Das moderne Leben ist auf Konnektivität aufgebaut. Von Videostreaming und Cloud Computing bis hin zu intelligenten Verkehrssystemen und städtischen Überwachungsplattformen sind zuverlässige Kommunikationsnetze so wichtig geworden wie Straßen und Strom. Doch während die Menschen täglich mit digitalen Diensten interagieren, bleibt die Infrastruktur, die sie ermöglicht, oft unbemerkt.

Glasfaserkabel und intelligente Stadt

INHALTSVERZEICHNIS

Intelligente Städte erfordern mehr als nur Konnektivität: Bandbreite, Latenz und Dichte

Intelligente Städte werden oft im Zusammenhang mit der digitalen Transformation und intelligenten Diensten diskutiert, aber auf technischer Ebene hängt ihr Erfolg davon ab, ob das zugrunde liegende Netz eine Reihe sehr konkreter Anforderungen erfüllen kann.

Moderne städtische Anwendungen stellen gleichzeitige Anforderungen an:

  • Bandbreite, angetrieben durch hochauflösende Videos, KI-Analysen und umfangreiche Sensordaten
  • Latenzzeit, die oft Reaktionszeiten im Millisekunden- oder Sub-Millisekundenbereich erfordern
  • Endpunktdichte, da Tausende von angeschlossenen Geräten in begrenzten geografischen Gebieten eingesetzt werden

Herkömmliche zentralisierte Netzwerkmodelle, bei denen alle Daten an einen entfernten Kern zurückübertragen werden, können diese Anforderungen nur schwerlich in großem Umfang erfüllen. In dem Maße, in dem sich die Städte in Richtung Echtzeit und automatisierte Entscheidungsfindung bewegen, wird die Netzwerkarchitektur selbst zu einer entscheidenden Einschränkung.

Lichtwellenleiter als einzige brauchbare physikalische Schicht

Glasfaser ist Physical Layer für kleine Städte

Auf der physikalischen Ebene können nur wenige Technologien den Leistungsumfang unterstützen, der für intelligente Städte erforderlich ist. Kupferbasierte Netze stoßen bei der Entfernung und der Störungsresistenz an grundlegende Grenzen, während rein drahtlose Lösungen nicht die Determiniertheit und Kapazität aufweisen, die für groß angelegte, unternehmenskritische Systeme erforderlich sind.

Glasfasernetze bieten eine grundlegend andere Grundlage. Sie bieten ein extrem hohes Bandbreitenpotenzial, stabile und vorhersehbare Latenzzeiten und Immunität gegenüber elektromagnetischen Störungen. Ebenso wichtig ist, dass die Glasfaserinfrastruktur von Natur aus zukunftssicher ist: Kapazitätserweiterungen können durch die Aktualisierung von Endgeräten und nicht durch den Austausch des physischen Mediums erreicht werden.

Aus diesem Grund werden moderne intelligente Stadtnetze zunehmend als volloptische Netze, wo die Glasfaser nicht nur für die Fernübertragung genutzt wird, sondern auch bis in die Zugangs- und Aggregationsschicht hinein.

Von zentralisierten Netzen zur Edge-Computing-Architektur

Mit der Entwicklung von Smart-City-Anwendungen reicht ein rein zentralisiertes Netzmodell nicht mehr aus.

Bei früheren Implementierungen wurden die Daten von Kameras, Sensoren und Steuerungen in der Regel zur Verarbeitung an ein zentrales Datenzentrum übertragen. Dieser Ansatz vereinfacht zwar die Verwaltung, führt aber zu unvermeidlichen Latenzzeiten, verbraucht übermäßige Backhaul-Bandbreite und schafft große Fehlerbereiche.

Viele neu entstehende Anwendungsfälle - wie KI-basierte Videoerkennung, intelligente Verkehrssteuerung und autonomes Fahren - erfordern sofortige lokale Reaktionen. Die Übermittlung aller Rohdaten an einen entfernten Kern ist weder effizient noch technisch machbar.

Dies hat zu einer Verlagerung in Richtung Edge-Computing-Architekturen, Bei diesem Modell werden die Rechen- und Speicherressourcen näher an den Datenquellen bereitgestellt - auf Straßen-, Nachbarschafts- oder Stadtteilebene. Glasfasernetze sind der Schlüssel zu diesem Modell, da sie Verbindungen mit extrem niedriger Latenz und hoher Kapazität zwischen Endpunkten, Edge-Knoten und regionalen Datenzentren bereitstellen.

Technologien wie F5G (Fifth Generation Fixed Network) und POL (passives optisches LAN) Diese Umstellung wird durch die Ausweitung des Glasfaserzugangs bis an den Rand des Netzes weiter beschleunigt, wodurch die Architektur vereinfacht und gleichzeitig die Zuverlässigkeit und Energieeffizienz verbessert wird.

Um zu verdeutlichen, warum dieser Architekturwechsel von Bedeutung ist, werden im Folgenden die Unterschiede zwischen herkömmlichen zentralisierten Netzen und Edge-basierten Glasfaserarchitekturen zusammengefasst.

Zentralisiertes Netzwerk vs. Edge-basierte Glasfaserarchitektur in Smart Cities

Dimension Zentralisierte Netzwerkarchitektur Edge-Based Fiber Architektur
Ort der Datenverarbeitung
Zentrales Rechenzentrum
Verteilte Randknoten (Straßen- / Stadtteilebene)
Typische Latenzzeit
Hoch und unvorhersehbar
Ultra-niedrig und deterministisch
Backhaul-Bandbreitennutzung
Sehr hoch
Optimiert durch lokale Verarbeitung
Skalierbarkeit
Begrenzt durch die Kernkapazität
Hochgradig skalierbar durch modulare Kantenerweiterung
Störung Auswirkung
Ein einzelner Ausfall kann große Gebiete betreffen
Lokalisierte Ausfälle mit begrenzten Auswirkungen
Eignung für KI- und Echtzeitanwendungen
Schlecht
Ausgezeichnet
Die Rolle der Faser
In erster Linie Backhaul über große Entfernungen
End-to-End-Zugang, Aggregation und Edge-Zusammenschaltung
Typische Anwendungsfälle
Ältere Überwachungssysteme
KI-Videoanalyse, intelligenter Verkehr, autonome Systeme

Dieser Vergleich verdeutlicht eine grundlegende Tatsache: Da die Anwendungsanforderungen immer zeit- und datenintensiver werden, müssen die Glasfasern näher an den Ort der Datenerzeugung und -verarbeitung rücken.

Herausforderungen beim Glasfaserausbau in realen Städten: Kosten und Konstruktion

Trotz der technischen Vorteile ist der Einsatz von Glasfaser im städtischen Maßstab mit praktischen Herausforderungen verbunden - insbesondere in etablierten städtischen Umgebungen.

Ältere Bezirke sind oft mit Einschränkungen konfrontiert, wie z. B. begrenztem Platz im Untergrund, strengen Bauvorschriften und hohen Kosten für den Aushub von Straßen. Diese Faktoren können dazu führen, dass herkömmliche Grabenaushubarbeiten langsam, teuer und politisch heikel sind.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, hat die Branche mehrere bewährte Einführungsstrategien entwickelt:

  • Mikrokanal- und Luftblasfasertechnologien, die den Aushubbedarf erheblich reduzieren und es ermöglichen, Fasern mit minimalen Auswirkungen auf die Oberfläche hinzuzufügen oder aufzurüsten
  • Komposit-Faser-Stromkabel, ermöglicht sowohl die Datenübertragung als auch die Stromversorgung über ein einziges Kabel - besonders wertvoll für verteilte Edge-Geräte
  • Wiederverwendung der bestehenden Infrastruktur, einschließlich unterirdischer Versorgungskorridore, kommunaler Rohrleitungen und Straßenmobiliar, um die Einführung zu beschleunigen und die Bauarbeiten zu reduzieren

Diese Ansätze beseitigen zwar nicht die Kosten für die Bereitstellung, aber sie verwandeln die Glasfaserinstallation von einem störenden Bauprojekt in eine überschaubare technische Aufgabe, wodurch groß angelegte optische Netze für Städte leichter realisierbar werden.

Glasfaser und 5G/6G: Kooperation, nicht Konkurrenz

Die Glasfasertechnik wird manchmal als Alternative zu drahtlosen Technologien wie 5G oder künftigen 6G-Netzen betrachtet. In der Praxis sind diese beiden Technologien eng miteinander verbunden.

Drahtlose Netzwerke fungieren als Zugangsschnittstelle, und verbinden mobile Nutzer, Fahrzeuge und Sensoren. Glasfasernetze bilden die Transport-Backbone, Die Datenübertragung zwischen Funkeinheiten, Edge-Computing-Knoten und Kernsystemen.

Je dichter die 5G-Netze werden, desto größer wird diese Abhängigkeit. Kleine Zellen, massive MIMO-Implementierungen und Ultrabreitbandanwendungen erhöhen die Nachfrage nach Fronthaul- und Mittelstreckenkapazität. Ohne eine umfassende Glasfaserinfrastruktur können diese drahtlosen Systeme nicht die versprochene Leistung erbringen.

Einfach ausgedrückt: Je fortschrittlicher drahtlose Netze werden, desto mehr sind sie auf Glasfaser angewiesen.

Fallstudie: Intelligente Solar-Straßenbeleuchtung als Edge Node

Solar-Straßenlampe

Bildquelle: Polsprung

Intelligente Straßenbeleuchtung ist ein anschauliches und praktisches Beispiel dafür, wie moderne Netzwerkarchitektur in realen Städten angewendet wird.

Straßenlaternen sind gleichmäßig verteilt, bereits in die städtische Infrastruktur integriert und ideal für Erfassungs- und Kommunikationsaufgaben positioniert. In Smart-City-Implementierungen entwickeln sie sich von passiven Beleuchtungsanlagen zu multifunktionale Randknoten.

Eine typische intelligente Solarstraßenlampe System integriert:

  • Glasfaserkonnektivität für Hochgeschwindigkeitskommunikation mit niedriger Latenzzeit
  • Edge-Computing-Module für die lokale Datenverarbeitung und Entscheidungsfindung
  • Solarstromanlagen, die einen autonomen Betrieb ermöglichen und die Netzabhängigkeit verringern
  • Sensoren und Kameras Unterstützung von Beleuchtungssteuerung, Überwachung oder Sicherheitsfunktionen

Bei dieser Architektur verbinden Glasfaserkabel die Knoten auf Straßenebene mit nahe gelegenen Edge Cabinets oder Distrikt-Aggregationspunkten, wo die Echtzeitverarbeitung stattfindet. Nur relevante oder aggregierte Daten werden an zentrale Plattformen übertragen, wodurch die Latenzzeit und die Backhaul-Last minimiert werden.

Die Innovation liegt nicht in einer einzelnen Komponente, sondern darin, wie optische Konnektivität, Edge Computing und erneuerbare Energien zu einem kohärenten System kombiniert werden.

Mehr als Konnektivität: Die zukünftige Rolle von Glasfaser in intelligenten Städten

Mit Blick auf die Zukunft geht die Rolle der Glasfaser in intelligenten Städten über die reine Kommunikation hinaus.

Auftauchen verteilte Faserabtastung Technologien ermöglichen es Glasfasern, Vibrationen, Temperaturänderungen und physikalische Störungen auf ihrer gesamten Länge zu erkennen. Mit Techniken wie Distributed Acoustic Sensing (DAS) kann eine einzelne Faser als kontinuierlicher Sensor für Straßen, Pipelines und kritische Infrastrukturen fungieren.

Dadurch wird die Glasfaser von einem passiven Übertragungsmedium zu einer aktiven Sensorschicht. Straßen können auf strukturelle Spannungen überwacht werden, unbefugte Ausgrabungen können in Echtzeit erkannt werden, und Umweltveränderungen können ohne den Einsatz zusätzlicher Sensoren beobachtet werden.

Wenn diese Technologien ausgereift sind, werden Glasfasern eine immer zentralere Rolle dabei spielen, wie Städte ihre physische Umwelt wahrnehmen und auf sie reagieren.

Schlussfolgerung

Intelligente Städte beruhen auf Systemen und nicht auf isolierten Technologien. Während sich Anwendungen und Geräte weiterentwickeln werden, bestimmt die zugrunde liegende Netzarchitektur, wie effektiv diese Systeme zusammenarbeiten.

Glasfasernetze bieten die Bandbreite, Latenzstabilität und Skalierbarkeit, die zur Unterstützung von Edge Computing, dichtem drahtlosen Zugang und zukünftigen Sensortechnologien erforderlich sind. Da sich Städte in Richtung verteilter und intelligenter Architekturen bewegen, ist Glasfaser nicht nur eine Option, sondern die strukturelle Grundlage für intelligente städtische Umgebungen.