung mit einem zentralen cloud-basierten Steuersystem zur Verknüpfung der Beleuchtung mit anderen Komponenten des Systems sind weitere Vorteile des Konzepts. 

Diese Lösungen gehen über einen einfachen Beleuchtungsbedarf weit hinaus. Leistungsstarke integrierte Sensoren in den Lampen können Pendlern Verkehrsprobleme  melden, geben Wetterwarnungen ab und warnen bei Umweltgefahren. Straßenbeleuchtungen können zudem freie Parkplätze und Ladestationen orten und dem Autofahrer über eine App den freien Platz anzeigen. An geeigneten Stellen wäre es sogar möglich, die Laterne selbst als Ladestation zu nutzen! Wirklich spannend! Doch wie lässt sich das alles erreichen?

4 Faktoren entscheiden über den Erfolg einer „Smart City"

 

Neben den grundlegenden Komponenten einer Stadt, d.h. den Menschen, Wohnungen, Geschäften und städtischen Infrastrukturen, sind folgende 4 Faktoren für einen gelungenen Wandel zu einer Smart City von Bedeutung:

  1. Flächendeckende drahtlose Vernetzung
  2. Open Data
  3. Vertrauenswürdige Sicherheit
  4. Flexible Monetisierungskonzepte

Sehen wir uns das einmal genauer an…

Was wäre die beste drahtlose Vernetzungstechnik für die Smart City?

Das Fundament für die Umsetzung einer Smart City ist eine zuverlässige, flächendeckende drahtlose Vernetzung. Es gibt hier natürlich kein allgemeingültiges System, Lösungen mit Schwachstrom-Breitbandnetzen (LPWAN) eignen sich jedoch aufgrund ihrer Kosteneffizienz und generellen Verbreitung für die meisten kommunalen Anwendungen. Dies umfasst LTE Cat M, NB-IoT, LoRa, Bluetooth und ein paar andere Netze, die zur Vernetzung der Stadt beitragen. Das mit Spannung erwartete 5G-Netz soll ein entscheidender Wendepunkt sein, der die Technologie der Smart City allen zugänglich macht und Neueinrichtungen beschleunigt. Hierzu sind jedoch noch einige andere Elemente notwendig…

Öffnung der Data Vault

Die Behörden, Unternehmen und Privatpersonen sind historisch gesehen daran gewöhnt, ihre Daten stets unter Verschluss zu halten und diese so wenig wie möglich zu teilen. Datenschutzanliegen und die Angst vor Sicherheitslücken haben weit mehr Gewicht, als der Wert von geteilten Informationen. Ein Kernfaktor für eine nachhaltige Smart City ist jedoch genau dieses Teilen von Informationen unter allen Akteuren, die Teil dieses komplexen Systems sind, und die anschließende kontextbezogene Kombination der in Echtzeit analysierten Daten. Nur auf diese Weise lassen sich aufgeklärte, fundierte Entscheidungen in Echtzeit treffen. Die verschiedenen Branchen müssen zusammenarbeiten, um bessere, nachhaltige Ergebnisse durch eine Analyse der kontextbezogenen Echtzeitdaten zu erzielen, die von den fachspezifischen Informations- und Betriebstechniksystemen geteilt werden.

Amsterdam ist ein herausragendes  Beispiel für eine gut vernetzte intelligente Stadt, die von den Vorteilen einer Öffnung der Data Vault profitiert. Die Stadt teilt Verkehrs- und Transportdaten mit interessierten Beteiligten, wie Entwicklern, die dann vernetzte Kartografie-Apps für die Verkehrssysteme der Stadt entwickeln. So ist die Navigation durch die Stadt für alle Menschen per Fingertipp möglich. Zusätzlich baute die Stadt autonome Lieferboote, die sog. „Roboats", die Bestellungen fristgerecht an den gewünschten Ort bringen sollen. Es wird auch der Gedanke von schwimmenden Vierteln unterstützt, die das Wohnungsproblem in der Stadt durch eine nachhaltige, energieeffiziente Alternative lösen sollen. Der Strom wird in dem Viertel selbst erzeugt, und die Häuser beziehen das Wasser, das vor dem Gebrauch in eigenen Tanks gefiltert wird, direkt aus dem Fluss. All das ist ohne geteilte Daten nicht möglich.

Kopenhagen setzt das Open-Data-Konzept in Kooperation mit dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) zur Entwicklung eines innovativen intelligenten Fahrradsystems ein. Die integrierten Sensoren übermitteln Echtzeitinformationen an den Radfahrer und Verwalter; die Daten zur Überwachung und zum Management der Luftqualität und des Verkehrs werden ebenfalls geteilt.

Auch wenn das Teilen von Daten unerlässlich ist, so öffnet eine offene Vault gleichzeitig Cyberkriminellen Tür und Tor. Wie also lassen sich die persönlichen Daten schützen und gleichzeitig mit den Akteuren teilen?

Ist es möglich, sichere und verlässliche Smart Cities aufzubauen?

Ist es möglich, sichere und verlässliche Smart Cities aufzubauen?Vernetzte Kameras, intelligente Verkehrssysteme und Überwachungssysteme für den öffentlichen Raum können zusätzlichen Schutz bieten und Menschen im Notfall helfen. Wie aber lassen sich die intelligenten Städte selbst schützen? Wie können wir sie vor Hackern, Cyperangriffen und Datendiebstahl verteidigen? Sobald sich verschiedene Akteure Informationen teilen sollen, wie können wir wissen, dass die Personen wirklich jene sind, für die sie sich ausgeben? Wie können wir uns darauf verlassen, dass die übermittelten Daten korrekt und wahr sind? Die Antwort liegt in der physikalischen Data Vault, einer starken Authentifizierung und ID-Managementlösungen.

Eine Smart City kann nur dann funktionieren, wenn wir ihr vertrauen können. Alle Partner - Behörden, Unternehmen, Softwareanbieter, Gerätehersteller, Energieversorger und Netzwerkbetreiber - müssen ihren Teil dazu beitragen, damit bei den von ihnen integrierten Lösungen die folgenden 4 Kernziele in punkto Sicherheit erfüllt werden:

  1. Verfügbarkeit: Ohne verfolgbaren, zuverlässigen Datenzugang in Echtzeit wird die Smart City keinen Erfolg haben. Es ist folglich entscheidend, auf welche Weise die Daten erhoben, gefiltert und geteilt werden - gleichzeitig dürfen die Sicherheitslösungen sich nicht nachteilig auf die Verfügbarkeit auswirken.
  2. Integrität: Smart Cities hängen von der Zuverlässigkeit und Korrektheit der Daten ab; daher sind Maßnahmen zu treffen, um sicherzustellen, dass die Daten nicht manipuliert wurden/manipulierbar sind.
  3. Datenschutz: Unter den zusammengeführten, gespeicherten und analysierten Daten befinden sich auch personenbezogene Daten der Verbraucher. Eine unzulässige Offenlegung sensibler Informationen ist somit durch adäquate Maßnahmen zu verhindern.
  4. Verantwortung: Die Nutzer eines Systems müssen für ihre Handlungen verantwortlich sein und zur Rechenschaft gezogen werden können. Ihr Zugriff auf sensible Systeme sollte gesperrt und das Einloggen auf einen speziellen User beschränkt sein. Diese Logins müssen fälschungssicher sein und einen hohen Integritätsschutz aufweisen.

Um diese Sicherheitsziele zu erreichen, müssen eine starke Authentifizierung und ID-Managementlösungen im System integriert sein, so dass die Daten wirklich nur mit befugten Personen geteilt werden können. Die Lösungen müssen gleichsam das Backend vor Hackern und unerlaubtem Zugriff schützen. In diesem Zusammenhang ist positiv zu vermerken, dass aufgrund der wachsenden Sicherheitsbelange im digitalen Umfeld neue Gesetzen gegen Bedrohungen und potenzielles Versagen des Marktes im Entwurf sind. Gesetze wie der IoT Cyber security Improvement Act in the U.S. (US-Verordnung zur Verstärkung der Cybersicherheit im IoT) werden helfen, ein Minimum an Sicherheitsanforderungen für vernetzte Geräte zu erlangen.

Der finanzielle Nutzen: wie lassen sich Smart Cities monetarisieren?

In der Ära des Internets der Dinge und der Smart Cities sind Daten das neue Erdöl. Für eine florierende intelligente Stadt müssen nachhaltige Geschäftsmodelle entwickelt werden, die den Erfolg aller Akteure gewährleisten. Hierzu braucht es maßgeschneiderte Software für die IoT-Lösungen, damit alle Beteiligten, wie OEMs, Entwickler, Integratoren, Behörden usw., eine Nutzen hiervon haben. 

Die Urheberrechte eines jeden Einzelnen müssen gewürdigt und honoriert werden. Durch die Registrierungsfunktionen der Software entsteht ein neues Geschäftsmodell, über das jeder Beteiligte Wert aus seinen Beiträgen zum System schöpft. Die registrierungsbasierten Modelle sind eine Möglichkeit, finanziellen Nutzen aus der Hardware und Software dieser intelligenten Infrastrukturen zu ziehen und gleichzeitig die Anfangskosten für die Einrichtung zu verteilen - wodurch ein hoher einmaliger CapEx-Aufwand entfällt. Teure medizinische Geräte, wie beispielsweise MRT-Scanner, könnten vom Krankenhaus auf einer Abgabe-per-Scan-Basis erworben werden, anstatt zu Beginn eine hohe Einmalzahlung zu leisten- eine Win/Win-Situation für Krankenhaus und Händler. Und in nicht allzu ferner Zukunft werden die Städte Fahrzeugflotten für ein erschwingliches Carsharing bereitstellen,mit einer Vielzahl an Auswahlmöglichkeiten bezüglich der Sonderausstattung. Auf diese Weise würden der Verkehr entlastet, das Verkehrsaufkommen reduziert und Fahrgemeinschaften optimiert.

Durch die Zunahme und dem Wachstum der Ballungsgebiete wächst auch die Smart City Technologie , um die Nachhaltigkeit zu fördern und die Menschen besser zu versorgen. Durch die Nutzung einer flächendeckenden Vernetzung, Open Data sowie durchgehenden Sicherheits- und Software-Monetarisierungslösungen lassen sich die technischen Anforderungen an eine Smart City jederzeit an Weiterentwicklungen anpassen, wodurch eine deutlich verbesserte Erfahrung für alle beteiligten Partner erzielt wird.

Haben Sie weitere Fragen zur Smart City oder benötigen Sie informationen über die Einrichtung von sicheren IoT-Lösungen, dann kontaktieren Sie uns hier.

1 https://esa.un.org/unpd/wup/publications/files/wup2014-highlights.pdf
2 https://www.un.org/development/desa/en/news/population/world-population-prospects-2017.html

Stand: 15. Februar 2018