Sachstand und Ausblick zum Aufbau einer LoRaWAN-Infrastruktur

Mitteilungsvorlage
öffentlich
210736
Die Oberbürgermeisterin
Federführung:
10 Personal- und Organisationsamt
Dezernat:
Dez. I
Sachstand und Ausblick zum Aufbau einer
LoRaWAN-Infrastruktur
Beratungsfolge
Unterausschuss für Digitalisierung und
Organisation
20.05.2021 Kenntnisnahme
Mitteilung:
Long Range Wide Area Network (kurz LoRaWAN) ist ein Funknetzwerk, um über
größere Strecken hinweg z.B. Daten von batterie- oder solarbetriebenen Sensoren
zu übermitteln. Drei Vorteile machen LoRaWAN sehr interessant: Ein sehr niedriger
Energieverbrauch der Sensoren für die Funkübertragung, sehr kostengünstige
Installation und Funkanbindung der Sensoren, eine große Reichweite und wenig
notwendige Empfangsstationen. Mit dem sogenannten Internet der Dinge (IoT)
eröffnen sich Anwendungsbereiche von Kühlketten monitoren, bei der
Gebäudeverwaltung (sind Fenster oder Türen offen?), Luft- und Klimadaten
erfassen, Verkehrsströme messen, Wasserschächte oder Vorratsbehälter
(Streusalz, Treibstoff) monitoren oder Feuchtigkeitsbedarf in Beeten oder bei
Bäumen messen. LoRaWAN bietet ein breites Potential für Anwendungen und ist
ein wichtiger Baustein und bietet viele Mehrwerte für eine Smart City
Bonn. Ergänzend zu dieser Mitteilungsvorlage wird die Verwaltung in der Sitzung
einen Einblick zu der Umsetzung in der Praxis zeigen.
Unterstützung der LoRaWAN Initiative The Things Network (TTN)
Das Things Network ist eine globale, offene, kostenlose und dezentrale
organisierte Initiative. Freiwillige übernehmen im Digitalen Ehrenamt die Betreuung
des sogenannten TTN-Netzwerkes. Die Community kann so kollaborativ,
überregional bzw. über viele Länder auf der ganzen Welt Anwendungen zum
Internet der Dinge aufbauen. Weitere Informationen finden zu der Initiative finden
sich unter: https://www.thethingsnetwork.org
Der LoRaWAN-Kooperationsverbund der Stadt Bonn, Stadtwerke Bonn und
Hochschule Bonn-Rhein Sieg (H-BRS) unterstützt das digitale Ehrenamt bzw. die
Community basierte LoRaWAN-Initiative „The Things Network (TTN)“. An 5
Standorten wurden hierzu im Bonner Stadtgebiet LoRaWAN-Gateways installiert
und in Betrieb genommen, welche als Empfangsstationen die Sensordaten der
Community auf der TTN-Datenplattform offen und frei bereitstellen können.
Die Besonderheit der Unterstützung und den neuen Installationen liegt darin, dass
die LoRaWAN-Gateways an Türme der Stadtwerke Bonn auf dem Hardtberg, der
Heizkraftwerke Nord und Süd sowie auf dem Stadthausdach und Gebäude des
Bahnbetriebshofes Beuel angebracht sind und durch die Hochpunkte eine sehrSeite 1 von 3
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gute Reichweite und Abdeckung für das Bonner Stadtgebiet und auch das Umland
gewährleisten. Die Gateway-Infrastruktur ergänzt weitere privat betriebenen TTN-
Gateways und verbessert die Netzabdeckung. Der Unterstützung bezieht sich auf
den Betrieb von 5 Gateways ohne weiteren technischen Support/
Betriebsverpflichtung gegenüber Dritten und erfolgt durch den
Kooperationsverbund der Stadt Bonn und Stadtwerke. Die Hochschule Bonn-
Rhein-Sieg unterstützt dabei beratend.
LoRaWAN-Betriebsinfrastruktur im Konzernverbund
In einer Kooperation zwischen Stadtwerke Bonn, Stadt Bonn und der Hochschule
Bonn/Rhein-Sieg wurde ein LoRaWAN-Funknetz primär für Betriebskomponenten
in der innerbetrieblichen Nutzung der Stadtwerke Bonn und Stadt Bonn aufgebaut.
In einer Pilotphase wurden hierzu Erfahrungen im Rahmen des technischen
LoRaWAN-Netzkomponenten und der Hardware-Sensorik gesammelt. Den Aufbau,
die Installation und den zukünftigen Betrieb des LoRaWANs übernehmen die
Stadtwerke Bonn. Aktuell befinden sich 12 Gateways im Einsatz. Neben der
innerbetrieblichen Nutzung soll durch die Stadtwerke Bonn die LoRaWAN-
Infrastruktur zukünftig auch für Anwendungsfälle von Dritten mit zur Verfügung
gestellt werden. Hierzu ist in Folge auch eine Leistungsvereinbarung und
technischer Support gegenüber Dritten denkbar.
Durch eine Zusammenarbeit mit der bonnorange AÖR wurde zwischenzeitlich ein
flächendeckender Feldstärketest durchgeführt, um die Netzabdeckung und Qualität
der Datenübertragung zu ermitteln. Durch die Einbindung und Unterstützung von
der bonnorange AÖR konnte jeweils ein Sensor auf den Dächern von sechs
Müllfahrzeugen installiert werden, die mit der flächeneckenden Befahrung im
gesamten Bonner Stadtgebiet aktuell bereits mehr als 150.000 Einzelmessungen
ermöglicht haben. Die Signale werden nicht nur vom jeweiligen Sensor an die
nächstgelegene Antenne gesendet. Vielmehr versuchen alle Antennen gleichzeitig
das vom Sensor gesendete Signal zu empfangen und halten so fest, mit welcher
Stärke das Signal ankommt. Auf diese Weise ergibt sich ein genaues Bild über die
Empfangsqualität und Netzabdeckung im Stadtgebiet Bonn. Wissenschaftler der
Hochschule Bonn-Rhein-Sieg arbeiten derzeit an einer detaillierten Auswertung der
Daten, um diese auf einer internationalen Konferenz zu präsentieren. Es wird
erwartet, dass durch die Definition eines „Bonn-Modells“ ein signifikanter Beitrag für
zukünftige Prädiktionen von Signalstärken geschaffen werden kann.
Der Anwendungsfall „Asset-Tracking“ bei bonnorange könnte künftig dazu dienen,
die zahlreichen LKW-Abrollgroßcontainer (z.B. für Grünsammlungen an
verschiedenen Standorten) im gesamten Bonner Stadtgebiet schneller zu
lokalisieren und im Bedarfsfall Routenoptimierungen durchführen zu können.
Hierbei werden die LKW-Abrollgroßcontainer mit einem LoRaWAN-Sensor
ausgestattet, der ihrerseits in regelmäßigen Abständen (z.B. täglich) den Standort
an eine zentrale Datenplattform übermitteln. Dadurch erhält die Disposition einen
schnelleren Überblick und kann Container schneller an der benötigten Stelle zur
Verfügung stellen.
Ein weiterer spannender Anwendungsfall hat sich durch die Anforderung des
Gesundheitsamtes ergeben, dass die Kühlschranktemperaturen in den
Rettungswagen und Notarzteinsatzfahrzeugen dauerhaft zu überwachen und zu
dokumentieren sind. Die fachgerechte Lagerung der temperaturempfindlichen
Medikamente muss jederzeit gewährleistet sein. Mittels eines LoRaWAN-fähigen
Temperatursensors in den Kühlschränken ist eine fortlaufende und dauerhafte
Überwachung der Temperatur im Kühlschrank sicherzustellen. DieSeite 2 von 3
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Lagertemperatur der darin befindlichen Medikamente wird so optimal überwacht.
Die gewonnenen Daten sollen ebenfalls über eine zentrale Datenplattform den
zuständigen Stellen zur Verfügung gestellt werden.
Ausblick
Anfang 2021 haben Stadtwerke Bonn nun gemeinsam mit der Stadt Bonn
beschlossen, den nächsten Meilenstein im LoRaWAN-Projekt umzusetzen. Die
Pilotphase wird in eine Anlauf- und Betatestphase für den Produktivbetrieb
überführt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Stadt verwaltungsintern
LoRaWAN für stadtinterne Optimierungsprozesse offensiver bewerben kann. So
können Fachbereiche ihre Bedarfe und den Umfang der jeweiligen Lösung
formulieren. Darüber hinaus bietet sich so der Vorteil, dass die Netzauslastung
erhöht wird und sich beide Seiten an zukünftig zu erfüllende technische Service-
Levels herantasten können.
Ressourcenplanung Haushalt 2021/ 2022
Im Strategiepapier Digitale Verwaltung (siehe hierzu Anhang der Drucksache
202357 Strategiepapiere zur Entwicklung einer Smart City) sind die städtischen
Ressourcenbedarfe in der Maßnahmenliste jeweils in dem Cluster Informations-
und datendienste sowie Cluster IT-Kommunikationsinfrastruktur dargestellt. Für
den Betrieb und Ausbau einer LoRaWAN-Infrastruktur sind die Maßnahmen aus
den Umsetzungsstufen S, M und L mit personellen Anteilen insbesondere zu der
„Urban Data Platform“ für das Datenmanagement inkl. Open Data und
Datenvisualisierung sowie „WLAN-Installationen in städtischen Gebäuden sowie
LoRaWAN (IoT) Sensorenadministration, Support, technische Umsetzung/
Management“ für die Hardwareadministration und Betreuung notwendig (siehe
Maßnahmenliste Seite 42 und 45).
Die für den weiteren LoRaWAN-Ausbau und auf Dauer angelegten technischen
Betrieb der Sensoren-Hardware und einem Open Source basierten städtischen
Datenmanagement sind die notwendigen Personalressourcen nicht vorhanden und
erfordern eine diesbezügliche Beschlussfassung über die im S-Paket etatisierten
Ressourcen hinaus. Zu LoRaWAN positionieren sich andere Kommunen bereits
deutlicher und investieren in die Infrastruktur. In der terminlichen Perspektive kann
nach einem positiven Votum in den Haushaltsberatungen, nach einem
genehmigten Haushalt, einem durchgeführten Stellenbesetzungsverfahren und
einer erfolgten Einarbeitung der Produktivbetrieb dann ab Mitte 2022 inhaltlich
fortgeführt werden.
Anlage/n
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