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Markus Lauzi
Smart City
Technische Fundamente und erfolgreiche Anwendungen
Inhalt
8
1 Einleitung
10
1.1 Bestandteile einer Smart City
10
1.2 Treiber städtischer Transformation
13
2 Stadtentwicklung
16
2.1 Vom Siedlungskern zur Digitalstadt
18
2.2 Aktuelle Siedlungssituation in Deutschland
23
2.3 Globale Entwicklung von Siedlungsräumen
25
2.4 Gesellschaftlicher Einfluss auf die Stadtentwicklung
30
2.5 Öffentliche Infrastruktur
32
2.6 Rechenaufgaben
37
3 Digitalisierung
40
3.1 Grundbegriffe der Informationstechnik
41
3.2 Technologische Voraussetzung der Digitalisierung
47
3.2.1 Grundlagen moderner Mikroelektronik
47
3.2.2 Die mikroelektronische Roadmap
48
3.3 Automatisierung
52
3.3.1 Anwendung und Folgen von Automatisierung
52
3.3.2 Automatisierung für die smarte Stadt
54
3.3.3 Daten erfassen mit Mikroelektronik – die Messkette
56
3.3.4 Daten steuern die reale Welt – das Stellglied
61
3.4 Vernetzung
64
3.4.1 OSI-Schichtenmodell
64
3.4.2 Internet-Protokolle und Ethernet
65
3.4.3 Weitere wichtige Protokolle zur Datenübertragung
67
3.4.3.1 Protokoll OPC UA zur Verbindung von Steuerungen
68
3.4.3.2 Protokoll MQTT als schlankes Internetprotokoll
70
3.4.4 Erweiterung der LAN-Standards
71
3.4.5 Drahtlose lokale Netze
72
3.4.6 Mobilfunknetze
76
3.4.7 Festnetz und Netzkonvergenz
77
3.4.8 Datentransfer über elektrische Energienetze
79
3.5 Cloud Computing
80
3.6 Sichere Datenverbindungen über unsichere Netze
82
3.7 Energiebedarf digitaler Komponenten
83
4 Digitale Geschäftsmodelle
88
4.1 Bestandteile eines Geschäftsmodells
89
4.2 Beispiele digitaler Aufrüstung
94
4.2.1 Datentechnisch vernetzte Zahnbürste
94
4.2.2 Kühlschrank als Datenobjekt
95
4.3 Geschäftsmodelle in der Smart City
98
4.4 Anwendungsaufgabe: Geschäftsmodell Druckluftkompressoren
99
5 Digitale Anwendungen in der Smart City
102
5.1 Öffentliche Verwaltung
104
5.2 Verkehr und Mobilität
106
5.3 Energie und Umwelt
111
5.3.1 Gebäude
116
5.3.2 Straßen- und Außenbeleuchtung
120
5.4 Weitere Aufgabenfelder
126
5.4.1 Gesundheit und Pflege
126
5.4.2 Bildung und Kultur
126
5.4.3 Wirtschaftsförderung
127
5.5 Normungsaktivitäten
128
6 Zusammenfassung und Ausblick
132
7 Musterlösungen
136
Literatur und Normen
140
Index
148
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