Vernetzung von Smart Cities im IoT





Smart City: Low Power Network

Internet der Dinge: Die Schweiz beginnt zu Fühlen


Sollen unzählige Geräte, Maschinen, Gebäude und Gegenstände in einem Internet der Dinge vernetzt werden, braucht es ein zuverlässiges, kostengünstiges und energiesparendes Funknetz.


Urs Binder,




Ist vom Internet der Dinge (IoT) die Rede, stellt man sich gemeinhin den vielzitierten Kühlschrank vor, der automatisch die Milch nachbestellt – oder irgendein anderes mit dem Internet verbundenes Gadget, dessen Nutzen eher wenig ausgeprägt erscheint.


Die intelligente Stadt

Doch das «Internet of Things» ist alles andere als blosse Spielerei. Mit Sensoren ausgestattete und über zentrale Softwaredienste mit anderen verbundene Geräte, Maschinen, Gebäude sowie Gegenstände aller Art vom Briefkasten bis zum Velo bilden die Basis für die Stadt der Zukunft: Die «Smart City» reagiert intelligent auf Umweltbedingungen, optimiert zum Beispiel den Verkehrsfluss und kontrolliert den Status von Wasserhydranten und den Füllstand von Recycling-Containern. Sensoren können etwa Temperaturfühler, Energiezähler, Näherungs- oder Rotationssensoren sein. Zur Smart City gehören ausserdem Thermostaten, Schalter, Dimmer, Pumpen, Ventile, Motoren und andere technische Elemente, die sich elektronisch steuern lassen und in regelbare Kreisläufe eingreifen.


Nichts geht ohne Verbindung

Damit all das funktioniert, benötigen die Geräte und Gebäude eine stabile Verbindung ins Internet. Sie sollte möglichst kostengünstig einzurichten sein, eine möglichst hohe Reichweite bieten und mit möglichst wenig Energie auskommen. Eine Verkabelung kommt nur schon wegen der Kosten nicht in Frage – und mobile Gegenstände lassen sich erst gar nicht verkabeln. WLAN ist zwar günstig, aber von der Reichweite her eingeschränkt – es geht ja darum, zahllose Elemente zu vernetzen, die über ein ganzes Stadtgebiet verteilt sind. Mobilfunkverbindungen wiederum sind vergleichsweise energiehungrig – suboptimal für batteriebetriebene Sensoren. Dafür bieten WLAN und Mobilfunk eine hohe Bandbreite.


LPN spart Energie und Kosten

Manche Vorgänge, zum Beispiel eine periodische Temperaturmessung, kommen jedoch mit geringen Datenmengen aus und sind nicht auf eine schnelle Übermittlung angewiesen. Für solche Anwendungen eignet sich ein Low Power Wide Area Network (LPN oder LPWAN), das mit Frequenzen im Radiobereich und sehr niedriger Sendeleistung arbeitet. Es gibt mehrere LPWAN-Technologien wie Sigfox, die punktuell verwendet werden. Immer mehr etabliert sich aber ein Standard, der von der breit abgestützten LoRa Alliance entwickelt wird: LoRaWAN nutzt das konzessionsfreie SRD-Band, bietet bidirektionale Datenkommunikation mit 0,3 bis 5 kbit/s und ermöglicht eine Reichweite von rund 2 bis 15 km, je nach Umgebung. Der gesamte Datenverkehr ist mit 128-bit-AES verschlüsselt. Ein LoRaWAN-Modul für Sensoren kostet nur ein paar Franken und braucht so wenig Strom, dass die Batterie mehrere Jahre lang hält.

Die Schweiz vernetzen

So steigen Sie ins Internet der Dinge ein und können das Low Power Network für Ihre Ziele nützen.

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«Die erste Smart-City der Schweiz ist St. Gallen.»


Die erste Smart City der Schweiz könnte St. Gallen heissen. Die dortigen Stadtwerke haben in Kooperation mit Effectas und IBM Research Rüschlikon ein halbes Jahr lang ein LoRaWAN-basiertes LPWAN getestet. Mit Erfolg, denn Anfang Juli 2016 wurde dem Stadtparlament eine Vorlage unterbreitet, um das ganze Stadtgebiet mit einem solchen Netz abzudecken.


Ganz vorn dabei ist auch Swisscom. Das Unternehmen gehört seit Anfang 2015 zur LoRa Alliance und setzt auf den offenen Standard. Swisscom hat schon 2015 erste Pilotinstallationen in Zürich und Genf lanciert. Mittlerweile sind laut Alexandra Reich, Leiterin Solution Center Mobile Business Solutions bei Swisscom, bereits Dutzende Empfangsstationen in Betrieb. Das Ziel ist, bis Ende 2016 mindestens 80% der Bevölkerung im Freien mit LPN-Zugang zu versorgen. Dazu sind schweizweit rund 300 Empfangsstationen nötig. Der Aufwand für den Bau des Netzes hält sich in Grenzen, denn oft können bestehende Stationen von Swisscom Broadcast mitgenutzt werden. Man rechnet für die Basisversorgung mit Gesamtkosten von unter 10 Millionen Franken.


«LPN ist die Lösung für das Internet der Dinge.»


Vielfältige Anwendungen

Das Interesse am Swisscom LPN ist beachtlich. Für den Pilottest hatten sich weit über 100 Firmen, Behörden und Hochschulen interessiert. Und es sind eine ganze Reihe konkreter Projekte entstanden. Zwei Beispiele:


FeedbackNow offeriert eine Echtzeit-Lösung zur Ermittlung der Kundenzufriedenheit direkt am Verkaufspunkt. Kunden können ihre Meinung zur Servicequalität mit Hilfe der «Smiley Box» mitteilen. Dieses Abstimmungsgerät sendet die Informationen via LoRaWAN Technologie an den Applikationserver, wo die Daten in Echtzeit ausgewertet und gegebenenfalls Aktionen ausgelöst werden.


«My Lock» von Swissprime Technologies ist eine intelligente Schliesslösung für Schlösser an Türen, Möbeln, Briefkästen und so weiter. Die Schlösser werden vom Smartphone aus via Bluetooth oder NFC gesteuert. Für die Übermittlung der Vorgänge vom Schloss zur Cloud und für den Fernzugriff kommt in einem ersten Prototyp die LoRa-Technologie zum Einsatz.


Swisscom bietet neben dem Netz selbst Beratungsdienstleistungen und der webbasierten LPN Connectivity Management Platform (CMP), auch schlüsselfertige Lösungen in Zusammenarbeit mit Partnern an. Zum Beispiel «Smart Parking» für Betreiber von Parkings: Die einzelnen Parkplätze werden mit Funksensoren ausgerüstet und übermitteln den Belegungsstatus via LPN. Die Management-Plattform verarbeitet die Daten und stellt sie dem Parkleitsystem oder einer Mobile-App zur Verfügung, mit der die endlose Parkplatzsuche zum gezielten Parkplatzfinden wird.



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