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Im Zuge der Digitalisierung müssen sich Smart Cities und Energieversorger mit dem Internet der Dinge (IoT) und der drahtlosen Anbindung von Sensoren und Aktoren beschäftigen. Die Gewährleistung einer zuverlässigen Konnektivität in städtischen Umgebungen ist hierbei eine wichtige Herausforderung. Zudem müssen Smart Cities Lösungen finden, um eine hohe Anzahl an Sensoren effizient zu verwalten und die Datenübertragung sicher zu gestalten.
Die heute existierenden technologischen Lösungen für Anwendungsbereiche in Smart Cities sind vielfältig. Im Bereich der Kommunikationsnetze gibt es viele unterschiedliche Technologien wie mioty®, LORAWAN, NB-IoT und Wireless M-Bus, welche untereinander nicht kompatibel sind. Sie unterscheiden sich in ihren Leistungsmerkmalen und sind für verschiedene Use Cases optimiert. Sich für die richtige Technologie zu entscheiden und langfristig zu planen ist für Städte und Kommunen daher eine Herausforderung.
Smart Cities benötigen eine offene und multistandardfähige Systemarchitektur, die es ermöglicht, verschiedene Technologien und Ökosysteme miteinander zu verbinden. Um dieses Ziel zu realisieren, sollen an den Schnittstellen Software-Komponenten zur Verfügung gestellt werden, die eine Erweiterung und Öffnung möglich machen. Die Entwicklung dieser Architektur ist das Ziel des Forschungsvorhabens „Multiconnectivity-Plattform für resiliente Smart Cities“ (MUSC), welches vom Fraunhofer IIS, Diehl Metering und den assoziierten Partnern Smart City Systems GmbH und den Erlanger Stadtwerke (ESTW) ins Leben gerufen wurde.
Bestehende Funklösungen sollen über eine Softwareplattform, z. B. für Sensoren, so miteinander verbunden werden, dass die Daten für Nutzende in der Anwendungsebene unabhängig von der zugrundeliegenden Übertragungstechnologie einsehbar und erhältlich sind. Dafür soll im Projekt eine Erweiterung bestehender Gateways für den parallelen Empfang der Low Power Wide Area Networks (LPWAN) Standards LORAWAN und mioty® erfolgen. Die Möglichkeit der künftigen Erweiterung um weitere Standards wie z.B. Wireless M-Bus wird dabei berücksichtigt. Zur Steuerung der Kommunikation werden weitere KI-basierte Funktionen für das Netzwerkmanagement realisiert. Diese Module sollen auf vorhandenen kommerziellen Lösungen für Dataspace und Netzwerkmanagement aufbauen und in der Lage sein, weitere Netzwerke wie NB-IoT anzubinden, um eine herstellerübergreifende Vernetzung zu ermöglichen.
Nachdem die entwickelten Teillösungen im Labor kombiniert und erprobt wurden, werden sie durch Feldtests unter realen Bedingungen unter anderem bei den Stadtwerken Erlangen (ESTW) getestet. Es sollen neue Erkenntnisse über das Verhalten und die Resilienz solcher hybriden Netzwerke und Plattformen im Umfeld von Smart Cities erzielt werden. Das Projekt ist im April 2022 gestartet und läuft bis März 2024.
Durch offene und standardisierte Schnittstellen können Regionen und Smart Cities zu zu IoT-Anwendern und -Anbietern von Multiconnectivity-Lösungen werden. Die Liegenschaften der Smart Cities können kostengünstig für multistandardfähige IoT-Standorte genutzt werden. Bestehende IoT-Silos sollen durch MUSC aufgebrochen und Smart Cities in ihrem Wachstum und in der Digitalisierung des Energiebereichs unterstützt werden.
Über diese standardisierten Schnittstellen sind nicht nur Use Cases wie Digitalisierung der Daseinsvorsorge möglich, z. B. durch Verbesserung der Wasser- oder Nahwärmeversorgung, sondern auch zusätzliche Use Cases wie Grundwassermonitoring, Umweltsensoren, Parkplatzsensoren, Zustandsüberwachung aller Art und „Müllsensoren“. Damit wird die regionale Wirtschaftskraft gestärkt und eine kostengünstige und effiziente Digitalisierung der Smart Cities vorangetrieben.
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS