Smarte Metropolen setzen auf die City Cloud

21. März 2012 | Von | Kategorie: Analysen, Lead Article

Cloud Computing ist eine Sache für Konsumenten und Wirtschaftsunternehmen. Diesen Eindruck gewinnt, wer die Beiträge in Zeitschriften und Blogs durchstöbert. Aber auch die Marketingmaterialien vieler Service-Provider, Softwarefirmen und Anbieter von Netzwerkprodukten sprechen dieselbe Sprache. Zugegeben, es gibt zarte Cloud-Computing-Pflänzchen in anderen Marktsegmenten, etwa dem Bereich E-Government (siehe den Beitrag Government 2.0 auf Business-Cloud.de). Allerdings handelt es sich eher um konventionelle Ansätze, die Vorzüge von Cloud Computing auch im Behördenumfeld zu nutzen, etwa Skalierbarkeit, bessere Kostenkontrolle und insgesamt die höhere Flexibilität einer IT-Infrastruktur.

Der Bürgermeister lenkt die Stadt von einem "City Cockpit" aus, das unter anderem auf IT-Ressourcen aus der Cloud zurückgreift. In Singapur hat Siemens einen entsprechenden Feldversuch gestartet. (Bild: Siemens)

Doch inzwischen zeichnet sich ab, dass sich Cloud Computing auch in einem anderen öffentlichen Bereich “breit macht”: der Stadt, Stichwort City Cloud. Dem urbanen Lebensraum gehört die Zukunft, so Studien unterschiedlichster Couleur. Demnach werden nach Schätzungen von Urban-Age.net im Jahr 2025 alleine im Großraum Tokio 36 Millionen Menschen leben, in Shanghai 19 Millionen und in New York und Sao Paulo jeweils 21 Millionen. Auch wenn in Deutschland keine “Mega-City” ähnlichen Maßstabs in Sicht ist, geht auch hier zu Lande der Trend eindeutig in Richtung Urbanisierung.

Mit "Smart" lässt sich viel Geld verdienen. Laut einer Studie Smart 2020 Addendum Deutschland könnten alleine "intelligente" Gebäude und Logistik-Einrichtungen im Jahr 2020 einen Markt von mehr als 50 Milliarden Euro bilden. Eine zentrale Rolle spielen dabei Cloud-Computing-Ressourcen. Sie sind für die Auswertung der riesigen Datenmengen unerlässlich, die in beiden Bereichen anfallen. (Quelle: Smart 2020 Addendum Deutschland)

IT-Firmen setzen auf Smart Cities und City Clouds

Viele  IT-Hersteller sehen in “Smart Cities” einen neuen Markt. IBM, Microsoft und Cisco Systems, aber auch SAP, Oracle und Systemhäuser wie Capgemini und T-Systems, wollen Cloud Computing und Mega-Cities zusammenbringen. IBM beispielsweise forciert eine Cloud-basierte Software-Plattform. Über die City Cloud sollen kommunale Dienste wie Feuerwehr und Notarztdienste gesteuert werden, aber auch Polizei und die Lenkung des Straßenverkehrs durch “intelligente” Ampelschaltung. Auch die Strom- und Wasserversorgung von Städten wie Washington D.C., New York oder Los Angeles soll künftig mittels Cloud Computing gemanagt werden.

Siemens forciert so genannte City Cockpits. Dies sind IT-gestützte Kommandozentralen für Bürgermeister und Leitungsgremien von Städten. In Singapur läuft derzeit ein City-Cockpit-Projekt. Es zeigt beispielsweise auf einer zentralen Konsole an, wie viele Menschen an einem bestimmten Tag mit Bus und Bahn zur Arbeit gefahren sind und wie flüssig der Autoverkehr läuft. Zudem lassen sich in Echtzeit Informationen über andere Bereiche abrufen: die Strom- und Wasserversorgung, den Status bei Polizei, Feuerwehr und Stadtreinigung.

Das City Cockpit von Siemens ist eine IT-gestützte Kommandozentralen für Bürgermeister und Leitungsgremien von Städten. In Singapur läuft derzeit ein Pilotprojekt mit dem City Cockpit. (Bild: Siemens)

Laut eines Diskussionspapiers, das der ITK-Branchenverband Bitkom, das Umweltbundesamt und das Bundesumweltministerium 2011 vorgelegt haben, lassen sich mithilfe von “smarten” Ansätzen in der Gebäudetechnik, Mobilität und Energieversorgung bis zum Jahr 2020 rund 30 TW/h pro Jahr einsparen. Alleine bei Bürogebäuden soll so der Energiebedarf um 50 Prozent gesenkt werden.

Woher kommt die Rechenleistung?

Was allerdings bei diesen Modellen außen vor bleibt, ist die Frage, wie die Flut von Informationen verarbeitet werden soll, die Gebäudetechnik, Verkehrsleitsysteme und “kluge” Verfahren zum Erzeugen und Verteilen von Energie benötigen. Eine Unzahl von Datenerfassungssystemen und Sensoren, ein Teil auf Basis von Funkchips (Radio Frequency Identification, RFID), liefern in der Metropole der Zukunft Terabytes von Daten. Dieser Datenfluss wird zudem nicht linear verlaufen, sondern in Wellen: Am Morgen und Abend sind beispielsweise die IT-Systeme und entsprechenden Daten- und Sensor-Netzwerke besonders gefragt, die während der Rushhour den Nahverkehr organisieren; tagsüber eher die Systeme, die Services wie Feuerwehr und Müllabfuhr steuern.

Das heißt, Rechenleistung, Storage-Kapazitäten und Kapazitäten für den Datentransport müssen bedarfsgerecht bereitgestellt werden. Hier bietet sich Cloud Computing an. Statt nach altem Muster ein “Monsterrechenzentrum” zu unterhalten, könnte eine Stadt IT-Ressourcen bei Cloud-Computing-Data-Centern ordern, die eine City Cloud bilden. Dabei kann es sich sowohl um Rechenzentren eines privaten IT-Dienstleisters handeln als auch solche, die unter kommunaler oder regionaler Oberhoheit stehen. Vorstellbar ist, dass sich in der Praxis ein Hybrid-Modell für eine City Cloud durchsetzt: Sensible Informationen wie personenbezogene Daten werden in kommunalen Cloud-Computing-Umgebungen bearbeitet, Daten von Sensoren oder Steuerungsanlagen in speziell gesicherten Bereichen eines privaten Cloud-Computing-Rechenzentrums.

Die derzeit vorliegenden Cloud-Computing-Konzepte für den öffentlichen Sektor gehen denn auch in diese Richtung. Sie setzen dabei auf etablierte Bezugsmodelle aus der Cloud wie zum Beipsiel Software oder IT-Ressourcen als Service. Wie Daten unterschiedlicher Herkunft gesammelt und für die Bearbeitung mittels Cloud-Computing-Diensten aufbereitet, analysiert und in “Aktionen” umgesetzt werden sollen, bleibt meist im Dunkeln.

Hitachis Version einer Smart City. Die Grafik macht deutlich, wie viele unterschiedliche Bereiche und Technologien zusammenspielen müssen, um die Abläufe in einer urbanen Region zu optimieren. (Bild: Hitachi)

Asiens Metropolen setzen auf die Cloud

Interessanter Weise haben gerade Unternehmen und Forscher in Asien eine relativ klare Vorstellung davon, wie sich Cloud Computing und urbane Zentren miteinander zur City Cloud vereinen lassen. Ein Beispiel: In einem Aufsatz, den Zhen Jiang Li und Cheng Chen, beide Mitglieder von Chinas Akademie der Wissenschaften, im vergangenen Jahr in einem Journal des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) veröffentlichten, legen sie ein Konzept eines Verkehrssteuerungskonzepts vor, das auf Cloud Computing basiert. (Software-)Agenten und Sensoren in Fahrzeugen und an Verkehrswegen übermitteln Daten in Echtzeit an Cloud-Computing-Data-Center. Diese steuern auf Basis der aktuellen Daten die Verkehrsströme, das heißt, sie ändern die Ampelschaltungen, erhöhen die Taktfrequenz von U- und Straßenbahnen und liefern Daten für die Verkehrsplanung.

In China arbeiten zudem mehrere Zentren, darunter Nanjing, mit IT-Firmen wie Microsoft zusammen, um die Infrastruktur und Verwaltung mithilfe von Cloud Computing zu optimieren. Dies geht in eine ähnliche Richtung wie die genannten Projekte in Singapur und den USA. Der Grund ist klar: Chinas Städte wachsen extrem schnell. Deshalb ist es notwendig, die Effizienz der Infrastruktur zu erhöhen – unter anderem mithilfe von “intelligenten” Ansätzen wie Cloud-gestützten Verkehrs- und Energiemanagement-Systemen.

Doch es gibt auch Ansätze, die in die andere Richtung weisen: In Indien gibt es Überlegungen, Cloud Computing einzusetzen, um der Landbevölkerung bessere Services anzubieten. Denn fast drei Viertel der indischen Bevölkerung wohnen in ländlichen Regionen. Die Überlegungen sehen vor, Cloud-Computing-Dienste für die Aus- und Weiterbildung, die Koordination von Verkehr und Transport sowie die medizinische Versorgung (Telemedizin) einzusetzen.

Berlin Transit Pulse zeigt eine Simulation der öffentlichen Nahverkehrs in der Bundeshauptstadt. (Bild: Daten.berlin.de)

Und Deutschland?

In Deutschland laufen aktuell mehrere Feldversuche zum Thema Smart Cities, darunter in Friedrichshafen. Ein Thema, das in Deutschland Cloud Computing im öffentlichen Sektor und damit auch im urbanen Bereich Auftrieb geben dürfte, ist die Debatte um “Open Data”, also das Recht für Bürger, auf diejenigen Daten zuzugreifen, die öffentliche Einrichtungen im Lauf der Jahrhunderte gesammelt haben – mit dem Geld des Steuerzahlers.

So hat das Fraunhofer-Institut Fokus im Auftrag des Bundeslandes Berlin die “Berliner Open Data Strategie” entwickelt. Eine erste Umsetzung ist daten.berlin.de. Über dieses Portal, das noch im Beta-Test ist, haben Interessierte Zugang zu derzeit 60 Datensätzen und Anwendungen. Eine davon ist Berlin Transit Pulse . Sie zeigt eine Simulation der öffentlichen Nahverkehrs in der Bundeshauptstadt. Im Rahmen des europäischen Open Cities Projekts arbeitet das Fraunhofer-Institut Fokus zudem gegenwärtig an einer Datenplattform für weitere europäische Metropolen.

Die “City Data Cloud”, die Fraunhofer Fokus im Rahmen der Berliner Open Data Strategie entwickelt, basiert auf “vorrangig extern bereitgestellten Applikationen”, so eine Vorstudie zu dem Projekt. Diese Anwendungen kommunizieren über eine Diensteschicht mit der Smart-Communication-Plattform der City Data Cloud. Deren Kern bildet eine Infrastrukturschicht, welche die Integration und Bereitstellung von umfassenden Stadt-relevanten Daten ermöglicht.

Die Struktur der City Data Cloud des Fraunhofer-Instituts Fokus: (Bild: Fraunhofer Fokus)

Die eigentlichen Datensätze werden mithilfe der Software CKAN (Comprehensive Knowledge Archive Network) der Open Knowledge Foundation erfasst und verwaltet. Das Metadatenschema hat Fraunhofer Fokus entwickelt und basiert auf dem Datenaustauschformat JSON (JavaScript Object Notation).

City Cloud als zentraler Baustein für smarte Städte der Zukunft

In einem Positionspapier nennt die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (Acatech) folgende Schlüsseltechnologien, die für einen Umbau von Stadtregionen in Smart Cities und City Clouds notwendig sind:

  • Breitbandverbindungen für private Nutzer und Firmen mit mindestens 100 MBit/s: Davon ist die Bundesrepublik noch weit entfernt. Die Bundesregierung will bis 2014 drei Viertel aller Haushalte mit 50 MBit/s anbinden;
  • Intelligente Netze für die Verteilung von Energie: Dies ist vor allem seit der Wende in der Energiepolitik (kein Atomstrom) wichtig, um Engpässe in der Übergangsphase zu vermeiden;
  • Sensornetze: Sie sind die Grundlage für die Ermittlung von Daten wie Energieverbrauch, Verkehrsaufkommen, Umweltbelastung et cetera. Ein Problem ist laut Acatech die mangelnde Interoperabilität von entsprechenden Anwendungen;
  • eine City Data Cloud als IT-Schaltzentrale für urbane Zentren. In Japan wird bereits über eine landesweite Cloud-Umgebung für den öffentlichen Sektor nachgedacht;
  • die Integration der unterschiedlichen Systeme.

Speziell der letztgenannte Punkt dürfte eine der größten Herausforderungen darstellen, nicht nur wegen unterschiedlicher Datenformate, sondern auch der Inkompatibilität von Anwendungen. Kein Wunder, dass Standards laut Acatech im Bereich Smart Cities eine entscheidende Rolle spielen. Denn die beste City Data Cloud nutzt nichts, wenn sie nicht mit Daten und Anwendungen “gefüttert” wird.

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Ein Kommentar auf "Smarte Metropolen setzen auf die City Cloud"

  1. [...] erfüllen, wenn nicht durch den Einsatz modernster IT – sprich einer smarten City Cloud?! Mehr zu smarten E-Government-Ansätzen und Bürgermeistern, die ihre Stadt ganz smart von einem „C… [...]

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