Was ist IoT in einer Smart City? Eine Erklärung für Kommunen und Projektentwickler

Was ist IoT und welche Rolle spielt es in einer Smart City?

Das Internet der Dinge ist ein System, in dem physische Geräte automatisch Informationen erfassen und an eine digitale Umgebung übertragen. Ein solches Gerät kann beispielsweise ein Wasserzähler, Wärmezähler, Temperatursensor, Beleuchtungscontroller, Leckagesensor oder ein anderes Mess- und Überwachungsgerät sein.

Die Europäische Kommission beschreibt IoT als eine Technologie, die die physische Welt mit der digitalen Umgebung verbindet: Vernetzte Objekte übertragen Informationen über ihren eigenen Zustand und über die Umgebungsbedingungen. Im städtischen Maßstab werden solche Geräte zu einem verteilten System zur Überwachung der Infrastruktur.

Ein herkömmlicher Wasserzähler speichert seine Messwerte beispielsweise lokal, sodass ein Mitarbeiter physischen Zugang zum Gerät benötigt. Ein intelligenter Zähler oder ein auf einem bestehenden Zähler installiertes Funkmodul kann die Messwerte dagegen automatisch mehrmals täglich übertragen. Je nach Systemarchitektur kann das System zusätzlich Rückfluss, Manipulationsversuche, längere Zeiträume ohne Verbrauch oder andere Ereignisse erfassen.

Die gewonnenen Informationen können nicht nur für die Abrechnung genutzt werden. Wenn Tausende Geräte in einem gemeinsamen System verbunden sind, kann ein Wasserversorger die eingespeiste Wassermenge mit dem Gesamtverbrauch vergleichen, Bereiche mit erhöhten Verlusten identifizieren und Abschnitte bestimmen, die überprüft werden sollten.

Nach demselben Prinzip funktionieren viele weitere Smart-City-Lösungen: Sensoren erfassen Parameter, ein Kommunikationsnetz überträgt die Daten, und eine Softwareplattform wandelt sie in nutzbare Informationen für Leitstellen, Gebäudeverwaltungen oder kommunale Dienste um.

Aus welchen Komponenten besteht ein städtisches IoT-System?

Eine vollständige Lösung lässt sich nicht auf ein einzelnes „intelligentes“ Gerät reduzieren. Zwischen der Messung eines physischen Parameters und der Darstellung der Informationen für einen Betreiber liegen mehrere technologische Ebenen.

Die erste Ebene bilden die Geräte selbst. Dazu können intelligente Wasser-, Gas-, Strom- oder Wärmezähler, Funkmodule zur Nachrüstung bereits installierter Geräte, Sensoren für Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck, Luftqualität oder Füllstände von Behältern sowie weitere Geräte gehören.

Die nächste Ebene ist die Datenübertragung. Für städtische Projekte sind besonders energieeffiziente Weitverkehrsnetze relevant, die für Tausende Geräte ausgelegt sind, welche jeweils nur geringe Datenmengen übertragen. Dazu gehören LoRaWAN und NB-IoT.

In einem LoRaWAN-Netz werden die Daten der Geräte in der Regel von Gateways empfangen, die sie anschließend an einen Netzwerkserver weiterleiten. Bei NB-IoT kommuniziert das Gerät direkt mit der Infrastruktur des Mobilfunkbetreibers. Danach gelangen die Informationen auf die Serverebene, wo sie gespeichert, verarbeitet und an Anwendungssysteme übermittelt werden.

Die letzte Ebene bilden Anwendungen und Integrationen. Dazu können Leitsysteme, das Abrechnungssystem eines Versorgungsunternehmens, Gebäudemanagementsysteme, ERP, Analyse-Dashboards oder kommunale Datenplattformen gehören.

^{So funktioniert IoT in einer Smart City} 

Wo IoT einen praktischen Nutzen bietet

Einer der ausgereiftesten Anwendungsbereiche ist die Fernauslesung von Verbrauchsdaten. In einer Untersuchung von Smart-City-Projekten in acht Ländern stellt die GSMA fest, dass Smart Metering im Durchschnitt bereits etwa die Hälfte aller eingesetzten IoT-Geräte ausmacht. Das zeigt, dass ein erheblicher Teil realer städtischer IoT-Projekte nicht auf experimentellen Diensten, sondern auf grundlegender Versorgungsinfrastruktur basiert.

Für einen Wasserversorger kann die Fernauslesung den Bedarf an manuellen Zählerablesungen reduzieren, häufigere Messwerte ermöglichen und ungewöhnlichen Verbrauch schneller sichtbar machen. Für ein Gasversorgungsunternehmen sind neben der Abrechnung auch die Überwachung des Gerätezustands und sicherheitsrelevanter Ereignisse wichtig.

In der Stromversorgung ermöglicht Smart Metering ein detaillierteres Bild von Last und Verbrauch. In der Wärmeversorgung hilft ein ähnlicher Ansatz dabei, den tatsächlichen Wärmeverbrauch in Gebäuden zu analysieren und verschiedene Objekte miteinander zu vergleichen.

Der Einsatz von IoT ist jedoch nicht auf Messsysteme beschränkt. Kommunale Dienste können Sensoren nutzen, um Straßenbeleuchtung, Luftqualität, Wasserstände, technische Räume oder den Füllstand von Abfallbehältern zu überwachen. Das Grundprinzip bleibt in allen Fällen gleich: An die Stelle regelmäßiger manueller Kontrollen tritt ein automatisierter Datenstrom.

Was IoT für Projektentwickler und Gebäudeverwaltungen verändert

Für Projektentwickler ist das Internet der Dinge besonders bereits in der Planungsphase neuer Immobilien relevant. Wenn Installationsorte für Geräte, Eigenschaften der Funkabdeckung, Standorte für Gateways und die Integration in Gebäudetechnik frühzeitig berücksichtigt werden, kann die digitale Infrastruktur parallel zur physischen Infrastruktur aufgebaut werden.

Das ist einfacher, als sie erst nach der Inbetriebnahme oder dem Bezug eines Gebäudes nachzurüsten. Bei der Modernisierung bestehender Gebäude müssen bereits installierte Zähler, technische Räume, Keller, Schächte, Decken und andere Faktoren berücksichtigt werden, die die Funkübertragung beeinflussen können.

Für Eigentümergemeinschaften und Gebäudeverwaltungen hängt der Nutzen eines Systems ebenfalls nicht von der Anzahl installierter Sensoren ab, sondern davon, welche Prozesse damit verbessert werden können. So kann die Fernauslesung den regelmäßigen Zugang von Mitarbeitern zu Wohnungen und technischen Räumen reduzieren, während Leckagesensoren früher auf mögliche Störungen aufmerksam machen können.

Deshalb ist es sinnvoll, die Projektbewertung nicht mit der Frage „Welche Sensoren sollen wir installieren?“ zu beginnen, sondern mit der Frage: „Welche Tätigkeiten erfordern derzeit zu viel manuelle Arbeit, werden zu selten ausgeführt oder erfolgen erst, nachdem bereits ein Problem entstanden ist?“

LoRaWAN und NB-IoT: Warum Smart Cities unterschiedliche Netze nutzen

Städtische Infrastruktur unterscheidet sich deutlich von einem WLAN im Haushalt. Ein Zähler kann sich in einem Keller, einem Schacht oder einem Metallgehäuse befinden, nur wenige kleine Nachrichten pro Tag senden und viele Jahre mit Batteriestrom arbeiten. Daher sind hohe Datenraten häufig weniger wichtig als Reichweite, Energieeffizienz und die Möglichkeit, eine große Anzahl von Geräten zu unterstützen.

LoRaWAN ermöglicht es einer Organisation, eine eigene Kommunikationsinfrastruktur aufzubauen. Funkmodule und Sensoren senden Daten an Gateways, die in einem Gebiet installiert sind, und diese leiten die Nachrichten an einen Server weiter. Dieser Ansatz eignet sich, wenn der Projektbetreiber das Netzwerk selbst kontrollieren und es schrittweise innerhalb einer Stadt, eines Wohnkomplexes oder eines Betriebsgeländes erweitern möchte.

NB-IoT nutzt dagegen die Infrastruktur eines Mobilfunkbetreibers und lizenzierte Funkfrequenzen. Ein Gerät benötigt kein eigenes LoRaWAN-Gateway: Die Verbindung wird über das Netz des Betreibers hergestellt, sofern dort eine entsprechende Abdeckung vorhanden ist.

Beide Technologien werden bereits in groß angelegten Systemen eingesetzt. Nach Angaben der LoRa Alliance waren bis Ende 2025 weltweit mehr als 125 Millionen LoRaWAN-Geräte im Einsatz, während die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate des Ökosystems auf 25 % geschätzt wurde. Zu den größten Anwendungsbereichen zählt die Organisation Smart Metering, intelligente Gebäude und Smart Cities.

Gleichzeitig berichtet die GSMA, dass die Zahl der aktiven NB-IoT- und LTE-M-Verbindungen weltweit bis Ende 2025 1 Milliarde erreicht hatte und kommerzielle Netze dieser Technologien in mehr als 100 Ländern verfügbar waren.

^{Verbreitung energieeffizienter IoT-Netze bis Ende 2025}

Muss man sich für das gesamte Projekt zwischen LoRaWAN und NB-IoT entscheiden? 

Nicht unbedingt. Es wäre ein Fehler, eine „beste“ Technologie bestimmen zu wollen, ohne die konkreten Bedingungen eines Projekts zu berücksichtigen.

Für einen Stadtteil kann ein eigenes LoRaWAN-Netz sinnvoll sein, das Wasserzähler, Sensoren in technischen Räumen und weitere Geräte versorgt. In einem anderen Projekt kann die bestehende NB-IoT-Infrastruktur bereits die erforderliche Abdeckung bieten, sodass der Aufbau eines eigenen Netzes unnötig wäre.

In größeren Systemen ist auch eine hybride Architektur möglich. Unterschiedliche Objekttypen können unterschiedliche Übertragungstechnologien nutzen, während die Informationen erst auf Serverebene zusammengeführt werden. Aus Sicht einer Kommune oder einer Verwaltung ist eine einheitliche Sicht auf die Daten deutlich wichtiger, als die gesamte Infrastruktur auf einen einzigen Funkstandard festzulegen.

Deshalb sollten die tatsächlichen Funkbedingungen vor dem Kauf der Geräte überprüft werden. Abdeckungskarten sind nur ein Ausgangspunkt: Keller, Schächte, Stahlbetonkonstruktionen und Metallgehäuse können die Situation direkt am Installationsort erheblich verändern.

Wie kann das in der Praxis aussehen?

Bei Projekten zur Fernauslesung kann eine solche Architektur auf Jooby RDC-Lösungen aufgebaut werden. Das Portfolio umfasst Funkmodule und Sensoren für bereits installierte Messgeräte, intelligente Zähler sowie Geräte für die Datenübertragung über LoRaWAN und NB-IoT. Für LoRaWAN-Projekte stehen Gateways zum Aufbau eines eigenen Netzes zur Verfügung, sodass sich das System sowohl an einzelne Wohnkomplexe als auch an verteilte Versorgungsinfrastrukturen anpassen lässt.

Dieser Ansatz ermöglicht es, nicht den gesamten bestehenden Gerätebestand ersetzen zu müssen. In bestimmten Fällen kann ein kompatibler Zähler mit einem Funkmodul oder Sensor nachgerüstet und in ein System zur Fernübertragung von Messdaten eingebunden werden. Anschließend werden die Informationen an die Serverebene übertragen, wo sie zentral überwacht und in Mess-, Leit- oder Analysesysteme integriert werden können. Das ist besonders für eine schrittweise Modernisierung sinnvoll, wenn eine Kommune, ein Versorgungsunternehmen oder eine Verwaltung nicht bereit ist, die Geräte an allen Standorten gleichzeitig auszutauschen.

Warum ein Pilotprojekt wichtiger ist als eine große Erstbestellung

Bei städtischen IoT-Projekten steigen die Kosten eines Fehlers schnell mit der Anzahl der Geräte. Eine Lösung, die mit zehn Geräten in einem Büro stabil funktioniert, muss nicht zwangsläufig auch bei fünftausend Zählern in unterschiedlichen Gebäuden gleich zuverlässig arbeiten.

Deshalb wird vor einer großflächigen Einführung in der Regel ein Pilotprojekt mit einer repräsentativen Gruppe von Objekten durchgeführt. Dabei sollten nicht nur einfach zugängliche Installationsorte berücksichtigt werden, sondern auch Keller, abgelegene Gebäude, komplexe technische Räume und andere Standorte mit potenziell schwierigen Funkbedingungen.

Im Rahmen des Piloten werden die Verbindungsqualität, die tatsächliche Zustellrate von Nachrichten, der Batterieverbrauch, der Installationsprozess, die Registrierung der Geräte und die korrekte Übertragung der Informationen in bestehende Systeme überprüft. Ebenso wichtig ist die Frage, was im Fehlerfall geschieht: Wie erkennt der Betreiber fehlende Daten, wer ist für die Diagnose verantwortlich und wie schnell lässt sich die Ursache eines Problems bestimmen?

Erst nach einer solchen Prüfung können die benötigte Anzahl an Gateways, die Anforderungen an die Abdeckung, der Installationsaufwand und die Betriebskosten realistischer eingeschätzt werden.

Daten sind wichtiger als die Anzahl der Sensoren

Die Installation Tausender Geräte macht eine Stadt noch nicht automatisch intelligent. Wenn die Daten in ein isoliertes System gelangen, das von Mitarbeitern kaum genutzt wird, bleibt das Projekt lediglich eine teure Quelle für Telemetriedaten.

Praktischer Nutzen entsteht erst dann, wenn die Informationen in operative Prozesse einfließen. Zählerstände sollten in Abrechnungssysteme übertragen werden, Störungs- und Alarmmeldungen in Leitsysteme und historische Daten in Analysewerkzeuge.

Auch die Europäische Kommission betrachtet die Interoperabilität von Systemen als eines der zentralen Prinzipien der Digitalisierung von Städten. Europäische Smart-City-Initiativen entwickeln lokale Plattformen und Datenräume, über die öffentliche und private Organisationen Informationen sicher austauschen und für unterschiedliche Dienste wiederverwenden können.

Das ist besonders für langfristige Projekte wichtig. Die Lebensdauer städtischer Infrastruktur kann deutlich länger sein als der Lebenszyklus eines bestimmten Softwareprodukts. Die Möglichkeit, Daten über standardisierte Schnittstellen abzurufen und ein System mit anderen Plattformen zu integrieren, reduziert daher die Abhängigkeit des Auftraggebers von einem einzelnen Anbieter.

Was sollte vor dem Projektstart bewertet werden?

Bei der Vorbereitung eines IoT-Projekts sollten eine Kommune, ein Versorgungsunternehmen oder ein Projektentwickler nicht nur den Preis eines einzelnen Sensors oder Zählers berücksichtigen. Die Gesamtkosten setzen sich aus Geräten, Konnektivität, Serverinfrastruktur, Installation, Konfiguration, Integration, Wartung und späterem Geräteaustausch zusammen.

Es sollte im Voraus festgelegt werden, welche Parameter tatsächlich benötigt werden und in welchen Abständen sie übertragen werden müssen. Für eine monatliche Abrechnung und für die schnelle Erkennung eines Lecks sind unterschiedliche Datenübertragungsmodi erforderlich. Je häufiger ein Gerät kommuniziert, desto höher sind die Anforderungen an das Netzwerk und den Energieverbrauch.

Außerdem sollten Dateneigentümer, Aufbewahrungsfristen, Zugriffsrechte und Anforderungen an die Informationssicherheit im Voraus definiert werden. Das ist besonders wichtig, wenn Verbrauchsdaten einem bestimmten Haushalt oder Gewerbeobjekt zugeordnet werden können.

Schließlich muss bereits vor dem Start festgelegt werden, wie der Projekterfolg gemessen werden soll. Mögliche Kennzahlen sind der Anteil automatisch erfasster Messwerte, die Verringerung manueller Ablesungen, die Geschwindigkeit bei der Erkennung von Störungen, eine Reduzierung nicht erfasster Verbräuche oder eine höhere Genauigkeit bei der Ressourcenbilanzierung.

Analyse: Warum Versorgungsinfrastruktur zur Grundlage des städtischen IoT wird

Bemerkenswert ist, dass reale Smart-City-Projekte zunehmend auf grundlegenden Aufgaben der Versorgungswirtschaft aufbauen. Nach Angaben der GSMA für 2025 macht Smart Metering ungefähr 50 % der IoT-Geräte in den von der Organisation untersuchten Smart-City-Projekten in acht Ländern aus.

Einzelne Projekte zeigen, wie dieser Ansatz in der Praxis aussehen kann. Im Bericht The Mobile Economy Europe 2025 nennt die GSMA ein Beispiel aus Lettland: Der Betreiber LMT installierte 770 Ultraschall-Wasserzähler mit NB-IoT in zwei Städten und kündigte an, in den folgenden vier Jahren weitere 4.040 Geräte hinzuzufügen. Ziel des Projekts sind die Automatisierung von Messung und Abrechnung, die Reduzierung manueller Zählerablesungen und eine effizientere Verwaltung von Ressourcen.

^{Praktisches IoT in einer Smart City} 

Wie lässt sich feststellen, ob ein Projekt IoT wirklich benötigt?

IoT ist dort sinnvoll, wo ein physischer Prozess regelmäßig gemessen, überwacht oder gewartet werden muss und die manuelle Erfassung von Informationen zu teuer, zu langsam oder zu unregelmäßig ist.

Für einen Versorgungsanbieter kann dies die Erfassung von Messwerten Tausender Zähler sein. Für eine Kommune kann es um die Überwachung verteilter städtischer Infrastruktur gehen. Für einen Projektentwickler kann die Aufgabe in der Steuerung technischer Gebäudesysteme eines Wohn- oder Gewerbekomplexes bestehen. Für eine Eigentümergemeinschaft kann es um die Überwachung des Ressourcenverbrauchs und des Zustands technischer Räume gehen.

Gleichzeitig sollte IoT kein Selbstzweck sein. Wenn sich ein Problem zuverlässiger und kostengünstiger lösen lässt, ohne zusätzliche Geräte zu installieren und neue Infrastruktur aufzubauen, ist Digitalisierung um ihrer selbst willen wirtschaftlich nicht sinnvoll.

IoT in einer Smart City ist weder ein einzelner Sensor noch eine App, sondern eine vernetzte Infrastruktur, die Informationen aus der physischen Umgebung in digitale Managementsysteme überführt. Den größten Nutzen bietet sie dort, wo die automatische Datenerfassung wiederkehrende manuelle Arbeit ersetzt, Abweichungen früher erkennen lässt und ein genaueres Bild der Ressourcennutzung liefert. Für eine Kommune, einen Versorgungsanbieter oder einen Projektentwickler beginnt ein sinnvolles IoT-Projekt daher nicht mit der Wahl zwischen LoRaWAN, NB-IoT oder einem bestimmten Gerät, sondern mit der Definition einer messbaren Aufgabe, der Prüfung der Konnektivität an realen Standorten, einer durchdachten Datenintegration und einem Pilotprojekt, das die Tragfähigkeit der Lösung vor der Skalierung bestätigt.