Die digitale Stadt aus der Cloud

Dynamisches Verkehrsmanagement, Public WLAN und Smart-Grid-Anwendungen werden in Zukunft zunehmend Teil der modernen Stadt sein. SMIGHT, ein Start-up aus Karlsruhe, integriert IoT-Geräte in städtische Infrastrukturen zur Erhebung nutzbarer Echtzeitdaten, um neue Lebensqualität im öffentlichen Raum zu schaffen.

Um die Menge der eingehenden Daten zu managen, suchte SMIGHT nach einem Cloud-Partner, der die notwendigen IT-Ressourcen nach Bedarf skalieren und in Echtzeit anpassen kann.

Mit dem Smart City Index 2019 untersuchte der Digitalverband Bitkom erstmals alle 81 deutschen Städte mit mindestens 100.000 Einwohnern in Hinblick auf ihre Digitalisierung. Dabei zeigte sich, dass digitale Technologien jeweils sehr unterschiedlich eingesetzt werden. Demnach bietet laut Smart City Index zurzeit jede sechste deutsche Stadt flächendeckendes WLAN an.

89 Prozent der Städte ab 100.000 Einwohnern haben öffentliches, kostenloses WLAN bereits integriert und in 17 Prozent der Städte ist dieses auch außerhalb des Stadtzentrums verfügbar. Weitere Kategorien dieser Untersuchung waren Mobilität, Gesellschaft sowie Energie und Umwelt. Moderne Smart-City-Technologien erfordern allerdings nicht nur eine sinnvolle Integration in bereits bestehende städtische Strukturen sondern auch die anschließende Verarbeitung großer Datenmengen.

Seit der Gründung 2014 als Corporate Start-up der EnBW AG hat sich SMIGHT weiterentwickelt und es sich zur Aufgabe gemacht, Städte und Kommunen durch digitale Lösungen noch attraktiver zu machen. Mit einem Retrofit-Ansatz werden die bestehenden städtischen Infrastrukturen, wie Laternen oder Ortsnetzstationen, zeit- und kostensparend aufgerüstet. Für die Themen Verkehrs- und Stromnetzmanagement werden Sensoren installiert. Im Bereich öffentliches WLAN werden vor allem in Laternenmasten Router und Antennen integriert. Auf diese Weise hat sich SMIGHT in den letzten Jahren zu einem der führenden IoT-Anbieter für Klein- und Mittelstädte entwickelt.

Exponentielle Entwicklung von Smart-City-Anwendungen

SMIGHT verzeichnet aktuell mehr als 300 Kunden aus dem kommunalen Umfeld, über 1.500 installierte Geräte und etwa 455 Millionen eingehende Datensätze. Monatlich addieren sich etwa 20 bis 25 Millionen Datensätze hinzu. Diese Art des schnellen und nur bedingt vorhersehbaren Wachstums erfordert spontanes und dynamisches Handeln und zugleich eine automatisierte Technologie, um ohne Verzögerungen auf eine veränderte Entwicklung reagieren zu können. Aktuell ist der Fortschritt in Hinblick auf die Implementierung von IoT- und Smart-City-Lösungen in vielen deutschen Städten noch auf einem teils sehr unterschiedlichen Stand.

Die Weiterentwicklungen bei den entsprechenden Technologien und Diensten sind nicht immer eindeutig absehbar. Zudem sind das Volumen und die Volatilität der Daten je nach Standort der Geräte immer sehr unterschiedlich. Kann ein System hieraus resultierend nicht schnell genug auf plötzliche Schwankungen reagieren, kommt es möglicherweise zu erheblichen Funktionseinschränkungen oder im schlimmsten Fall sogar zu gravierenden Ausfällen. Geschieht dies beispielsweise bei einem automatisierten Verkehrsmanagementsystem, können daraus ernste Folgen für Bürger, die Kommunen, aber auch für SMIGHT entstehen.

Um diese schnellen Anpassungen jederzeit problemlos zu gewährleisten, sorgen die Open-Source-Software Docker in Verbindung mit einer Container-basierten Architektur für die nötige Flexibilität und Dynamik der SMIGHT-Plattform. Docker und Container können als Cloud-native Technologien umgebungsunabhängig eingesetzt und so auf unterschiedliche Systeme transferiert werden.

Das Problem in der Vergangenheit: Hohe Komplexität und wenig Flexibilität

Über die moderne Plattform-Architektur von SMIGHT hinaus bedarf es allerdings sowohl für die performante Bereitstellung aller smarten Services wie auch für die zuverlässige Auswertung aller generierten Daten einer entsprechend leistungsfähigen, Cloud-basierten IT-Betriebsplattform. Das Problem, mit welchem sich SMIGHT bei der Nutzung seiner ursprünglichen Cloud-Lösung konfrontiert sah, war das vorwiegend auf Entwickler ausgelegte, deutlich zu komplizierte Handling der Cloud-Infrastruktur, die sie für Mitarbeiter ohne sehr tiefgehende IT-Kenntnisse nahezu unbrauchbar machte.

Zusätzlich zur Komplexität bei der Konfiguration und Aktivierung der jeweils passenden Cloud-Infrastruktur-Komponenten fehlte ein entsprechend zugeschnittener, gut erreichbarer  Support. Denn gerade für kleinere Unternehmen und Start-ups sind aktive Beratung und enger Support des Cloud-Partners besonders wichtig und meist ein zentraler Aspekt im Auswahlprozess. „Als kleines Unternehmen ohne spezifisches Cloud Know-how wünschen wir uns nicht nur eine stabile, performante Betriebsumgebung, sondern auch enge Betreuung und mehr Anbieterflexibilität bei der Umsetzung unserer individuellen Vorhaben”, so Ralf Rapude, verantwortlicher IT-Projektleiter bei SMIGHT. Weltweit agierende Cloud-Anbieter sind dafür meist zu anonym und können durch ihren Standardisierungszwang nur in geringem Umfang auf die individuellen Bedürfnisse jedes einzelnen Kunden eingehen. Eine enge, persönliche Zusammenarbeit ist dadurch kaum möglich.

Fokus auf leichtes Handling und angepassten Datenschutz

Spezielle Cloud-Angebote, die mit ihrem unkomplizierteren Handling gerade auf kleine und mittelständische Unternehmen zugeschnitten sind, können hier oft eine gute Alternative zu den herkömmlichen Hyperscalern sein. Dazu gehört auch der Kölner IaaS- und PaaS-Anbieter gridscale, mit dem auch SMIGHT erfolgreich zusammenarbeitet. Im Vergleich zur vorherigen Lösung konnte so die Komplexität im IT-Betrieb deutlich reduziert werden.

Eine Besonderheit für deutsche Unternehmen stellt seit Inkrafttreten der DSGVO außerdem die Rechts- und Datensicherheit cloud-basierter Infrastrukturen dar und sorgt gerade im Mittelstand immer noch häufig für Verunsicherung. Eine strikte Einhaltung der deutschen Datenschutzrichtlinien ist demnach unabdingbar für den Einsatz von digitalen Technologien, die sich mit der Verwertung von Daten befassen. Besonders im Bereich von Smart-City-Anwendungen werden täglich große Mengen von Daten gesammelt und zur späteren Auswertung und Ableitung von Maßnahmen genutzt.

Auch wenn es sich zumeist nicht um personenbezogene Daten handelt, legen Kommunen dennoch einen großen Fokus auf die sichere Nutzung und Speicherung dieser Daten. Nicht zuletzt um das Vertrauen in die neuen Technologien zu stärken und für zukünftige Entwicklungen voranzutreiben. Cloud-Anbieter aus dem Ausland mit einer fremden Rechtskultur und einem unterschiedlichen Verständnis zu Transparenzpflichten, Geschäftsgeheimnisschutz und Schadenshaftung sind meist nicht auf die speziellen deutschen Rechtsvorschriften und Üblichkeiten im Geschäftsalltag ausgerichtet.

Sicherung der Sensor-Datenübertragung

IoT-Geräte erfassen kontinuierlich eine Vielzahl von Daten, die zur effizienten Nutzung unmittelbar verfügbar sein sollten. Entweder müssen in regelmäßigen Abständen Messungen durchgeführt oder sogar permanent Daten aufgezeichnet und übertragen werden. Durch den Echtzeit-Charakter der Datenerhebung und -verarbeitung muss auch die genutzte Cloud-Infrastruktur je nach “Verkehrsaufkommen” entsprechend elastisch reagieren und skalieren können.

Wichtig ist außerdem, dass sämtliche Daten zuverlässig und ohne Informationsverlust übertragen und nachfolgend sicher gespeichert werden. Im Falle von SMIGHT erfolgt die Datenübertragung der Sensoren primär über Mobilfunk und werden die eingehenden Daten direkt über eine Schnittstelle bei dem Datenbankservice MongoDB Atlas gespeichert. Bekanntermaßen geht mit der Nutzung von Mobilfunk jedoch eine gewisse Instabilität einher, wodurch nicht immer von einem gleichmäßigen und störungsfreien Datenstrom bei der Übertragung ausgegangen werden kann. Auch hier ist es wichtig, dass die Cloud-Ressourcen schnell reagieren und mögliche Schwankungen zuverlässig auffangen.

Digitalisierung bis zum vollständigen IoT-Ökosystem

Wie der Smart City Index des Bitkom zeigt, gibt es beim Ausbau städtischer Infrastrukturen zu modernen IoT-Ökosystemen noch erhebliches Entwicklungspotenzial. SMIGHT hat sich in diesem innovativen Umfeld bereits erfolgreich durchgesetzt und begleitet Städte und Kommunen auf ihrem Weg der digitalen Transformation. Dazu muss sich das Unternehmen auch selbst fortlaufend an neue Trends und Kundenwünsche sowie die hieraus resultierenden Herausforderungen im Geschäftsalltag schnell anpassen.