Städte sind permanent in Bewegung. Neue Bewohner strömen in die Städte hinein, andere verlassen sie. Die Demographie unterliegt einem Wandel und die Wirtschaft schrumpft, stagniert oder wächst. Neue Führungspersonen treten ihr Amt an und die Technologie sorgt für mehr Lebensqualität für alle – zumindest wenn man der Werbung Glauben schenkt. 

Stadtverwaltungen müssen genau überlegen, welche Anwendungen für eine intelligente Stadt die Anforderungen der verschiedenen Bevölkerungssegmente am besten erfüllen. Marni Wilhite, Leiterin des Bereichs Digitale Transformation der Stadt Austin, fasst diese Herausforderungen wie folgt zusammen: „Unsere Probleme werden sich im Laufe der Zeit ändern, also müssen das unsere Lösungen ebenfalls.“

Eine Konstante, die es in jeder intelligenten Stadt gibt, ist das Netzwerk, das die Grundlage für diese Lösungen bildet. Wirklich intelligente Städte verfügen über ein Netzwerk, dass sich anpasst.

Smart-City-Transformation von Barcelona

Anwendungen für intelligente Städte müssen exakt zu der Richtung passen, in die eine Stadt und ihre Bewohner gehen möchten. Einige Städte, die bereits sehr früh den Wandel zu einer intelligenten Stadt mit Modellcharakter vollzogen haben, mussten bereits umfassende Änderungen vornehmen. So war Barcelona beispielsweise lange Zeit ein Vorreiter bei der Anwendung digitaler Geräte und der Nutzung des Internets der Dinge für die Verbesserung der kommunalen Betriebsabläufe. 2017 erteilte die Bürgermeisterin von Barcelona, Ada Colau, der CTO von Barcelona, Francesca Bria, jedoch die Aufgabe, „die intelligente Stadt von Grund auf neu zu konzipieren“.

Dies erforderte einen Umstieg von einem stark technologiebetonten Ansatz mit dem Schwerpunkt auf miteinander verbundenen Geräten hin zu einem Ansatz, bei dem die Bürger im Vordergrund stehen und der sich verstärkt auf die sich ändernden Bedürfnisse der Bewohner konzentriert. Darüber hinaus sollen die Bewohner bei der Konzeption dieses Ansatzes miteinbezogen werden.  Ausgehend von den bisherigen Standardanwendungen, wie Verkehrsmanagement und Parkleit- sowie Beleuchtungssysteme, weitete Barcelona die intelligenten Anwendungen der Stadt daraufhin auf „intelligente“ Mehrzweckgebäude, nachhaltige Mobilität, erneuerbare Energien und eine verbesserte Wasserwirtschaft aus. Bria rangierte darüber hinaus diverse proprietäre IT-Systeme aus und führte stattdessen offene, standardbasierte Plattformen ein. Über diese Plattformen werden Daten von Tausenden von IoT-Geräten integriert, die bis zu diesem Zeitpunkt nicht miteinander kommunizieren konnten.

Die intelligente Stadt als Plattform

Auf ähnliche Art und Weise entwickeln sich auch andere Städte über eine einfache Verbundinfrastruktur und die Nutzung intelligenterer Geräte hinaus weiter. In einigen Städten fungieren Bürger, Besucher und Unternehmen als „mobile Sensoren“, indem sie Smartphones mit sich führen, die Teil eines intelligenten, zusammenhängenden Ökosystems sind. Bristol setzt beispielsweise ein sechs Schritte umfassendes Modell um, das den Bürgern die Möglichkeit gibt, an der Arbeit ihrer Stadt teilzuhaben und eigene Beiträge zu leisten. Bei dem von der Stadt Bristol verfolgten Ansatz des sogenannten „Citizen Sensing“ werden Sensortechnologien mit den Ressourcen und dem Know-how von Bürgern und Unternehmen in einem „Living Lab“-Umfeld miteinander verknüpft, um der Gemeinschaft zu dienen.

Erweiterte öffentlich-private Partnerschaften fördern das Konzept einer „intelligente Stadt als Plattform“. In einigen Städten werden beispielsweise private Mitfahrangebote (sogenanntes Ride-Sharing) mit selbstfahrenden städtischen Fahrzeugen und dem öffentlichen Personenverkehr verknüpft, um die Bürger von Tür zu Tür zu bringen. Als weiteres Beispiel lässt sich die Verknüpfung von kommunalen Einrichtungen des Gesundheitswesens mit Apotheken und Lieferangeboten über Privatfahrzeuge oder gar Drohnen nennen. Ein weiteres Szenario ist die bedarfsgesteuerte Müllabfuhr, die auf einer digitalen Überwachung durch die Bewohner und nicht allein auf sensorbestückten Abfallbehältern basiert. 

Für diese Pilotprogramme müssen intelligente Städte in der Lage sein, neue Funktionen zu integrieren und enorm großen Datenvolumen, Anwendungen und Services auf einer oder mehreren Ebenen und über unterschiedliche Betriebsbereiche hinweg für mehrere involvierte Parteien zu koordinieren. Ziel ist die Schaffung eines Sensornetzwerks nach dem Open-Source-Prinzip mit gemeinsamen Standards. Dieses Netzwerk wird mit einer durch die Stadt verwalteten Computerplattform verbunden. Diese digitale Echtzeit-Infrastruktur basiert auf künstlicher Intelligenz und Machine Learning, sodass sich das Netzwerk bei sich ändernden Anforderungen der Stadt und ihrer Bewohner einfach anpassen kann. 

Ein neuer Ansatz: anpassungsfähige Infrastrukturen

Die Integration von Millionen von verbundenen Geräten und mobilen „Bürgersensoren“, die mit Maschinen, Benutzern und Clouds interagieren, erfordert eine grundlegende Neukonzeption des Netzwerks. Um die dynamischen Bedürfnisse neuer Smart-City-Plattformen erfüllen zu können, müssen Netzwerke ein höheres Maß an prädiktiver Analyse und Agilität aufweisen und außerdem eine schnelle Skalierung ermöglichen, um massive Datenmengen in Echtzeit bewegen zu können.

Die Vision von Ciena für eine selbstlernende und selbstoptimierende Kommunikationsinfrastruktur für intelligente Städte ist unter dem Namen Adaptive Network™ bekannt. Dieser neue Endzustand für Netzwerke basiert auf einer einzigartigen Kombination aus Echtzeit-Analytik, intelligenter Automatisierung und einer programmierbaren Infrastruktur. Dies ermöglicht die schnelle Skalierung, Selbstkonfiguration und Selbstoptimierung durch eine ständige Bewertung der Anforderungen, die die Smart-City-Anwendungen an das Netzwerk stellen.

Das Adaptive Network basiert auf drei wichtigen Grundbausteinen:

1. Verbinden – Programmierbare Infrastruktur: Die Konfiguration und der Zugriff auf eine programmierbare paketbasierte und optische Infrastruktur erfolgt über gemeinsame, offene Schnittstellen. Die Infrastruktur verfügt über einen hohen Grad an Instrumentierung. Die programmierbare Infrastruktur kann Netzwerkleistungsdaten in Echtzeit exportieren und die Ressourcen entsprechend anpassen, um die sich ändernden Anforderungen der Smart-City-Plattformen zu erfüllen.

2. Erfassen – Analytik und Intelligenz: Maschine Learning und künstliche Intelligenz (KI) bieten die Möglichkeit, potenzielle Netzwerkprobleme genauer vorherzusagen und Trends zu erkennen, indem aus großen Datenmengen entscheidungsrelevante Einblicke gewonnen werden. Durch Auswerten dieser Einblicke können die Stadtverwaltungen intelligentere, datengestützte Business-Policies entwickeln, die eine sichere Anpassung an die Anforderungen der Bürger in Echtzeit ermöglichen.

3. Agieren – Softwaresteuerung und Automatisierung: Multi-Domain Service Orchestration (MDSO), miteinander verknüpfte Geräte und die zentrale Steuerung einzelner Netzwerkdomänen mithilfe von Software sind ein kritischer Bestandteil des Adaptive Network. Die Implementierung von SDN, NFV und offenen APIs vereinfacht das Ende-zu-Ende-Management und die Automatisierung von Netzwerkservices in den städtischen Hybridnetzwerken mit Komponenten von mehreren Anbietern.

Das selbstlernende, selbstoptimierende Adaptive Network ermöglicht dynamische Echtzeit-Innovationen, die das Leben für die Bürger einfacher machen. So wie die Entwicklung hin zu einer intelligenten Stadt nicht über Nacht stattfindet und es auch keinen festgelegten Endpunkt dieser Entwicklung gibt, ist die Umsetzung der Vision des Adaptive Network ebenfalls eine Reise, bei der der Weg das Ziel ist. Jede Stadt befindet sich abhängig von ihrer aktuellen Netzinfrastruktur, den potentiellen Zielen und den Bedürfnissen der Bürger zu Beginn dieser Reise auf einer anderen Entwicklungsstufe.

Ciena bietet ein umfangreiches Portfolio an Produkten und Services an, die speziell für die Anforderungen von intelligenten Städten ausgelegt sind, und kann die Städte dadurch bei einer erfolgreichen Umsetzung unterstützen. Ciena weiß, dass das, was eine intelligente Stadt wirklich intelligent macht, ihre Fähigkeit zur Anpassung ist.