Deutschland treibt seine Digitalisierung zwar voran, was sich unter anderem am Ausbau des 5G-Netzes zeigt. Im europ?ischen Index für digitale Wirtschaft und Gesellschaft 2020 belegt Deutschland jedoch nur Platz 12, hinter Ländern wie Spanien, Großbritannien und Estland.
Zur digitalen Infrastruktur z?hlt jede Soft- und Hardware, die der Digitalisierung oder Vernetzung dient: zum Beispiel Mobilfunk- und Breitbandnetz, Server und Router, aber auch Cloud-Computing-Dienste und intelligente Stromnetze.
Eine fortschrittliche digitale Infrastruktur ist entscheidend für die aktuelle und künftige Wettbewerbsfähigkeit der (europäischen) Wirtschaft, betont das ifo Institut. Für viele IoT-Anwendungen sind etwa niedrige Latenzen erforderlich, für die 5G die Grundlage bildet.
Der Mobilfunkstandard 5G ist einer der Grundpfeiler der digitalen Infrastruktur von morgen. In Deutschland geht der Ausbau des Netzes stetig voran: Die Bundesregierung hat 2017 in ihrer 5G Strategy for Germany das Ziel definiert, bis 2025 eine umfassende Verfügbarkeit zu gewährleisten. Im Vergleich zum Vorgänger 4G (LTE beziehungsweise dessen Erweiterung LTE Advanced) bietet 5G eine bis zu 100-mal höhere Übertragungsgeschwindigkeit. Viele Menschen denken dabei zunächst an rasantes Surfen im Internet, kurze Downloadzeiten und ruckelfreies Streamen von hochauflösenden Videos auf dem Smartphone. Auch Virtual und Augmented Reality (VR und AR) kommen in den Sinn: Denn um die Wirklichkeit unterwegs in Echtzeit mit digitalen Daten anreichern und eine nahtlose Interaktion ermöglichen zu können, sind hohe Datenraten erforderlich. Mit einem leistungsstarken Mobilfunknetz lässt sich das Potenzial von AR und VR voll nutzen. Tatsächlich ist mobiles Internet jedoch nur einer der drei großen Anwendungsbereiche von 5G:
- Enhanced Mobile Broadband (eMBB): Schnelle Datenübertragung für mobile Geräte
- Massive Machine Type Communication (mMTC): Vernetzung von Maschinen
- Ultra-reliable and Low Latency Communication (uRLLC): Verbindungen mit niedrigen
Latenzen (Reaktionszeiten)
Massive Machine Type Communication ist vor allem für das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) von Bedeutung. Die Zahl der vernetzten Geräte nimmt stetig zu und mit ihnen der Bedarf nach Bandbreite. Die Marktforscher*innen von IoT Analytics prognostizieren weltweit knapp 31 Milliarden IoT-Verbindungen im Jahr 2025. Zum Vergleich: 2019 waren es 10 Milliarden. Das betrifft nicht nur Consumer-Produkte wie Smartwatches. Vor allem in der Industrie der Zukunft spielen IoT und 5G eine zentrale Rolle. In der Logistikbranche etwa statten Unternehmen ihre Flotten und Waren mit IoT-Trackern aus, durch die Absender*innen sowie Empfänger*innen jederzeit Ort und Status von Fahrzeugen oder Gütern einsehen können. In Fertigungshallen kommunizieren vernetzte Maschinen miteinander und stimmen ihre Produktionsprozesse ab, um Leerlaufzeiten zu minimieren.
Der dritte Einsatzbereich von 5G ist Ultra-reliable and Low Latency Communication. Während die Latenzen bei 4G/LTE oft noch im mittleren Millisekundenbereich liegen, verspricht 5G Reaktionszeiten von unter einer Millisekunde. Dies ermöglicht Anwendungen, die zuvor gar nicht oder nur eingeschränkt möglich waren. Zum Beispiel autonomes Fahren: Damit selbstfahrende Autos oder Logistikfahrzeuge rasch auf ihre Umwelt reagieren können, sind niedrige Latenzen erforderlich.
5G ermöglicht auch einen nachhaltigeren Einsatz von Ressourcen. Wenn Landwirtschaftsbetriebe ihre Felder etwa mit Drohnen in Echtzeit überwachen, die mit Kameras und Bildverarbeitungssoftware ausgestattet sind, können Angestellte im Büro und Kontrollfahrzeuge mit Verbrennungsmotor in der Garage bleiben.
Der Begriff Smart City beschreibt ein Konzept, um das Zusammenleben in Städten effizienter, intelligenter und nachhaltiger zu machen. Es umfasst Maßnahmen, die sich über zahlreiche Lebensbereiche erstrecken, zum Beispiel: Mobilität, Umweltschutz, Energieversorgung und Kommunikation.
Bewohner*innen sollen ebenso davon profitieren wie Unternehmen und Verwaltung.
Dass die Anforderungen an den urbanen Lebensraum steigen und Städte sich weiterentwickeln müssen, um ihnen gerecht zu werden, zeigt unter anderem eine Berechnung des United Nations Department of Economic and Social Affairs (DESA) aus dem Jahr 2018: Demnach sollen 2050 mehr als zwei Drittel der Weltbevölkerung in Städten leben.
Mit digitaler Infrastruktur lässt sich dieser Bevölkerungszuwachs in den Ballungsräumen bewältigen. Smart Cities der Zukunft werden mit zahlreichen Sensoren in den verschiedensten Bereichen ausgestattet sein, etwa im Straßenverkehr. Dort sammeln sie Daten zum Verkehrsaufkommen und helfen den Menschen, nicht nur den schnellsten, sondern auch den nachhaltigsten Weg zum Ziel zu finden – ob mit privaten oder öffentlichen Verkehrsmitteln. Innovationen wie smarte Straßenlaternen registrieren, ob sich Menschen oder Fahrzeuge in der Nähe befinden, und leuchten nur dann, wenn es nötig ist. So spart moderne Technologie Energie. Die Smart City lässt sich durchaus als ein einziges Internet of Things betrachten.
Einige Städte auf der Welt und auch in Deutschland treiben ihre digitale Transformation bereits voran und verwirklichen erste Smart-City-Projekte. In Köln sorgt ein smartes Parkleitsystem zum Beispiel dafür, dass die Menschen freie Parkplätze in kürzester Zeit finden, was unnötige Suchfahrten und somit die CO2-Emissionen verringert.
Smart Grid ist der englische Begriff für intelligente Stromnetze. Sie decken den gesamten Energiekreislauf ab, von der Erzeugung über die Speicherung bis hin zum Verbrauch, und steuern die Verteilung optimal. Für die digitale Infrastruktur der Zukunft sind sie enorm wichtig. Denn egal ob Smartphones oder Cloud-Dienste mit angeschlossenen Rechenzentren: Mit der weltweiten Digitalisierung steigt auch der Stromverbrauch.
Die Herausforderung besteht nun nicht allein darin, genug Energie für alle Geräte und Anwendungen bereitzustellen. Auch der Umweltschutz muss Beachtung finden. Wind- und Solarstrom sollen Kohle, Kernkraft und Co. sukzessive ersetzen. Laut Bundesumweltamt plant die Bundesregierung etwa, bis 2030 den Bruttoenergieverbrauch in Deutschland zu 30 Prozent durch erneuerbare Energien zu decken. Ein Problem: Strom aus nachhaltiger Energie unterliegt Schwankungen. Anders als etwa Atomkraftwerke, die eine konstante Strommenge erzeugen, sind Windräder und Photovoltaikanlagen vom Wetter abhängig.
An diesem Punkt setzen Smart Grids an: Sie verwalten den verfügbaren Strom und verteilen ihn dynamisch, basierend auf dem Energiebedarf an verschiedenen Orten. So beugen sie Überlastungen des Stromnetzes und Ausfällen vor. Smart Meter, also intelligente Stromzähler, liefern dem Smart Grid die relevanten Informationen dafür. Für die Energiewende sind Smart Grids daher besonders wichtig. Außerdem registrieren intelligente Stromnetze potenzielle Störfaktoren wie unbeständige Stromleitungen. Noch bevor es zu Defekten oder Ausfällen kommt, kann der Netzbetreiber so Wartungsarbeiten (Predictive Maintenance) vornehmen.
