Der Begriff Smart City umfasst die Idee von technologiebasierten Entwicklungskonzepten für innovative Stadtentwicklung unter Zuhilfenahme des technologischen Fortschritts. Ziele sind beispielsweise Effizienz in Bezug auf Verkehr oder Stadtverwaltung wie auch Umweltgestaltung nach ökologischen und sozialen Gesichtspunkten. Notwendig ist dabei der Einsatz digitaler Technologien.

Internet of Things and Services

Der Begriff Smart City ist immer auch verbunden mit der Idee des Internet of Things and Services: Das bedeutet z. B., dass die Städte mit Sensoren ausgestattet sind, die relevante Daten erfassen, in der Cloud abspeichern und Dienstleistern zur Verfügung stellen. Bekannte und bereits praktizierte Beispiele wären hier Smart-Parking und Smart-Home-Anwendungen, die einen dauerhaften Datenaustausch zwischen dem User und der Technologie benötigen. Durch eine entzerrte Parksituation, sinnvoll nach Verkehrsaufkommen gesteuerte Verkehrsführung, je nach Lichteinfall gesteuerte Straßenbeleuchtung, bereits beim Nachhausekommen angewärmte Wohnungen u. ä. soll die Lebensqualität in den Städten gesteigert werden.

Allerdings müssen hier einige Voraussetzungen erfüllt werden: Zunächst soll die benötigte Infrastruktur schnell aufgezogen werden können und – was für die Kommunen besonders wichtig ist – relativ preiswert sein. Sensoren müssen flächendeckend angebracht und deren Batterien regelmäßig gewartet werden. Außerdem muss der Datentransport gleichmäßig und unabhängig von Faktoren wie Betonwänden oder ungünstigen Baugegebenheiten wie U-Bahnschächten und Einkaufszentren auch über weite Strecken vonstatten gehen. Im Idealfall sollte trotzdem nur sehr wenig Energie für die Datenübermittlung verbraucht werden. Last but not least, es muss gewährleistet sein, dass die Daten gesichert übertragen werden.

LoRaWAN als lizenzfreier Funkstandard

Eine noch neue Technologie, die in Smart Cities eingesetzt wird, ist LoRaWAN (Long Range Area Network). Um direkt auf die letzte der oben genannten Voraussetzungen einzugehen: LoRaWAN ist extrem störungssicher und durch AES-Verschlüsselung geschützt. Ein weiterer Vorteil zeigt sich bei der Reichweite. Dadurch, dass sich, ausgehend von einer Basisstation, eine Reichweite im Umkreis von ca. 15 km abdecken lässt, können auch Großstädte bei geschickter Platzierung mit einer überschaubaren Anzahl von Knotenpunkten das gesamte Stadtgebiet abdecken.

So wird beispielsweise im Rahmen der Initiative zur Digitalisierung (Umbau 21 – Smart Region), in Kooperation zwischen dem Evangelischen Kirchenkreis Recklinghausen und der IST planbar GmbH, unter dem Projektnamen Emscher-Lippe-Things.Net der Aufbau von LoRaWAN-Knotenpunkten in der Emscher-Lippe-Region durchgeführt. Förderziel des Programms des Ministeriums für Wirtschaft, Energie, Industrie, Mittelstand und Handwerk des Landes Nordrhein-Westfalen ist die Potenziale der Digitalisierung von Wirtschaft und Arbeit für die Emscher-Lippe-Region zu heben. Da LoRaWAN eine Funktechnologie ist, die, zumindest in Europa, lizenzungebunden das öffentliche 868-Megaherz-Frequenzband nutzt, bietet es ideale ökonomische Voraussetzungen für einen schnellen Einstieg in flächendeckende IoT-Netze.

Damit man sie tatsächlich „smart“ einsetzen kann, müssen Sensoren jedoch nicht nur Daten empfangen, sondern auch verschicken können. Dies kann auf dreierlei Arten geschehen. Entweder kann ein Sensor während eines kurzen Zeitraums, direkt nachdem er seine Information verschickt hat, Daten empfangen, oder er kann - unabhängig vom Versenden - Dateninformationen erhalten, oder aber, er steht im ständigen Austausch mit dem Server, was einen relativ hohen Stromverbrauch mit sich führt.

Große Reichweite bei geringer Datenrate

In der Regel ist die erste Variante – Datenübertragung nur, wenn die Ausgangssituation sich ändert – durchaus ausreichend für die meisten Smart-City-Anwendungen und hat auch noch den Vorteil, dass es die energiesparendste Variante darstellt. Die zu verschickende Datenmenge über LoRaWAN ist übrigens insgesamt begrenzt, da nur maximal 50 kbps verarbeitet werden können. Da aber die Daten, die die meisten Sensoren verarbeiten, sowieso nur zu relativ kleinen Datenpaketen zusammengestellt verschickt werden müssen, stellt dies kein Problem dar.

Selbstverständlich ist der Einsatz von LoRaWAN nicht in jedem Fall sinnvoll. Aufgrund der eingeschränkten Übertragungsraten ausgeschlossen wird die Nutzung von LoRaWAN für Echtzeitübertragungen wie z. B. bei Videos oder hochkomplexen Anforderungen wie dem autonomem Fahren. Ansonsten jedoch bietet der Einsatz von LoRaWAN Städten und Unternehmen eine gute, günstige und zeitnah nutzbare Alternative zum avisierten 5G-Mobilstandard – eine Alternative, die die meisten Anwendungsgebiete sicher und mit geringer Störanfälligkeit abdecken kann.