IT-Infrastruktur in der Digitalstadt

Vielfältig gut vernetzt

Auf dieser Seite finden Sie Informationen zu folgenden Digitalstadt-Projekten.

Gute Stadtplanung mit einer Infrastruktur, die sich an den Bedürfnissen ihrer Bürger orientiert und entwickelt – das ist keine Erfindung der Neuzeit. In ferner Vergangenheit wuchsen einzelne Häuser zu Siedlungen zusammen. Daraus wurden Städte, die nach und nach befestigte Straßen bekamen und erste Infrastrukturnetze zur Versorgung mit Wasser und Elektrizität sowie zur Entsorgung von Abwasser und Abfall. Zugleich entwickelten sich die Wege zwischen den einzelnen Siedlungen und Städten zu überregionalen Verkehrsnetzen aus – angetrieben vom Wunsch und der Notwendigkeit der Menschen nach Handel und Mobilität, Information und Kommunikation. Sie wurden die Grundlinien stetig wachsender Nah- und Fernverkehrssysteme, die sich analog zu den steigenden Bedürfnissen der Gesellschaft und den verfügbaren Fortbewegungsmitteln zu immer dichteren Netze verknüpften. Damit einhergehend stieg auch das Bedürfnis nach neuen und vor allem schnelleren Informations- und Kommunikationsmöglichkeiten.

Welche Technologien halten die moderne Gesellschaft am Laufen?

„Wenn man das weiterdenkt, stellt sich die Frage: Mit welchen Informations- und Kommunikationstechnologien kann eine heutige moderne Gesellschaft am Laufen gehalten und eine Stadt lebenswerter und nachhaltiger gestaltet werden“, sagt Dr. Matthias Hollick, Professor für Sicherheit in Mobilen Netzen an der Technischen Universität Darmstadt. Er umreißt das Aufgabenfeld: „Mit moderner Technologie kann eine Stadt die individuelle Mobilität ihrer Bewohner unterstützen und eine Brücke zwischen physischer und digitaler Welt schaffen – hierzu gehört, jederzeit und überall Informationen abrufen und städtische Dienste nutzen zu können. Mithilfe von Sensoren und Datenanalyse kann eine Stadt zudem feststellen, was in ihr vorgeht, wie sich die Menschen in ihr verhalten und klügere Entscheidungen treffen.“ Zudem müsse eine Stadt dafür sorgen, dass sie auch im Krisenfall funktioniert, ergänzt Hollick und erinnert: „Mit Beginn der Corona-Pandemie konnten viele problemlos ins Homeoffice wechseln, weil die digitale Infrastruktur vorhanden war.“

Darmstadt hat im Bitkom-Wettbewerb „Digitale Stadt“ das Potenzial gesehen, mithilfe von Experten herauszufinden, welche Wege der Digitalisierung die Stadt gehen kann und möchte, sprich: welche Technologien ihr und ihren Bürgern helfen können. Denn: „Digitalisierung bedeutet nicht, dass alles und jeder digitalisiert und schon gar nicht gläsern wird“, betont Professor Dr. Michael Waidner, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Sichere Informationstechnologie SIT und Professor an der TU Darmstadt, der als Chief Digital Officer (CDO) die Stadt berät. „Digitalisierung geht auch weit über die Einführung von Informationstechnologie und deren operativen Betrieb hinaus. Sie heißt auch: Kosten und Nutzen zu betrachten und Risikoanalysen zu machen. In Darmstadt ist dabei Partizipation wichtig. Die Bürgerinnen und Bürger werden einbezogen, wie beispielsweise im Stadtlabor, und niemand wird gezwungen, etwas zu tun. Wenn jemand kein Mobiltelefon möchte, ist das völlig okay. Trotzdem werden alle von der Digitalisierung der Infrastruktur, der Verwaltung und des Handels profitieren.“

Über allem steht der Begriff „Smart City“: Eine solche Stadt verbindet mit ihrem intelligenten Netzwerk die Menschen auf digitale UND soziale Weise. Dafür muss eine Stadt zunächst Wege suchen, die Bedürfnisse ihrer Bürgerinnen und Bürger zu kennen, und anschließend die dafür passenden Strategien und Hilfsmittel finden. „Die Digitalisierung aller Lebensbereiche ist inzwischen Realität, aber nicht die Hauptsache unseres Engagements, kein Selbstzweck“, wird Oberbürgermeister Jochen Partsch nicht müde zu betonen. „Vielmehr sind es die Ziele, die wir damit erreichen können, die zählen. Deswegen war und ist der Gewinn des Digitalstadt-Wettbewerbs eine große Chance. Wir haben damit ein Experimentierfeld bekommen, auf dem wir Dinge ausprobieren konnten und können. So haben wir die Möglichkeit, genau das zu finden, was zu uns passt, damit wir uns zur sicheren Smart City entwickeln können.“ Digitalisierung kann auch dabei helfen, dass die Stadt spart, weil ihre Mitarbeiter ihre Aufgaben effizienter erfüllen können.

„Sicherheit, Privatheit, Resilienz“

Der „Weisenrat für Cyber-Sicherheit“ des Cyber Security Clusters Bonn befasst sich mit der Frage, wie Wirtschaft und Gesellschaft, Unternehmen und Organisationen und auch jeder Einzelne Gefahren im Netz begegnen und vorbeugen können. Im Jahresbericht 2020 betrachtet Ratsmitglied Matthias Hollick die Transformation von Städten zu digitalen und smarten Städten und beschreibt, wie ihre Infrastrukturen konzipiert sein müssen, damit davon keine Gefahr ausgeht. Er nennt die drei wichtigsten Bedingungen:

Resilienz – Fähigkeit der Stadt, Krisensituationen zu bewältigen, Gefahren abzuwehren und sich verändernden Bedingungen anzupassen.

Sicherheit – Schutz, im Sinne von Vertraulichkeit und Verfügbarkeit; Abwesenheit von Gefahr für den Benutzer durch Ausfall von Systemen oder Komponenten – insbesondere Abwehr von Cyber-Angriffen auf kritische Infrastrukturen, die zur Gefahr für Leib und Leben der Bevölkerung werden können.

Privatheit – Recht auf Selbstbestimmung eines jeden Bürgers, welche seiner Daten anderen verfügbar gemacht werden sollen.

In einer Übersicht zeigt Hollick „ausgewählte digitale, smarte Städte und deren Selbstverständnis und Bezug zu Resilienz, Sicherheit und Privatheit“. Während Weltstädte wie Berlin, Boston, Melbourne oder Wien sie vermissen lassen, wird Darmstadt folgendermaßen beschrieben: „Fokus auf IT-Sicherheit, Datenschutz und IKT-Resilienz. Sicherheit, Privatheit und Resilienz sind Handlungsfelder der Stadt und werden gemeinsam mit den Forschungszentren emergenCITY (Resilienz) und ATHENE (Sicherheit und Privatheit) entwickelt.“

Grundlagen der städtischen digitalen Infrastruktur

Menschen entdecken immer mehr – auch als Folge der Pandemie – den Nutzen digitaler Hilfsmittel. Sie informieren sich immer häufiger digital und tauschen sich über vielfältige Online-Kanäle aus. In Darmstadt registriert eine steigende Zahl an Sensoren Werte und leitet sie zur Analyse weiter. So fließen auf der Echtzeit-Datenplattform der Digitalstadt Darmstadt die Daten der Darmstädter Verkehrskameras, thermischen Kameras an Ein- und Ausfallstraßen und Messstellen für Luftschadstoffe zusammen. Teile davon sind öffentlich einsehbar und geben unter anderem Auskunft über Umwelt- und Verkehrssituation. Weitere Anwendungsfälle dieser Art, wie etwa unterschiedliche Datensätze zur Energiewende, werden derzeit für die Datenplattform umgesetzt.

Zur Bewältigung der Datenflut, die mit der wachsenden Vielzahl an digitalen Anwendungsfällen immer weiter ansteigt, braucht es die passende und leistungsfähige digitale Infrastruktur aus verschiedenen Systemen. So steuert Darmstadt seinen Verkehr über ein hochmodernes, eigenes Glasfasernetz. Und in Sachen leitungsgebundene Kommunikation gehört Darmstadt zu den Städten mit der besten Breitbandversorgung in Hessen. Ergänzt wird sie durch die Kommunikation, die ohne jegliche Kabel auskommt. Wie sie aussieht und welche unterschiedlichen Bedürfnisse sie bedient, verdeutlichen drei Projekte der Digitalstadt Darmstadt.

5G für immer größere Datenströme

Da ist zum einen der Mobilfunk und Darmstadt als einstiges Testfeld für die 5G-Technologie. Der modernste Funkstandard für die drahtlose Telefonie und Internetnutzung ist als fünfte Mobilfunkgeneration die Weiterentwicklung von UMTS (3G) und LTE (4G). Er soll dem immer größeren Bedarf an schneller Übertragung mobiler Daten ohne Latenz, also Verzögerung in der Übertragung, nachkommen. Wichtig ist dies für den zukünftigen, privaten Datenaustausch und im großen Stil für die Industrie-4.0-Anwendungen. Dafür werden Maschinen, Geräte und Rechneranlagen zunehmend mit der nächsten Generation an Digitaltechnik, nämlich KI-basierten Technologien ausgestattet, und diese benötigen eine viel präzisere Mobilfunkverbindung bei gleichzeitig erhöhter Masse an Datensatzaustausch in Echtzeit.

Als ein Fernziel der 5G-Technologie gilt das autonome Fahren. Mit einem mittelfristig möglichen Anwendungsfeld für 5G befasst sich das Forschungsprojekt MAAS – die „Machbarkeitsstudie zur Automatisierung und zu Assistenzsystemen der Straßenbahn“.

Das Kooperationsprojekt von HEAG, HEAG mobilo, TU Darmstadt und Telekom untersucht mit einer entsprechend ausgestatteten Forschungs-Straßenbahn die Potenziale einer Bahn, die mit Unterstützung von Kameras und Sensoren teilautomatisiert fährt. Die Forscher erkunden dabei auch, inwiefern die Fernsteuerung von Bahnen über den Mobilfunkstandard 5G möglich ist. Andere 5G-Projekte unterstützen im Notfall: So werden Rettungswagen des Klinikums Darmstadt so ausgestattet, dass sie mithilfe des Mobilfunks schneller durch den Verkehr kommen, und Fahrzeuge der HEAG mobilo so ausgerüstet, dass sie Fahrgäste in einer Gefahrensituation wirksam schützen können.

Längst ist die einstige 5G-Testphase beendet, mit der Darmstadt eine der Vorreiter-Städte in Deutschland zur Implementierung der Technologie war. Der Normalbetrieb hat begonnen. Laut Telekom liegt die 5G-Netzabdeckung in Darmstadt bei nahezu 100 Prozent und wird weiter ausgebaut.

Offenes WLAN für mobiles Surfen

Die 5G-Mobilfunklizenzen und der Netzausbau kosten die Betreiber jedoch viel Geld. Den Service bezahlen die Nutzer über ihren individuellen Mobilfunk-Vertrag. Eine kostenlose Alternative bietet ein weiteres Projekt der Digitalstadt Darmstadt: Das offene WLAN ist die kostenfreie, drahtlose Verbindung zum Internet. 2015 hat die Wissenschaftsstadt Darmstadt Marketing GmbH die ersten Access Points für den offenen Internet-Zugang installiert, denn: „72 Prozent der in der Studie `Vitale Innenstädte´ Befragten haben sich damals ein öffentliches, kostenloses WLAN gewünscht“, berichtet Geschäftsführerin Anja Herdel. Die Sache nahm so richtig Fahrt auf, als „WiFi Darmstadt“ zum gemeinsamen Projekt von Wissenschaftsstadt Darmstadt, Darmstadt Marketing, ENTEGA, HEAG mobilo und Digitalstadt Darmstadt wurde.

Mit inzwischen mehr als 300 Access Points steht das kostenlose offene WLAN den Nutzern internetfähiger Endgeräte in weiten Teilen der Innenstadt, am Hauptbahnhof und an den jeweils zentralen Plätzen in den Stadtteilen zur Verfügung – und in 80 Bussen, 48 Straßenbahnen und 30 Beiwagen der HEAG mobilo. „Mit 10 Mbit/s beim Up- und Download reicht die Bandbreite bereits aus, unterwegs einen Livestream anzusehen“, erläutert Thomas Schmidt von Betreiber ENTEGA Medianet. Das ist für alle komfortabel, die sich im öffentlichen Raum aufhalten. Anja Herdel hat aber eine Gruppe ganz besonders im Blick: „Vor allem ausländische Gäste sind auf freies WLAN angewiesen, weil sie meist keine Mobilfunkverträge für Deutschland haben – und wir möchten ja, dass sie die vielen inzwischen digital verfügbaren Informationen über unsere Stadt und auch unsere Apps nutzen können.“ Die Anbieter sorgen für höchste Sicherheit zwischen dem Access Points/Routern und der Plattform des Netzwerk-Anbieters – für ihr sicheres Verhalten im offenen Netz sind die Nutzer selbst verantwortlich.

LoRaWAN für vereinzelte, kleine Datenpakete

„Niemand fährt mit einem Umzugswagen zum Bäcker, nur um ein paar Brötchen zu holen.“ So beschreibt Antonio Jorba, Bereichslead für IT Sicherheit der Digitalstadt Darmstadt, das dritte Digitalstadt-Projekt zur Förderung der IT-Infrastruktur. Denn viele digitale Lösungen müssen nicht permanent „auf Sendung“ sein – wie etwa die Straßenbeleuchtung der Zukunft, die ihre Helligkeit bedarfsgerecht über Bewegungssensoren steuert, oder die nächste Generation an öffentlichen Mülltonnen, die ihren Füllstand an den städtischen Entsorgungsbetrieb EAD funken.

Die dafür genutzte Technologie nennt sich LoRaWAN (Long Range Wide Area Network). Sie spannt zwischen mehr als 30 Funkeinheiten ein eigenes Netzwerk für Darmstadt auf. Es ist der Kern des viel zitierten „Internets der Dinge“ – ohne auf das Internet angewiesen zu sein. Der Vorteil: Seine Sensoren erwachen nur dann zum Leben, wenn sie einen bestimmten Reiz erfahren – sei es durch Licht oder Feuchtigkeit, Bewegung oder Berührung. Dann schicken sie ihre Information übers Funknetz. Diese Technologie verbraucht wenig Energie und macht sie zu einem idealen Instrument, insbesondere für die Erhebung von Umweltdaten, in der Abfallwirtschaft, bei der Objekt- und Gebäudesicherung oder bei Zählaufgaben.

Der Datensatz wird zwar nicht in Echtzeit übertragen, die entsprechenden Anwendungen erfordern das aber auch gar nicht. Dafür haben die Funksignale im LoRaWAN-Netz eine besonders große Reichweite von bis zu 80 Kilometern im offenen Gelände. Das macht sie für den Einsatz auch an entlegenen Orten attraktiv und sie durchdringt Barrieren wie Kellerdecken in Industriegebäuden oder städtischen Altbauten, an denen 5G oder WLAN scheitern.

Es ist und bleibt Kernaufgabe der Digitalstadt Darmstadt, genau die IT-Infrastruktur vorzuhalten, die heute und in Zukunft den Bedürfnissen der kleinen Großstadt Darmstadt gerecht wird. Auf Basis von LoRaWAN sind bereits auf vielen Betriebsgeländen lokale Netzwerke im Sinne des Internets der Dinge (IoT) entstanden. Bürgerinnen und Bürger genießen einen modernen Lebensstil dank offenem WLAN und aktuellstem Mobilfunkstandard, mit dem Darmstadt sich auch als Wirtschafts- und Wissenschaftsstandort weiterentwickeln kann – für dessen Zukunftsvisionen 5G unverzichtbar ist.

Zudem gilt es, Technologien und Tools zu finden, die dauerhaft, zuverlässig und vor allem sicher betrieben werden können. Das tut die Stadt nicht alleine und über die Köpfe ihrer Bürgerinnen und Bürger hinweg. Mit verschiedenen Veranstaltungen und Dialogformen lädt sie vielmehr ein, den Weg der Digitalisierung gemeinsam zu diskutieren und zu gestalten.