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Sichere und nachhaltige Smart City-Plattformen Handreichung der Expertengruppe Sichere IKT-Plattformen für Intelligente Netze Digital-Gipfel Plattform Innovative Digitalisierung der Wirtschaft Fokusgruppe Intelligente Vernetzung www.deutschland-intelligent-vernetzt.org
Sichere und nachhaltige Smart City-Plattformen
Expertengruppe Sichere IKT-Plattformen
Inhalt
1. Einleitung und Motivation 3
2. Smart City-Datenplattformen: Übersichtsmodell und ausgewählte Anwendungsfälle 5
2.1 Smart City-Datenplattform 5
2.2 Smart City-Anwendungsfälle 8
2.2.1 Anwendungsfall „Parkraummanagement“ 8
2.2.1.1 Beschreibung Anwendungsfall 8
2.2.1.2 Herausforderungen für Kommunen 9
2.2.1.3 Anwendung auf das Übersichtsmodell 10
2.2.2 Anwendungsfall „Urbaner Mobilitätshub“ 11
2.2.2.1 Beschreibung Anwendungsfall 11
2.2.2.2 Herausforderungen für Kommunen 11
2.2.2.3 Anwendung auf das Übersichtsmodell 12
2.2.2.4 Ausblick eines möglichen Portal- & Diensteangebotes des „Urbanen Mobilitätshub“ 13
2.2.3 Anwendungsfall „Energetisches Quartiersmanagement /
Energetische Quartierskonzepte“ 14
2.2.3.1 Beschreibung Anwendungsfall 14
2.2.3.2 Herausforderungen für Kommunen 15
2.2.3.3 Anwendung auf das Übersichtsmodell 16
3. Datenschutz und Sicherheitsanforderungen 18
3.1 Daten- und Privatsphärenschutz 18
3.2 Verschlüsselung und Schlüsselmanagement 20
3.3 Authentifizierung 21
3.4 Autorisierung 23
4. Zusammenfassung und Empfehlung 25
5. Anhang 27
Mitwirkende Experten 30
Plattform Innovative Digitalisierung der Wirtschaft 2
Fokusgruppe Intelligente VernetzungSichere und nachhaltige Smart City-Plattformen
Expertengruppe Sichere IKT-Plattformen
1. Einleitung und Motivation
Vor dem Hintergrund einer weltweit zunehmenden Die Digitale Transformation ist durch umfängliche und
Urbanisierung, Digitalisierung und Vernetzung stehen disruptive Veränderungen geprägt, bei denen moderne
deutsche Städte und Kommunen heute vor großen Technologien als Enabler eingesetzt werden.
Herausforderungen bei der Bewältigung des gesell-
schaftlichen, demografischen, klimatischen und digitalen Smart City und Smart Regions sind die international
Wandels. Finanzielle, administrative, regulatorische und verwendeten Begriffe für die Vision einer digital vernetz-
technologische Unsicherheiten beeinflussen nachhaltige ten Stadt oder Region. Sie bezeichnen damit Siedlungs-
Entwicklungen in Kommunen. Städte und Kommunen räume, in denen die regelmäßige Nutzung im Dreiklang
wollen in Zeiten von Veränderungen und Umbruch das ökologisch, ökonomisch und sozial nachhaltiger Pro-
direkte Umfeld ihrer Bürgerinnen und Bürger miteinan- dukte, Dienstleistungen, Technologien, Prozesse und
der gestalten und so das Fundament für eine funktio- Infrastrukturen durch eine hochintegrierte Vernetzung
nierende Gesellschaft bilden/legen. Sie berufen sich mittels Informations- und Kommunikationstechnologien
hierbei auf die Smart City Charta und die New Urban (IKT) systematisch ermöglicht und unterstützt wird.
Agenda der Vereinten Nationen, die Städte als intelli- „Smart City“ fungiert zudem oftmals als Sammelbegriff
gente, zukunftsorientierte, aber auch komplexe Syste- für alle digitalen Anwendungen, die Daten intelligent
me beschreiben, die einen nachhaltigen Umgang mit verknüpfen, um urbane Prozesse, Anwendungen und
bestehenden und neuen Anwendungen und den dafür Geschäftsmodelle mittels IKT effizient, technologisch
benötigten Daten sicherstellen.1 fortschrittlicher und nachhaltiger zu gestalten. Neueste
IKT kommt so zum Einsatz, Ressourcen werden ge-
Die Rolle der Kommune als Initiator und Akteur der schont, die Lebensqualität für alle Bewohner bessert
Digitalisierung bei gleichzeitiger Einbindung und Akzep- sich, die Wettbewerbsfähigkeit der Stadt und der
tanz der Bürger ist dabei unerlässlich. Ausgangspunkt ansässigen Wirtschaft steigt und der Schulterschluß
der Digitalen Transformation von Kommunen ist oft eine zur Nachhaltigkeitspolitik der Bundesregierung, wie z. B.
verbesserte Effektivität kommunaler Prozesse und die Integrierte Stadtentwicklungspolitik, sichere, bezahlbare
Initiierung von Veränderungsprozessen auf der struktu- und nachhaltige Mobilität, Digitalisierung kommunaler
rellen Ebene der Stadtentwicklung. Sie erstreckt sich in Verkehrssysteme, ist hergestellt.2
der Folge jedoch über das gesamte Spektrum sowohl
ökologischer, soziologischer als auch wirtschaftlicher Für Smart Cities existieren eine Vielzahl möglicher
Fragen und Zielsetzungen aus Sicht der Kommune. Anwendungsbereiche.
1 Vgl. Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) im Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) / Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und
Reaktorsicherheit (BMUB), 2017 sowie Deutscher Städtetag, 2019
2 www.bundesregierung.de/breg-de/themen/nachhaltigkeitspolitik/nachhaltigkeitsziele-verstaendlich-erklaert-232174
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Eine konkrete Einführung bietet das Positionspapier stellen die technischen Funktionalitäten zur Verfügung, die
„Offene IoT-Funknetze und offene Daten für eine ‚Open eine digitale Gesellschaft und Smart Cities als Infrastruk-
Region‘ am Beispiel der Region Stuttgart“ der Exper- tur einer Intelligenten Vernetzung brauchen, bilden die
tengruppe Internet der Dinge.3 Am Beispiel der „Mit- Grundlage für Innovation aus Daten und Vernetzung und
machstadt Herrenberg“ wird dargestellt, in welchem sind entscheidend für die ökonomische Zukunftsfähigkeit.
Umfang typische Infrastrukturen aufgebaut wurden;
zudem werden Beispiele für bereits realisierte Anwen Die Fokusgruppe Intelligente Vernetzung des Nationalen
dungen vorgestellt. Smart-City-Konzepte zielen auf Nach- Digital-Gipfels hatte vor diesem Hintergrund für 2019
haltigkeit als Basis für zukunftsorientiertes Entscheiden das Jahresthema „Smart City Datenplattformen – Anfor
und Handeln sowie zur Sicherstellung wirtschaftlicher derungen, Ansätze und Herausforderungen für intelligent
und gesellschaftlicher Innovationen unter anderem in vernetzte Städte und Regionen“ definiert und ging der
den Bereichen Verwaltung, Gebäude, Energie und Um- Leitfrage nach, wie Deutschland nachhaltige Plattform-
welt, Mobilität, Gesundheit, Bildung und Infrastruktur. In Infrastrukturen sowie Informations- und Innovations-
Abhängigkeit von der konkreten Anwendung interagie Ökosysteme schaffen kann. Dies zum Anlass nehmend,
ren Verwaltung, Unternehmen, Versorgungseinrich will die Expertengruppe „Sichere IKT-Plattformen für In-
tungen und Bürger in unterschiedlichen Konstellationen. telligente Netze“ (EG SIKT) kommunalen Entscheidungs
trägern Orientierung und Unterstützung auf dem Weg
Als Grundlage einer nachhaltigen Konzeption und Umset- in die Plattformökonomie geben. Anhand ausgewählter
zung von Smart Cities bieten sich offene, flexible digitale Anwendungsfälle richtet die EG ihr Augenmerk dabei ins-
Plattformen unter Verwendung offener Standards an. Sie besondere auf die Aspekte Datenschutz und Sicherheit.
Bausteine der Smart City
Digitalisierung in allen Bereichen einer Stadt
Smart Health
— Krankenhaus
Smart Government — Arzt
— Verwaltungsprozesse — Telemedizin
— Bürgerinformation — Prävention
— Bürgerbeteiligung
— Öffentliche Sicherheit Smart Learning
— Notfalldienste — Schulen
— Hochschulen &
ng der Them Universitäten
en
tzu — Bildungseinrichtung
— Privates Lernen
e
fel
Smart Mobility
ktorale Vern
d
— Logistik
er in Smart C
— Verkehrsinformation
— Verkehrslenkung
— ÖPNV
Smart City Smart Energy &
— E-Mobilität
Enviroment
se
— Mobilty-Sharing
er
— Parkraum — Energie
it
Int ies
— Gebäude
— Straßenbeleuchtung
— Abfall
Smart Living — Wasser
— Kommunikation — Grünflächen
— Private Sicherheit
— Tourismus Smart Economy
— Shopping — Industrie
— Kultur — Handel
— Sport — Dienstleistung
— Landwirtschaft
Abbildung 1: Überblick der Themenfelder und Anwendungen von Smart Cities (Quelle: Expertengruppe Smart Cities / Smart Regions der
Fokusgruppe Intelligente Vernetzung des Nationalen Digital-Gipfels, 2015)
3 siehe deutschland-intelligent-vernetzt.org/app/uploads/2020/05/Offene-IoT-Funknetze-und-offene-Daten-f%C3%BCr-eine-Open-Region-am-Beispiel-der-Region-Stuttgart.pdf
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2. Smart City-Datenplattformen: Übersichtsmodell
und ausgewählte Anwendungsfälle
2.1 Smart City-Datenplattform ein Abbild von physischen Zuständen in der Smart City
Für Betrachtungen zu IKT-Plattformen und insbeson erfassen, um sie digitalen Prozessen zugänglich zu
dere zu Sicherheitsmechanismen ist ein grundsätz- machen.
liches Verständnis der technischen Grundlagen von
Smart-City-Plattformen hilfreich. Neben den Sensoren sind in der Smart City auch
Aktoren im Einsatz, die auf die physische Umwelt
Mit einem Übersichtsmodell können die verschiedenen einwirken und damit eine Steuerung beispielsweise für
Komponenten einer digitalen Infrastruktur der Smart Heizungsanlagen oder dynamische Verkehrszeichen
City verortet und ihre jeweilige Funktion erläutert erlauben. Zur Vereinfachung beschränken wir unsere
werden. Insbesondere für Betrachtungen von Sicher Darstellungen weitgehend auf Sensoren und den
heitsaspekten ist die Wahl einer angemessenen Datenfluss vom Sensor zur Nutzung der Daten.
Komplexitätsstufe sehr wichtig, um ein möglichst gutes
Verständnis zum Schutz vor potentiellen Angriffen (in Die Sensoren sind über Zugangsnetze angebunden,
Hinblick auf IT-Sicherheit) und für die Konsequenzen in vielen Fällen drahtlos. Bei der mobilen Nutzung von
des Betriebs der Infrastruktur (in Hinblick auf funk Sensoren sind Funknetze eine Voraussetzung, aber
tionale Sicherheit) zu entwickeln. Daher sollen nach- auch stationäre Sensoren können in eine vorhandene
folgend die technischen Systeme auf verschiedenen Netzinfrastruktur mit geringem Aufwand eingebunden
Abstraktionsstufen beschrieben werden. werden. Die Daten fließen von den Sensoren über das
Zugangsnetz weiter zu den IKT-Plattformen. IoT-
Abbildung 2 zeigt die grundsätzliche Verortung von Plattformen kümmern sich insbesondere um die Ver
IoT-Komponenten in der Smart City. Der Schwerpunkt der waltung der verteilten Sensoren. Datenplattformen
Darstellung liegt auf dem Datenfluss, von der Entstehung führen Datenströme und damit Informationen aus
der Daten bis hin zu ihrer Nutzung, also eine verschiedenen Quellen zusammen, die für eine spe-
Ende-zu-Ende-Betrachtung. Bei unseren Überlegungen zielle Anwendung gebraucht werden. Es ist ein ganz
entstehen Daten vor allem durch den Einsatz von wesentlicher Aspekt bei Smart City Anwendungen (wie
Sensoren. Beispielsweise können Sensoren Wetter auch generell bei der Digitalisierung), dass Daten aus
bedingungen oder Luftverschmutzung erfassen, den unterschiedlichen Quellen zusammengeführt werden.
derzeitigen Ort von Fahrzeugen öffentlicher Verkehrsmittel Am Ende werden die Daten in verschiedenen Smart
oder den Belegungszustand von Parkplätzen ermitteln City-Anwendungen genutzt, die in der Abbildung nur
und vieles mehr. Ziel ist in jedem Fall, dass die Sensoren exemplarisch klassifiziert dargestellt sind:
Monitoring/
Datenerfassung
Automatisierung
Daten-Plattform
IoT-Plattform
Individuelle
Nutzung
Sensoren Zugangsnetz IKT-Plattformen
Smart City-Anwendungen
Abbildung 2: Schematische Darstellung von Smart City-Komponenten
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Die Daten können ausgewertet und/oder gespeichert Cloud-Infrastrukturen oder entsprechenden Infrastruk-
werden, um Zustände in der Smart City zu überwachen, turen von Drittanbietern. Hinzu kommt die Nutzung von
Entscheidungen zu treffen und (automatisierte) externen Daten oder Diensten von Dritten.
Prozesse aufzusetzen. Eine weitere Möglichkeit ist die
Nutzung der Daten in Apps. Hier soll besonders her Die Bereiche des Übersichtsmodells dienen nicht
vorgehoben werden, dass die Daten nicht nur durch die nur der Strukturierung der technischen Funktionen,
Kommune selbst, sondern auch durch Dritte genutzt sondern sind zugleich häufig Grenzen zwischen ver-
werden können sowohl in kommerziellen Produkten schiedenen Betreibern oder bilden zumindest interne
als auch in gemeinwohlorientierten Anwendungen. administrative Grenzen: Zur Anbindung von Sensoren
Im Sinne von Open Data ermöglichen also einzelne können öffentliche Zugangsnetze genutzt werden,
verfügbare Datensätze neuartige Anwendungen oder um Daten in die IoT-Plattform zu befördern. Alternativ
verbessern bestehende Angebote. kann der Betreiber einer IoT-Plattform kommerzielle
Cloud-Dienste zur Realisierung seines Angebots nutzen,
Abbildung 3 zeigt eine abstrakte Sicht auf das Gesamt- beispielsweise beim Gebrauch von Schnittstellen zum
system, in der sich die bereits benannten Teile wieder- Datenaustausch. Diese Schnittstellen sind wichtig für
finden. Auch bei dieser Darstellung des Übersichts- Betrachtungen von Sicherheitsaspekten wichtig und
modells stehen die Datenflüsse im Mittelpunkt, in der stellen Punkte dar, an denen Regeln zum Betrieb des
Mitte ist der Ende-zu-Ende-Datenfluss von den Senso- Gesamtsystems erzwungen werden können. Dies ist im
ren in Richtung Datenplattform erkennbar. Im Modell Übersichtsmodell mit der übergreifenden Aufgabe von
baut die eigentliche Anwendung auf den IoT-Platt Management & Governance gekennzeichnet, die sich
formen oder Datenplattformen auf, d. h. sie nutzt diese letztlich über alle Komponenten erstreckt, beispiels
Plattformen als Grundlage für die Bereitstellung ihrer weise über eine direkte Kontrolle von Komponenten
Funktionen. Aber auch die IoT- und Daten-Plattformen oder über vertragliche Regelungen mit Dritten.
basieren auf weiteren Infrastrukturen, bspw. eigenen
Nutzer
Anwendung
Sensoren & Aktoren Zugangsnetz IoT-Plattform Daten-Plattform
Externe Externe
Infrastrukturen Dienste
Datenflüsse
Management & Governance
Abbildung 3: Abstraktes Übersichtsmodell
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Speicherung und Bereit-
stellung von Daten
(bspw. Statistiken)
Sensoren
Schnittstelle Schnittstellen
Smart City-
Anwendungen
Sensoren & Aktoren Zugangsnetz IoT-Plattform Smart City
(bspw. LoRaWAN Daten-Plattform
oder NB-IoT)
ggf. personen
Daten
API bezogene Daten
Aktoren
externe Daten externe Dienste
(bspw. Straßenkarten (bspw. Zahlungs-
oder Wetterdaten) dienstleister)
Abbildung 4: Technische Komponenten des Übersichtsmodells
Abbildung 4 zeigt das Übersichtsmodell auf einer Für den Transport von IoT-Daten haben sich eine Reihe
technischen Ebene, die Netzverbindungen und Schnitt- spezieller Kommunikationsprotokolle etabliert, die
stellen sowie einzelne Komponenten zur Verarbeitung insbesondere geringe Anforderungen an Ressourcen
oder Speicherung von Daten sichtbar macht. Es gilt zu von Sensoren stellen und für die typischen Arten der
beachten, dass in der Praxis die vorgestellten Elemente Kommunikation im Internet der Dinge besonders ge-
auf verschiedene Art realisiert (verwendete Technolo eignet sind. Neben der Weiterleitung von Daten haben
gien, Protokolle, Software) und betrieben (Betreiber IoT-Plattformen vor allem die Aufgabe, die „Dinge“ zu
modelle, gleichzeitige Nutzung verschiedener Teilsys verwalten und entsprechend auf deren Lebenszyklus
teme, Datenquellen, externe Dienste) werden können. zu begleiten: Neue Sensoren müssen registriert sowie
sichere Kommunikationsbeziehungen aufgebaut und
Das Zugangsnetz wird auch hier als abstraktes Teil- der Zustand von Sensoren überwacht werden. IoT-Platt-
system dargestellt, das je nach verwendeter Technik formen sollen automatisch auf Mängel und Probleme
bestimmte Eigenschaften aufweist. In den letzten Jahren aufmerksam machen, indem sie bspw. einen niedrigen
ist eine neue Klasse von speziellen IoT-Funknetzen Batteriestand oder defekte Sensoren erkennen.
verfügbar geworden, sogenannte Low Power Wide
Area Networks (LPWAN, konkrete und breit verfügbare Die Hauptaufgabe der Smart City-Datenplattform ist die
Techniken sind bspw. NB-IoT und LoRaWAN). Diese Bereitstellung der Daten für die eigentliche Smart City-
Netze verfügen über eine hohe Reichweite oder gute Anwendung. Darüber hinaus können Daten natürlich
Durchdringung von Gebäuden und benötigen nur wenig auch für verwandte Anwendungen aus dem gleichen
Energie für die meist kurzen und nur gelegentlich ver- Anwendungsbereich genutzt werden, bspw. kann eine
sendeten Sensordatensätze. Gerade im Bereich LPWAN Anwendung freie, aktuell nutzbare Parkplätze anzeigen,
gibt es verschiedene Betreibermodelle. Neben dem und eine Auswertung der Daten über einen längeren
Betrieb eines eigenen Netzes und der Nutzung einer Zeitraum kann für Zwecke der Stadtplanung genutzt
kommerziellen Infrastruktur gibt es auch einen Commu werden. Besonders wirksam wird eine Smart City-Daten-
nity-basierten Ansatz. Selbstverständlich können auch plattform dadurch, dass ihre Daten mit anderen Daten
herkömmliche Netze die IoT-Daten transportieren. kombiniert werden, beziehungsweise dass eine ihrer
Allerdings erweitern LPWAN-Angebote die Möglichkeiten Anwendungen als Baustein für ganz andere Anwen
der Vernetzung sowohl in technischer und wirtschaft dungen genutzt werden können und damit eine nachhal-
licher Hinsicht. tige Umgebung zur Diensteentwicklung geschaffen wird.
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Einfache Anwendungen können direkt auf einer IoT- 2.2.1 Anwendungsfall „Parkraummanagement“
Plattform basieren, leistungsfähigere Anwendungen Im Folgenden wird beispielsweise der Anwendungsfall
werden allerdings vernetzt sein und damit auf verschie- „Parkraummanagement“ beschrieben und sowohl Ziele
denen Datensätzen aus mehreren Datenquellen be als auch praktische Umsetzungsvarianten werden
ruhen sowie auch weitere Dienste von Dritten nutzen. dargestellt.
Das können bspw. Kartendaten aus einer freien Quelle
oder auch Wetterdaten eines kommerziellen Angebots 2.2.1.1 Beschreibung Anwendungsfall Ausgehend
sein. Daneben können auch komplexere Dienste von einer Prozesssicht sind die folgenden Aufgaben-
genutzt werden, wie die Einbindung eines Bezahldienst- stellungen für die Bewirtschaftung von Parkraum zu
leisters. Die Beispiele verdeutlichen, dass in einem Fall unterscheiden:
auf nicht-personalisierte (Massen-)Daten zugegriffen
wird, und im anderen Fall für die Dienstnutzung eine — Das Finden eines freien Parkplatzes
individuelle Authentifizierung durchgereicht werden — Das Navigieren zum freien Parkplatz
muss, wobei während der Nutzung des Dienstes per- — Das Bezahlen des (gebührenpflichtigen) Parkplatzes
sonenbezogene Daten anfallen können. Der Austausch
von Daten bzw. der Zugriff auf Dienste erfolgt meist Die Diskussionen über technische Lösungen zur Park
über Web-basierte Kommunikationsprotokolle und die raumbewirtschaftung sind bereits zahlreich geführt
jeweilige API (Application Programming Interface), die worden genauso wie die Einführung von Telematik-
den technischen Zugriff auf Teilsysteme erlauben und Lösungen. Die Herausforderung beim Parken besteht
ggf. auch administrative Grenzen darstellen. Auch die im ganzheitlichen Ansatz der Parkplatzdetektion. Die
Anwendung selbst kann wieder als Ausgangspunkt Technologien zur Detektion freien Parkraums müssen
für weitere Anwendungen dienen und als Datenquelle verbunden werden, um auch kostenoptimal eine hohe
fungieren, bspw. indem sie Nutzungsstatistiken bereit- Genauigkeit zu erreichen. Bei einem solchen integrierten
stellt und damit wichtige Informationen für langfristige Marktplatz für Parkplätze, Autofahrer, Parkplatz
Gestaltungs- und Steuerungsaufgaben bereithält. betreiber und Kommunen können Verkehrsteilnehmer
Informationen über freie Parkplätze abrufen und
buchen. Parkplatzsuchende erhalten aus einer Hand
2.2 Smart City-Anwendungsfälle Informationen über freie Parkplätze im öffentlichen
Für ein besseres Verständnis wird das in Kapitel 2.1 Raum und auf privaten Flächen. Das Finden, Navigieren
beschriebene Übersichtsmodell im Folgenden beispiel- sowie die integrierte Bezahlung vermittelt das beste
haft an den drei Anwendungsfällen Erlebnis des Parkens (siehe z. B. park and joy4). Auch
andere Ansätze setzen auf die Integration lokaler
— Parkraummanagement, Infrastrukturen (wie beispielsweise Buchungssäulen)
— Mobilitätshub und und mobile Kommunikation, zum Beispiel über Smart
— Energetisches Quartiersmanagement erprobt Devices (siehe Mobiles Parken).
und praxisnah beschrieben.
Aufgrund des hohen Potentials hinsichtlich Profilbildung
und der Verarbeitung personenbezogener Daten gilt
dabei das besondere Augenmerk den Datenschutz
bestimmungen, die mit Inkrafttreten der Datenschutz-
Grundverordnung (DSGVO)5 ihren Stellenwert insbe
sondere aus Haftungsgründen deutlich erhöht haben.
4 www.parkandjoy.de/
5 ec.europa.eu/info/law/law-topic/data-protection/reform_de
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Navigationslösung. Apps mit einer entsprechenden
Finden eines freien Parkplatzes
Funktionalität stehen zur Verfügung.
Beim Parken in Parkhäusern und auf abgeschlossenen
Parkflächen (off-street Parken) werden die tatsächlich
Bezahlen des (gebührenpflichtigen) Parkplatzes
verfügbaren Parkplätze mittels Sensoren ermittelt und
Für den letzten Prozessschritt ist die Bezahlung der
angezeigt. Diese Sensoren zählen den Zu- und Abgang
Dienstleistung Parken entscheidend. Wurden und wer-
zum Parkraum oder ermitteln freien bzw. markieren
den herkömmlich solche Parkplätze an Automaten oder
besetzten oder reservierten Parkraums mittels stellplatz-
an Kassen mittels Bargeldes oder Karten bezahlt, so
gebundener Technik. Die Datenhaltung und Datenver
setzen sich auch beim Parken neue digitale Zahlungs-
fügbarkeit liegt bei den Parkraumanbietern.
möglichkeiten vermehrt durch.
Der Datenzugang für den Parkplatzsuchenden erfolgt
Beim off-street Parken sind dies vor allem Transponder
in der Regel über Serviceplattformen oder kommunale
im Kraftfahrzeug, die bei der Einfahrt und der Ausfahrt
Plattformen. Die Daten sind aktuell proprietär.
Schranken öffnen und eine Abrechnung durch eine Be-
treibergesellschaft oder einen Dienstleister ermöglichen.
Im öffentlichen Parkraum, d. h. beim Parken im öffent
lichen Verkehrsraum (on-street Parken), kann die Verfüg-
Beim on-street Parken sind die Betreibermodelle
barkeit sehr viel schneller wechseln, eine Reservierung
zu unterscheiden. Bei einem singulären Betreiber in
ist gem. StVO nicht möglich. Der Einsatz von Sensoren
einer Kommune steht dem Nutzer nur ein Betreiber
steckt nach heutigem Stand noch in der Evolution.
zur Bezahlung des Parkplatzes zur Verfügung. Die
Üblicherweise wird die Verfügbarkeit heuristisch auf
Datenhaltung und Datenverfügbarkeit liegt dabei beim
Basis von Erfahrungswerten ermittelt. Mit der Evolution
Betreiber bzw. seinem Serviceanbieter. Der Zahlungs-
der Technik ergeben sich jedoch auch sensorbasierende
vorgang schließt dabei alle möglichen Zahlungsarten
Daten wie z. B. durch Sensoren auf der Stellfläche oder
ein. Die Daten sind aktuell proprietär.
durch Kameras und Bildanalyse. Darüber hinaus werden
Daten über On-Board Telematik-Systeme oder Smart
Bei einer so genannten Multibetreiber-Plattform für
Device-basierte Lösungen aus dem Bewegungsprofil
Smart Parking stehen dem Nutzer mehrere Betreiber
von KFZ oder anderen Transportmitteln gewonnen. Die
zur Bezahlung zur Verfügung. Diese Plattformen nutzen
Datenhaltung und Datenverfügbarkeit liegt dabei bei den
zum Datenaustausch und zur Verwaltung Software auf
Telematik-Anbietern bzw. Serviceanbietern. Der Daten-
Basis einer gemeinsamen Governance bezgl. Daten,
zugang für den Parkplatzsuchenden erfolgt dabei über
Zertifizierung und Kontrolle.
Telematik-Systeme oder Apps der Serviceanbieter. Auch
diese Daten sind aktuell proprietär.
Die Datenhaltung und Datenverfügbarkeit obliegt dabei
beim Plattformbetreiber für die Middleware bzw.
Navigieren zum freien Parkplatz
den angeschlossenen Parkservice Plattformen. Der
Bereits 2009 hat der BITKOM festgehalten: „Mobile
Zahlungsvorgang schließ dabei alle möglichen Zah-
Navigation existiert in Deutschland seit Mitte der 1990er
lungsarten ein. Die Daten innerhalb dieser Multibetrei-
Jahre, und auf dem ITS-Weltkongress 1997 in Berlin
ber Netzwerkes sind aktuell proprietär.
wurden von Bosch marktreife Systeme mit detaillierten
Karten (z. B. auch für Sondernutzungen wie Golfplätze
2.2.1.2 Herausforderungen für Kommunen
etc.) angeboten. Eine große Marktdurchdringung aber
Parkraum ist nicht nur in städtischen Regionen knapp
wurde erst mit den nomadic devices, also kabellosen
geworden, auch entlang der intermodalen Reise- und
mobilen Geräten wie PDAs und Smartphones erreicht.“6
Transportkette ist der Stellplatz für Kraftfahrzeuge
Heute verfügt jedes Fahrzeug über eine festverbaute
mancherorts sehr begrenzt.
6 Vgl. Bitkom, 2009: Telematik & Navigation – Anwendungen und Mehrwertnutzen, Schriftreihe Politik, Berlin, www.dlr.de/rd/Portaldata/28/Resources/dokumente/rn/sat-
nav/Telematik_und_Navigation_web_BITKOM.pdf
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Nutzer
Anwendung
Sensoren & Aktoren Zugangsnetz IoT-Plattform Daten-Plattform
Detektoren Kupfer
Kameras Glasfaser
Säulen Funk
Karten
Wetter
Plattformprovider Externe Externe
Verkehr
Infrastrukturen Dienste
Parkraum
Management & Governance
Abbildung 5: Anwendungsfall Parkraummanagement
Die Parkraumbewirtschaftung zielt im urbanen Raum auf Als Sensoren & Aktoren können Bodendetektoren,
Faktoren wie z. B.: Kameras, Buchungssäulen, Schranken aber auch
Bluetooth oder Nahbereichskommunikationstechno
— auf die Steuerung des innerstädtischen Verkehrs, logien aufgeführt werden.
— die Reduzierung des innerstädtischen
Parksuchverkehrs, Betrachtet man die Datenebene in einem Gesamt
— die Stauminderung und Verbesserung des szenario, ist für ein effizientes Parkraummanagement
städtischen Parkservices, die Verknüpfung von Daten aus den reinen Parkraum
— Parkraummanagement mit ausgelasteten bewirtschaftungslösungen mit weiteren Daten, bei-
Parkflächen, spielsweise aus den Bereichen Wetter oder Verkehr,
— die Reduktion von Schadstoffemissionen und sinnvoll. Alle diese Daten können dann den Anwen
— dem Beitrag zur Nachhaltigkeit. dungsfall Parkraumbewirtschaftung als auch andere
Anwendungsfälle wie z. B. Verkehrslage, Stadtplanung,
2.2.1.3 Anwendung auf das Übersichtsmodell Management von Großveranstaltungen als Dritten über
Reflektiert man den Anwendungsfall auf das Über Schnittstelle zur Verfügung gestellt werden. IoT-Platt
sichtmodell kommt man zu folgender Darstellung formen und Datenplattformen sind dabei das Bindeglied
(Abbildung 5). zwischen den Daten, Diensten und Anwendungen.
Als Zugangsnetze stehen alle heute bekannten Mit der Erfassung von Daten über Sensoren wie
Technologien zur Verfügung: Kupfer, Glasfaser und Funk Kameras oder Smart Devices mit und ohne Verbindung
(Mobilfunk, Narrowband, LoRaWAN etc.). zu anderen Sensoren (Boden, Säule), sind die Daten
schutzbestimmungen (Stichwort DSVGO) auch im
Für die Anwendungen wurden beispielhaft Handyparken Anwendungsfall Parkraummanagement relevant und
oder Park and Joy bereits erwähnt, dazu gehören bedürfen bezgl. Datenerhebung, Datennutzung und
aber auch klassische Lösungen wie die Zugangs Anwendungen einer besonderen Überprüfung.
systeme in Parkhäusern.
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bspw.
Statistiken
Sensoren
Stadt Apps
Schnittstelle Schnittstellen
Smart City-
Anwendungen
Sensoren & Aktoren Zugangsnetz IoT-Plattform Smart City
(bspw. LPWAN (Stadtwerke, priovate Daten-Plattform
oder 2/3/4/5G) Fahrdienstanbieter)
API ggf. personen
Daten
bezogene Daten
Aktoren
externe Daten externe Dienste
(bspw. Straßenkarten (bspw. Zahlungs-
oder Wetterdaten) dienstleister)
Abbildung 6: Urbaner Mobilitätshub
2.2.2 Anwendungsfall „Urbaner Im Zuge der fortschreitenden Digitalisierung entwickelt
Mobilitätshub“ sich aus kommunaler Sicht ein ständig wachsen-
Im Folgenden wird der Anwendungsfall „Parkraum der urbaner Datenraum, der aus unterschiedlichsten
management“ beispielhaft beschrieben, und es werden Anwendungen gespeist wird. Viele dieser Anwendungen
sowohl Ziele als auch praktische Umsetzungsvarianten sind heute in sich abgeschlossen und erlauben keinen
dargestellt. Als Weiterentwicklung des Anwendungsfalls Datenübergang in parallele oder höhergestellte Anwen-
„Parkraummanagement“ kann der „Urbane Mobilitäts- dungssysteme, so dass Synergiepotenziale nur bedingt
hub“ angesehen werden. gehoben werden können und ein zentrales Daten
management schwierig ist.
2.2.2.1 Beschreibung Anwendungsfall
Der „Urbane Mobilitätshub“ beschreibt eine Vielzahl von 2.2.2.2 Herausforderungen für Kommunen
Anwendungen auf einer Smart-City-Datenplattform, die Der Urbane Mobilitätshub ist eine Chance für
folgende Grundfunktionen für die Bürger einer Stadt, de- Kommunen und Regionen, die Digitalisierung für ihre
ren Mobilitätsanbieter und ihrer IT/Verwaltung anbietet: Bürger erlebbar zu machen und gleichzeitig ihre eigene
Attraktivität zu steigern. Schwerpunkt ist die umfassen-
— Portal der Verkehrs- bzw. Mobilitätsangebote de Zugänglichkeit von Personentransport- und Infra-
(Transport & Infrastruktur) strukturkomponenten. Während die allseits bekannte
— Bürgerfunktionen der Plattform (Planung, Buchung, „Bahn-App“ mittlerweile zu den meistgenutzten Mobili-
Abrechnung) täts-Apps gehört, geht der Urbane Mobilitätshub eine
— Mehrwertdienste/Zusatzangebote (B2x), Onboarding Stufe weiter, denn er ermöglicht den digitalen Zugang
und Stadt-Kennzahlen (KPI) auf alle verfügbaren Anbieter (Personentransport) und
Ressourcen der Infrastruktur (Parkraum/Ladesäulen)
gleichzeitig. Intelligente Verknüpfungen (Routing) wer-
den möglich und erforderliche Buchungs-/Bezahlvor-
gänge werden reduziert.
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Entlang der gesamten Prozesskette ist die Erhebung IoT-Plattform
und Verarbeitung von Daten erforderlich (prozess Eine zentrale Rolle bei der Umsetzung des Urbanen
begleitender Datenfluss). Diese lassen sich grob in Mobilitätshubs spielt die verwendete IoT-Plattform. Da
statische und dynamische Daten aufteilen. Außer- Sensoren/Aktoren über unterschiedlichste Zugangs
dem ist es sicherlich von Bedeutung, ob personen netze angebunden sind, liegt die wesentliche Stärke
bezogene Daten vorliegen. Eine gute und sehr detail- einer IoT-Plattform darin, die unterschiedlichsten
lierte Übersicht der möglichen Datenkategorien bietet Zugangsprotokolle zu unterstützen (mit und ohne eigene
die Verordnung (EU) 2017/1926.7 IP-Adresse der Sensoren/Aktoren). Ein weiteres wich-
tiges Merkmal ist die Flexibilität in der Provisionierung,
2.2.2.3 Anwendung auf das Übersichtsmodell damit unterschiedlichste Sensoren/Aktoren möglichst
Alle in dieser Beschreibung aufgezählten Funktionen schnell im System angemeldet und administriert werden
und Dienste lassen sich im vorliegenden Übersichts können. Aus betrieblicher Sicht werden die aktuellen
modell und im Dokument „Smart City Data-Plattformen“ Zustandsdaten aller aktiven Sensoren/Aktoren über
der EG beschreiben und abbilden. sogenannte Dashboards visualisiert. Die IoT-Plattform
erkennt Anomalien bzw. Fehlerzustände und kann diese
Sensoren/Aktoren zur Behebung weiterleiten. Zudem hält sie alle Konfigura-
Damit die für die Steuerung erforderlichen Daten auf tionsdaten und Firmware-Versionen nach und kann diese
einer Smart City-Datenplattform erhoben und zusam- auch bei Bedarf ändern/updaten (Over The Air – OTA).
mengeführt werden können, ist es notwendig, die Da in einer Kommune/Region sehr viele Sensoren/Ak-
entsprechenden Mobilitätskomponenten (wie etwa toren verortet sind, viele davon auch mehrfach-Parame-
Transportmittel, Parkplätze und Ladesäulen) mit geeig- ter bereitstellen, und darüber hinaus die eben ange
neten Sensoren und Aktoren auszustatten. Erst diese sprochenen Konfigurationsdaten und Firmwarestände zu
ermöglichen die Erfassung entsprechender Daten und administrieren sind, sollte die IoT-Plattform sehr skalier-
die Steuerung der einzelnen Komponenten im Rahmen bar sein und zudem auch eine Zwischenspeicherung von
des Internet der Dinge. Daten für ca. 3 Monate erlauben (IoT-Data-Lake).
Zugangsnetze Die IoT-Plattform kann sich aus verschiedenen Instanzen
Als Zugangsnetze kommen alle öffentlichen und privaten zusammensetzen. Ist ein Zugangsnetzbetreiber involviert,
Mobilfunk- und Festnetze in Betracht. (2G–5G, LPWAN, wird er für die Sensoren/Aktoren im eigenen Zugangs
WLAN/BLE/Zigbee, Kupfer/Glas, etc.). Die Anforde- netz eine eigene IoT-Plattform betreiben. Sollte ein
rungen an die Netzinfrastruktur können über die Breite Systemintegrator unterschiedlichste Zugangsnetze
der Anwendungen höchst unterschiedlich ausfallen. Mal konsolidieren, wird auch dieser eine eigene IoT-Plattform
reicht ein batteriebetriebener Sensor, der den Zustands- betreiben. Legt die Kommune/Region großen Wert
wechsel von Parkplätzen (belegt/frei) vor Ladesäulen darauf, eigene Sensorik unkompliziert administrieren
über ein LPWAN Netz (z. B. NB-IoT) meldet, mal werden zu können, so sollte ebenfalls über den Einsatz einer
Meta-Daten eines Transportmittels (aktueller Ort, eigenen IoT-Plattform nachgedacht werden. Die Zusam-
Auslastung) von der Onboard-Unit über 4G-Funk an den menschaltung der IoT-Instanzen per API ist unproble
Mobilitätsanbieter gemeldet, der sie dann per API an die matisch, sollte aber die gängigen Datensicherheits
Smart City-Datenplattform weiterleitet. kriterien erfüllen. Je nach gewähltem Konstrukt kommen
dann Private/Public/Hybrid-Cloud Betriebsumge
bungen für die unterschiedlichen IoT-Plattform Instanzen
in Betracht.
7 Vgl. Europäische Union (EU), 2017: Delegierte Verordnung (EU) 2017/1926 der Kommission vom 31. Mai 2017 zur Ergänzung der Richtlinie 2010/40/EU des Europäischen
Parlaments und des Rates hinsichtlich der Bereitstellung EU-weiter multimodaler Reiseinformationsdienste, Brüssel, eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/PDF/?uri=
CELEX:32017R1926&from=EN
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Expertengruppe Sichere IKT-Plattformen
Smart City-Datenplattform (Big Data-Analytics) In der Vergleichbar mit der bekannten Bahn-App lassen sich
Ende-zu-Ende-Betrachtung nimmt die Smart City- nun sämtliche Transportmittel und Infrastrukturen in
Datenplattform die eigentliche Schlüsselfunktion ein die individuelle Reiseplanung einbeziehen und können
und sollte sich in der Hoheit der betroffene Kommune / anschließend aus einer Hand gebucht und abgerechnet
Region befinden. Sie zeichnet sich dadurch aus, werden.
— dass sie das Urbane Datenmodell abbildet Folgende Unterfunktionen können damit abgedeckt
(Vorgabe für alle Mobilitätsanbieter), werden:
— die eigentlichen Portale und Anwendungen der
Kommune beherbergt,
Information
— dass sie massenhaft Sensor/Aktor-Daten über einen
— vor der Reise: Plandaten/Routen, Verfügbar
langen Zeitraum speichern kann,
keiten/Dashboard oder Tarife, Reservierung;
— höchste Datensicherheitsanforderungen erfüllt und
— während der Reise: Navigation, Verspätungen,
— große Datenmengen innerhalb kürzester Zeit ver
Alternativrouten, Parkplätze, Anschlüsse oder
arbeiten, auswerten und visualisieren kann.
Barrierefreiheit
Insbesondere für den Einsatz von KI-Techniken sollte
Buchung
diese Plattform mit einer entsprechenden Rechenleistung
— ÖPNV-Fahrscheine, Taxis, Mitfahrgelegenheiten
ausgestattet sein. Für den Betrieb dieser Plattform kom-
oder AssetSharing
men IoT-Systemintegratoren oder die IT-Dienstleister der
jeweiligen Kommune/Region in Frage. Als Betriebsmodell
Bezahlung
bietet sich eine Private/Hybrid Cloud Umgebung an.
— Zahlungsoptionen wie Lastschrift, Kreditkarte
oder Bezahldienste
2.2.2.4 Ausblick eines möglichen Portal- &
Diensteangebotes des „Urbanen Mobilitätshub“
Zugang
Portal der Mobilitätsangebote (Transport &
— Check-In / Check Out, Be In / Be Out,
Infrastruktur)
Fahrzeugzugang etc.)
Die Portalfunktion des Mobilitätshub bietet den Bürgern
der jeweiligen Stadt/Kommune einen digitalen Zugang
Abrechnung
zu allen nutzbaren Transportmitteln wie z. B. ÖPNV,
— Gesamtabrechnung oder Einzelabrechnung,
Asset-Sharing (Car, Bike, Scooter, etc.), Private-Sharing
ggfs. Verrechnung zwischen den
(Ride, Peer-2-Peer, etc.), Taxi (Klassisch, Neue Ange
Mobilitätsdienstleistern
bote) und Fernbusse.
Gleichzeitig bietet dieses Portal auch den digitalen Zu-
Mehrwertdienste/Zusatzangebote (B2x),
gang auf die gesamte nutzbare Infrastruktur der jewei
Onboarding und Stadt-KPI’s
ligen Stadt/Kommune. Dazu gehören die verschiedenen
Der entstandene Datenraum der Smart City lässt sich
Parkräume im öffentlichen und privaten Bereich (z. B.
nun durch die Big/Smart Data Analytics Funktion
P & R, städtische/private Parkhäuser, städtische/
auf neuartige Mehrwertdienste im Sinne der Bürger
private Parkplätze) sowie Ladesäulen im privaten und
und Verwaltung anwenden. Diese Mehrwertdienste
öffentlichen Raum.
sind dann direkt für die Bürger/innen nutzbar oder
aber dienen der besseren Kooperation der beteiligten
Mobilitätsanbieter zur Unterstützung/Verbesserung
Ihres Angebotes.
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Expertengruppe Sichere IKT-Plattformen
Folgende Mehrwertdienste/Zusatzangebote der Stadt Vermarktung von Teilen des urbanen Daten
sind denkbar: raumes an Dritte
Der Datenraum einer Stadt ist natürlich auch für externe
(Big/Smart) Data-Analytics Dienstleister von höchstem Interesse, um wichtige und
— Erkenntnisse aus Bewegungsdaten interessanten Datenräume entstehen zu lassen, um die-
(Mobilfunk, Google, Stadteigene Sensorik) se im Rahmen eigener Dienstleistungen (zum Beispiel für
— Effiziente Verkehrssteuerung intelligente Navigationssysteme) einzusetzen. Je struktu-
— Angepasste Straßenbeleuchtung rierter sich dieser Stadt-eigene Datenraum also präsen-
— Eventbasierte Transportmittelbereitstellung tiert (zentrales Datenmodell!), desto wertvoller lassen
— Parkraumbewirtschaftung sich die Daten anschließend kommerziell vermarkten.
— Ladesäulenplanung
— Erkennung von Anomalien und 2.2.3 Anwendungsfall
Optimierungsspielräumen „Energetisches Quartiersmanagement /
— Vernetzung urbane Datenräume Energetische Quartierskonzepte“
„Energetische Quartierskonzepte“ werden als
Einbindung kommunaler Angebote Instrument zur Planung und Umsetzung energetischer
— Tourismus, Events Quartierssanierungen eingesetzt und schaffen die
Möglichkeit eines integrierten „Energetischen Quar-
Durch-/Umsetzung gesetzlicher Vorgaben tiersmanagements“, das grundsätzlich mittels digital,
— Umweltzonen vernetzter Lösungen umgesetzt werden kann.
— Messung der individuellen Feinstaubbelastung
2.2.3.1 Beschreibung Anwendungsfall
Info-Portal Die Umsetzung des Energetischen Quartiersmanage
— WLAN Hotspots ments kann maßgeblich dazu beitragen, den
— Ladesäule@Home Energieverbrauch im Quartier zu senken und die
Energieeffizienz zu erhöhen. Dabei werden immer
Onboarding neuer Mobilitätsanbieter seltener einzelne Gebäude, als vielmehr energetische
Um der Dynamik einer sich ständig verändernden Sanierungskonzepte ganzer Quartiere berücksichtigt.
Smart City gerecht zu werden, bietet der Mobilitätshub
ein sogenannte Onboarding Möglichkeit, über die sich Im Fokus stehen hierbei:
neue Mobilitätsanbieter registrieren und sich damit in
das Portalkonzept einbinden lassen. Gleichzeitig ist — Energetische Modernisierung von Gebäuden
aber auch ein geordneter Abmeldeprozess enthalten, — Energetische Optimierung der Wärmeversorgung
falls ein Anbieter sich entschlossen hat, sein Dienst — Gewinnung und Nutzung regenerativer Energien
angebot einzustellen bzw. zu verändern. — Energieeffiziente Stromnutzung/Einsatz strom
sparender Haushaltsgeräte
Aufbau eines urbanen Datenmodells — Vernetzte, umweltfreundliche Mobilität
(IT-Plattformarchitektur) — Klimabewusstes Verbraucherverhalten
Eine große Aufgabe kommt auf das Stadteigene IT- — Bürgerpartizipation
Management zu. Die vorab erwähnten Anwendungsfälle
sind individuell und vielschichtig, so dass ein zentrales
Datenmodell einen großen Beitrag zur Datenhomoge
nität leisten kann. So lassen sich Prozesse vereinfachen
und neue Anbieter in kürzester Zeit hinzufügen. Das
zentrale Datenmodell wird damit zum Kernstück einer
jeden Ausschreibung für neue Anwendungsfälle.
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Intelligente Quartierssteuerung
Mieterstrom
Smart Home Anwendungen
E-Mobilität
Virtuelle Kraftwerke
...
Anwendung
Breitbandanschluss
Sensoren & Aktoren Zugangsnetz IoT-Plattform Daten-Plattform
Smart Home Mobilfunk/
Heizung LPWAN
PV Anlagen
Speicher Wetter
Ladesäulen Open Data
Externe Externe
Infrastrukturen Dienste Mobilität
...
Management & Governance
Abbildung 7: Smart City-Plattform: Energetisches Quartiersmanagement
Erste Umsetzungsschritte finden sich beispielsweise Für Kommunen ergibt sich hieraus eine der großen
in Köln (GrowSmarter, RheinEnergie AG), Jena (Smartes Herausforderungen der Energiewende.
Quartier Lobeda, Stadtwerke Jena) und Oldenburg
(Energetisches Nachbarschaftsquartier, Stadt Im Rahmen einer energetischen Modernisierung der
Oldenburg u. a.).8 Gebäude bzw. der Quartiersanlagen wird die Möglichkeit
geschaffen, energiespezifische und weitere Daten
2.2.3.2 Herausforderungen für Kommunen im Quartier zu erheben. Diese können im Rahmen des
Klimafreundliches Bauen und Wohnen ist eine zentrale Energetischen Quartiersmanagements genutzt werden,
Säule der aktuellen Energie- und Klimaschutzpolitik. um auf Basis einer vernetzten Plattformlösung
Die Bundesregierung hat das Ziel ausgegeben, dass die energiespezifischen Anlagen (Strom und Wärme)
bis zum Jahr 2050 ein nahezu klimaneutraler Gebäude intelligent und bedarfsgerecht zu steuern, neue energie
bestand in Deutschland realisiert werden soll. Um bezogene Geschäftsmodelle zu entwickeln sowie weitere
dieses Ziel zu erreichen, sind höhere Anteile erneuer- Dienste, etwa in den Bereichen der Elektromobilität oder
barer Energien am Wärmeverbrauch und energieeffizi- der Bürgerpartizipation, im Quartier anzubieten. Wird
entere Gebäude notwendig.9 Ein wichtiger Hebel kann das Quartiersmanagement um eine Mobilitätslösung
demnach auch die energetische Sanierung bestehender erweitert, können die verstärkte Nutzung von E-Mobilität
Gebäude und ihr energetisches Management sein, um sowie die angestrebte Reduzierung des motorisierten
nachhaltigkeitsorientiertes Entscheiden und Handeln in Individualverkehrs (CarSharing) dazu führen, dass
strategischen Gebäudefragen sicherzustellen. zusätzlich lokale und globale Emissionen (Lärm,
Feinstaub und CO2) eingespart werden.
8 Vgl. Bitkom, 2019
9 Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), 2015: Energieeffizienzstrategie Gebäude, Berlin, www.bmwi.de/Redaktion/DE/Publikationen/Energie/energie
effizienzstrategie-gebaeude.html
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In Abhängigkeit der Ausgestaltung des Quartierskon- — Photovoltaik Anlagen (PV-Anlagen)
zepts und der damit zugrundliegenden Daten, ergeben — Batteriespeicher
sich mitunter umfassende Herausforderungen für die — Wärmepumpen
handelnden Akteure. Beispielsweise erlaubt die massen — Heizungsanlagen
hafte Erfassung, Verknüpfung und Auswertung von — Smart Home Geräte
Daten immer detailliertere Einblicke in das Verhalten, — Ladesäulen
die Gewohnheiten und die Präferenzen von Verbrau- — CarSharing Systeme
chern. Deshalb erhalten die Themen Datenschutz, — etc.
Verbraucherschutz und Datensicherheit auch in der
Energiewirtschaft eine immer größere Bedeutung.10 Zugangsnetze
In den Fokus von Vernetzungsprozessen, wie sie im
Dies gilt insbesondere für die Erhebung und Verarbeitung Rahmen von Smart City Lösungen umgesetzt werden,
personenbezogener Daten (vgl. vor allem DSGVO) und die rückt vor allem die Qualität der Übertragungstech
wachsende Bedeutung des Schutzes von IT-Systemen. nologien. Neben der flächendeckenden Verfügbarkeit
Im Energiesektor sind in diesem Zusammenhang die sind weitere Qualitätsmerkmale wie eine hohe Daten-
Vorgaben des IT-Sicherheitsgesetzes, das Betreibern übertragungsrate, kurze Latenzzeiten, Zuverlässig-
kritischer Infrastrukturen die Einhaltung bestimmter keit, Sicherheit sowie Flexibilität von hoher Relevanz.
Mindeststandards im Bereich der IT-Sicherheit auferlegt, Die erforderlichen Qualitäten werden dabei durch
von grundlegender Bedeutung (vgl. bspw. BSI-KritisV11). den jeweiligen Anwendungsfall bestimmt. Während
einige Anwendungen hohe Datenübertragungsraten er-
2.2.3.3 Anwendung auf das Übersichtsmodell fordern, ist für andere Anwendungen beispielweise eine
Sensoren/Aktoren möglichst geringe Latenz oder eine hohe Zuverlässigkeit
Damit die für die Steuerung erforderlichen Daten auf zentral. Die Anforderungen an die Netzinfrastruktur
einer Smart City Plattform erhoben und zusammen können über die Breite der Anwendungen somit höchst
geführt werden können, ist es notwendig, die ent unterschiedlich ausfallen.
sprechenden energiespezifischen Anlagen, Geräte
und sonstigen Gegenstände (wie etwa Ladesäulen und Grundsätzlich kommen für die Umsetzung des Energe
Fahrzeuge) mit geeigneten Sensoren und Aktoren tischen Quartiersmanagements sowohl kabelgebundene
auszustatten. Erst diese ermöglichen die Erfassung als auch kabellose Datenübertragungstechnologien in
entsprechender Daten und die Steuerung der einzelnen Frage. Gängige Sensorlösungen nutzen als Netzzugang
Komponenten im Rahmen des Internet der Dinge. bspw. WLAN, Bluetooth oder Zigbee, deren Reichweite
allerdings eingeschränkt ist. Um ein Quartier vollständig
Eine Installation oder Nachrüstung von Sensoren einbinden zu können eignen sich eher Technologien mit
und Aktoren bietet sich beispielsweise für folgende höherer Reichweite, wie NB-IoT, Sigfox oder LoRaWAN,
Infrastrukturkomponenten an: die speziell für Internet of Things (IoT)-Anwendungen
entwickelt wurden.
10 Vgl. Bundesnetzagentur, 2017
11 Vgl. BSI, 2016
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Expertengruppe Sichere IKT-Plattformen
IoT-Plattform
Eine zentrale Rolle bei der Umsetzung des Energe Energiemanagement: Ein Anwendungsfeld
tischen Quartiersmanagements spielt die verwen- ist das intelligente Energiemanagement für die
dete IoT-Plattform. Sie ermöglicht die Vernetzung Bewohner von Quartieren (bspw. automatisierte
zwischen den einzelnen Geräten, also etwa Sen- Steuerung von Heizung, Lüftung und Licht). Vor-
soren, und den entsprechenden Systemen, die aussetzung dafür ist die Erfassung und Verarbei-
IoT-Daten speichern, verarbeiten und auswerten. tung von Daten aus dem Quartier, mit dem Ziel,
Hinzu kommen Funktionen für die Steuerung und die passgenaue Prognosen für den Energiebedarf
Analyse von Daten, das Management von IoT-Anwen- (Strom, Wärme oder Ladesäulen) erstellen zu
dungen und das Reporting. Auch erweiterte, KI-basierte, können. Überschüssig erzeugte Energie des
Analysemethoden werden immer öfter angeboten, wie Quartiers kann so entweder in Wärme umgewan-
etwa maschinelles Lernen. delt, gespeichert oder ins öffentliche Stromnetz
eingespeist werden. Fehlende Energiemengen
Welche Plattform im Einzelfall am geeignetsten ist, können entsprechend aus den Speichern oder
kann nicht pauschal angenommen werden, da in der dem öffentlichen Stromnetz bezogen werden.
Praxis unterschiedliche Lösungen mit unterschied
lichen Schwerpunkten existieren. Dazu zählen bspw. Energiehandel: Im Quartier erzeugte Energie
Cloud-Services, Datenanalyse-Plattformen oder Platt- kann als Mieterstrom angeboten werden. Als
formen mit einem Schwerpunkt auf der Verwaltung von Mieterstrom wird der Strom bezeichnet, der in
IoT-Geräten. einem Blockheizkraftwerk oder in einer Photo
voltaik-Anlage auf dem Dach eines Wohngebäudes
Bei der Auswahl der jeweiligen IoT-Plattform sollten erzeugt und an Letztverbraucher geliefert wird.
Kommunen bzw. Unternehmen neben den konkreten Außerdem kann im Quartier erzeugte Energie über
aktuellen Anforderungen auch immer den Aspekt die Einbindung in ein virtuelles Kraftwerk vermark-
der Skalierbarkeit mit einbeziehen. Demnach be- tet werden und perspektivisch möglicherweise auch
stimmen die geplanten Anwendungen maßgeblich die (zum Beispiel auf Basis der Blockchain-Technologie)
Ausgestaltung der entsprechenden Plattform. direkt mit Nachbarn gehandelt werden. Auf diese
Weise ist die Umsetzung einer nutzerfreundlichen,
Anwendungen individuellen Lösung möglich, die es erlaubt,
Die Möglichkeiten der Datenerfassung, -speicherung, Energie zu beziehen oder überschüssige Energie
-auswertung und -übermittlung sind grundsätzlich zu verkaufen.
vielfältig und eine wichtige Voraussetzung für die Reali-
sierung von Effizienzpotenzialen und die Entwicklung Weitere Anwendungen: Des Weiteren ist die
innovativer Dienstleistungen und Produkte. Umsetzung von Geschäftsmodellen aus dem
Mobilitätssektor denkbar, die auf Basis der
Im Bereich des Energetischen Quartiersmanagement erhobenen Daten und der IoT-Plattform entwickelt
sind exemplarisch folgende Anwendungsfälle denkbar. werden. Das gilt beispielsweise für Anwendungen
aus den Bereichen E-Mobilität oder CarSharing.
Ebenfalls denkbar ist die Einrichtung eines
plattformbasierten Bürgerportals, das genutzt
werden kann, um die Quartiersbewohner zu
informieren und untereinander zu vernetzen. Im
Fokus könnten hierbei energiespezifische Themen
(etwa Einsparpotenziale) oder auch allgemeinere
kommunale Themen (bspw. Bürgerservices oder
regionale Veranstaltungen) stehen.
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