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Beschrieb digitale Technologien

Aufbau eines IoT-Netzwerks (Quelle: Q-loud GmbH)

Digitale Technologien spielen in Smart Cities eine zentrale Rolle. In diesem Abschnitt werden einige dieser Technologien genauer beschrieben.

Low Power Wide Area Network (LPWAN)

Statt herkömmliche Sendeprotokolle, wie WLAN, 3G, 4G, 5G o.ä. zu verwenden, baut IoT auf Low Power Wide Area Network (LPWAN) auf, welches sich durch gute Gebäudedurchdringung, grosse Reichweite und geringen Energiekonsum auszeichnet. In der Schweiz sind die bekanntesten Beispiele LoRaWAN und Sigfox, wobei nur LoRaWAN durch den Mobilfunkanbieter Swisscom flächendeckend angeboten wird.

Sensoren

Sensoren können verschiedene physikalische oder chemische Begebenheiten in ihrer Umgebung erfassen. Diese Daten werden in zeitlich festgelegten Abständen meist über Drahtlosnetzwerke an ein Gateway übertragen. Da die Sensoren durch das Senden über LPWAN einen sehr niedrigen Energieverbrauch aufweisen, können diese mehrere Jahre lang mit derselben eingebauten Batterie Daten senden und empfangen.

Gateways

IoT-Gateways können die Daten einer Vielzahl von Sensoren erfassen und diese an eine Plattform übermitteln. Sie stellen eine Schnittstelle zwischen dem Sensor und der Plattform dar. Es gibt verschiedene Anwendungsfälle für IoT-Gateways:

Datenwandler

Verschiedene Sensoren benutzen auch verschiedene Kommunikationsprotokolle (z.B. Feldbus, M-Bus oder Modbus), welche dann im IoT-Gateway in ein geeignetes, einheitliches Format gewandelt werden können. 

Sammelpunkt für Sensordaten

IoT-Gateways bündeln die Daten von Sensoren und senden diese dann mittels Funkverbindung (WLAN, 2/3/4/5G etc.) oder Festnetzverbindung an die Plattform weiter. So können zusätzliche Kosten, wie z.B. für SIM-Karten etc. niedrig gehalten werden, da nicht jeder Sensor mit einer SIM-Karte ausgestattet werden muss. So können standortunabhängig (ohne Strom & Internetanbindung) Sensoren eingerichtet werden, welche ihr Signal (z.B. über LoRaWAN) an ein zentrales Gateway weiterleiten.

Filter

Sensoren senden teilweise Daten, die für den Betreiber uninteressant sein können. Dies können z.B. Daten eines Füllstandsensors sein: solange der Füllstand sich nicht ändert, braucht die Plattform auch keine neuen Daten. Das Iot-Gateway kann hier als Filter dienen, indem es Änderungen rkennt und nur nach einer vorprogrammierten Über- bzw. Unterschreitung eines Schwellwerts die Daten weiter an die Plattform sendet. Dies hilft u.a. Übertragungskosten einzusparen und hält zudem die Sendefrequenz für wichtigere Daten frei.

IoT-Plattformen

Auf IoT-Plattformen werden die Daten einer Vielzahl von Sensoren gesammelt und anwenderfreundlich dargestellt. Meist läuft dies über eine Software, durch welche der Anwender alle Angaben (Anzahl freie Parkplätze, Verbrauch der Strassenbeleuchtung, Füllstände der Abfallcontainer etc.) in einer Übersicht dargestellt bekommt. Beispiele dafür sind die Plattformen von Akenza, Elektron etc.

IoT-Plattformen können bei städtischen Diensten zur Überwachung städtischer Infrastruktur genutzt werden. Zudem kann die Plattform auch der Bevölkerung zugänglich gemacht werden, damit diese über freie Parkplätze, die Feinstaubbelastung etc. informiert ist. Ein gutes Beispiel bietet hierfür die Plattform von Bad Hersfeld (DE) des Betreibers [ui!]: https://badhersfeld.urbanpulse.de/#!/tiles/