IT-Gipfel AG2: Jahrbuch 2012/2013 - Mit Intelligenten Netzen zu Innovation, Wachstum und Fortschritt

Mit Intelligenten Netzen zu Innovation, Wachstum und FortschrittDigitale Infrastrukturen sind Voraussetzung fr eine erfolgreiche Zukunft des Standorts Deutschland und fr einen nachhaltigen Weg in die vernetzte Gesellschaft. Die Digitalisierung und Vernetzung von fnf zentralen Infrastrukturen Energie, Verkehr, Gesundheit, Bildung und ffentliche Verwaltung unter dem Stichwort Intelligente Netze ist eine Aufgabe, vor der nicht nur Deutschland steht, sondern alle Industrielnder. Intelligente Netze werden von zentraler volkswirtschaftlicher und gleichzeitig gesellschaftlicher Bedeutung sein. Die mit Intelligenten Netzen erreichbaren Produktivitts- und Effizienzgewinne im Einsatz von Ressourcen, in Prozessen und bei der Entwicklung neuer innovativer Produkte, sowie deren Beitrge zur Steigerung der Lebensqualitt, sind wichtige Grundlagen fr Wachstum und Wohlstand in den nchsten Jahrzehnten. Deutschland hat hier das Potenzial fr eine internationale Vorreiterstellung.

In drei Kapiteln dokumentiert dieses Jahrbuch die Arbeiten der AG2 des Nationalen IT-Gipfels zu ihrem Fokusthema des Jahres 2012 und gibt Orientierung fr den weiteren gemeinsamen Weg.

1. Intelligente Netze Strategien auf dem Weg in die digitale GesellschaftDie Unterarbeitsgruppe Intelligente Netze erarbeitete im Rahmen eines strukturierten Strategieprozesses mit Experten aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft strategische Kernaussagen zur Umsetzung Intelligenter Netze.

Digitale InfrastrukturenArbeitsgruppe 2 Jahrbuch 2012/2013

2. Plattformen und Querschnittstechnologien Die Enabler Intelligenter NetzeIntelligente Netze setzen auf Basistechnologien wie Cloud Computing, Machine-to-Machine-Kommunikation und IPv6 auf. Die Unterarbeitsgruppe Plattformen beschftigte sich mit Manahmen und innovationsfreundlichen Rahmenbedingungen, um die Akzeptanz und das Vertrauen in diese fr die Zukunft Deutschlands wichtigen Technologien zu strken.

3. Flchendeckendes Breitband Die Grundlage fr Intelligente NetzeDie Unterarbeitsgruppe Breitband begleitet den Ausbau deutscher Breitbandinfrastrukturen, indem sie sich zentralen Fragestellungen und Manahmen in der branchenbergreifenden Zusammenarbeit, im flchendeckenden Ausbau von Hochleistungsnetzen und zuverlssigen Breitbandinfrastrukturen in der Haus- und Heimvernetzung widmet.

Mit Intelligenten Netzen zu Innovation, Wachstum und Fortschrittwww.it-gipfel.de

Digitale Infrastrukturen Arbeitsgruppe 2 des Nationalen IT-Gipfels Jahrbuch 2012/2013

Arbeitsgruppe 2 Jahrbuch 2012/2013

Herausgeber:

Arbeitsgruppe 2 des Nationalen IT-Gipfels (AG2) Digitale Infrastrukturen als Enabler fr innovative Dienste Ansprechpartner: Dr. Sven HischkeDeutsche Telekom AG E-Mail: sven.hischke @ telekom.de

Digitale Infastrukturen

Dr. Peter KnauthBundesministerium fr Wirtschaft und Technologie E-Mail: peter.knauth @ bmwi.bund.de

Redaktion:

Jens Mhlner (Projekt- und Redaktionsleitung)Deutsche Telekom AG E-Mail: jens.muehlner@ telekom.de

Die Projektgruppen der AG2 und ihre Leiter (siehe ab S. 401) Tanja Bosse Nicole Eichhorn Kerstin Hain Dr. Jrg-Michael Hasemann Klaus-Peter Liepach Hinnerk Fretwurst-Schiffel Daniel GilleDeutsche Telekom AG

ja|wirtschaftskommunikation Berlin Gestaltung: Kerstin HainDeutsche Telekom AG

mc-quadrat Markenagentur und Kommunikationsberatung Berlin | Mnchen (Ausgewhlte Infografiken und Datenvisualisierung)

Druck:

BerlinDruck Achim

Mit Intelligenten Netzen zu Innovation, Wachstum und Fortschritt

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Inhalt

Vorworte der AG2-Leitung ....................................................................................... Einleitung ................................................................................................................ Zusammenfassung Leitthesen fr den Weg in die digitale Gesellschaft ..................

8 11 17

Mit Intelligenten Netzen zu Innovation, Wachstum und Fortschritt

11.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Intelligente Netze Strategien auf dem Weg in die digitale GesellschaftEntwicklungslinien Intelligenter Netze Begriffe und Abgrenzung ................... Auswirkungen und Nutzen Intelligenter Netze .................................................. Intelligente Energienetze ................................................................................ Intelligente Gesundheitsnetze .........................................................................

2529 47 59 93

Intelligente Verkehrsnetze .............................................................................. 111 Intelligente Bildungsnetze ............................................................................... 127 Intelligente Verwaltungsnetze ......................................................................... 145 Gastbeitrag: Rahmenbedingungen fr die digitale Zukunft Ergebnisse des Fachdialogs Netzneutralitt 2012 ........................................... 161

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Inhalt

Inhalt

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22.1

Plattformen und Querschnittstechnologien Die Enabler Intelligenter Netze173

AG2-bersicht ........................................................................................................ 387 Impressionen vom 7. IT-Gipfel in Essen .................................................................... 445 Verzeichnis der beiteiligten Unternehmen, Behrden und Organisationen ................ 454 Abkrzungsverzeichnis ............................................................................................ 456 Abbildungsverzeichnis ............................................................................................. 458

Chancen fr den Mittelstand durch Cloud Computing Ein Wegweiser ........... 177

2.2 Machine-to-Machine-Kommunikation Eine Chance fr die deutsche Industrie .......................................................... 199 2.3 Handlungsempfehlungen zur Frderung der Einfhrung von IPv6...................... 231

33.1 3.4

Tabellenverzeichnis ................................................................................................. 459 Literaturverzeichnis ................................................................................................. 460 Glossar ................................................................................................................... 463

Flchendeckendes Breitband Die Grundlage fr Intelligente Netze251

Umsetzung der Breitbandstrategie der Bundesregierung Stand und Perspektiven ................................................................................. 257

3.2 Branchenbergreifende Zusammenarbeit beim Breitbandausbau .................... 263 3.3 Alternative Verlegetechnologien am Beispiel Mikro-/Mini-Trenching (MT) ....... 283 Finanzierung von Hochleistungsnetzen in schwer zu versorgenden Gebieten ... 293

3.5 Flchendeckender Ausbau von Hochleistungsnetzen ...................................... 303 3.6 3.7 Haus- und Heimvernetzung ............................................................................ 335 Breitbandaktivitten der Bundeslnder ........................................................... 369

3.8 Gastbeitrag: Open Access Ergebnisse des NGA-Forums 2012....................... 379

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Vorworte der AG2-Leitung

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Vorworte der AG2-LeitungMit dem Auf- und Ausbau modernster Breitbandnetze schaffen wir heute die Infrastruktur, die den Sprung in die Gigabit-Gesellschaft ermglicht. Privat und beruflich sind wir jederzeit vernetzt. Schnelle Verbindungen sind immer und berall verfgbar. Unsere Vision vom vernetzten Leben und Arbeiten wird zur Realitt. Aber wir mssen schon jetzt die nchste Stufe dieser Entwicklung angehen: Den Aufbau intelligenter Infrastruktur in fnf gesellschaftlichen Kernbereichen. Dies sind Energie, Gesundheit, Verkehr, Bildung und Verwaltung. Der Aufbau dieser Intelligenten Netze ist das wohl grte und wichtigste Infrastrukturprojekt der kommenden Dekade. Sie sind zum Beispiel technische Voraussetzung und Mittel zur Umsetzung der Energiewende und genauso zur Bewltigung der Folgen des demografischen Wandels. Durch den Aufbau Intelligenter Netze verbessern wir nicht nur Deutschlands Wettbewerbsfhigkeit, wir schaffen auch eine IKT-Infrastruktur, die das Leben der Menschen in vielerlei Hinsicht verbessern und erleichtern wird. Es entstehen aber auch neue Risiken. Deshalb muss der Faktor Sicherheit in diesen digitalen Systemen von Anfang an tief verankert werden, um das Vertrauen fr deren Nutzung zu gewinnen und dauerhaft zu erhalten. Die AG2 des Nationalen IT-Gipfels hat in den vergangenen Jahren mit ihren Beitrgen zum flchendeckenden Breitbandausbau wegweisende Akzente gesetzt. Jetzt gilt es, die begonnene Arbeit nicht nur in der Kooperation zwischen IKT-Wirtschaft und Politik, sondern in neuen Formen der branchenbergreifenden Zusammenarbeit zu vertiefen. Das Jahrbuch der AG2 ist abermals ein wichtiger Meilenstein auf diesem Weg. Es soll Orientierung geben, um das Engagement in einem gemeinsamen Verstndnis der knftigen Ziele ebenso erfolgreich fortzufhren. Auf diese Zusammenarbeit freue ich mich und wnsche Ihnen eine interessante Lektre. Ihr Ren ObermannVorstandsvorsitzender Deutsche Telekom AG

Der IT-Gipfel hat fr die Bundesregierung einen hohen Stellenwert. Die Kooperation von Politik und Wirtschaft ist mustergltig. In der AG2 haben ber 300 Einzelpersonen engagiert in den Unterarbeitsgruppen Breitband, Intelligente Netze und Plattformen mitgewirkt. Die Bedeutung der Telekommunikation nimmt infolge der Digitalisierung und Vernetzung groer Bereiche der Gesellschaft weiter zu. Mit Intelligenten Netzen kann die Telekommunikationsbranche dazu beitragen, gesamtgesellschaftliche Herausforderungen wie Energiewende, demografischen Wandel, Urbanisierung, wachsenden Verkehr und den Brokratieabbau zu meistern. Die AG2 hat die Debatte ein gutes Stck vorangetrieben und mit ihren Ergebnissen Impulse gesetzt; dies dokumentiert dieses Jahrbuch. Das Bundesministerium fr Wirtschaft und Technologie wird Initiativen fr eine bergreifende Strategie fr die Einfhrung Intelligenter Netze untersttzen, um die Modernisierung wesentlicher Basissektoren unserer Volkswirtschaft zu frdern. Hierfr brauchen wir hochleistungsfhige Netze. Bereits heute stehen fr 51 % der deutschen Haushalte Breitbandanschlsse mit 50 MBit/s und mehr zur Verfgung. Jetzt geht es darum, das ambitionierte Ziel einer flchendeckenden Versorgung mit weiterer Untersttzung der Wirtschaft zu erreichen. Die AG2 kann gerade in Fragen der praktischen Umsetzung wirkungsvolle Impulse setzen und Orientierungshilfen fr Entscheidungstrger vor Ort geben. Der Breitbandausbau, Intelligente Netze und Querschnittstechnologien wie Cloud Computing, Machine-to-Machine-Kommunikation und die IPv6-Einfhrung bieten fr die Telekommunikationswirtschaft erhebliche Innovationspotenziale und Wachstumschancen. Mit einer gleichermaen wachstums- wie wettbewerbsorientierten Telekommunikationspolitik wollen wir die Grundlage fr mehr Investitionen und Fortschritt fr unser Land im digitalen Zeitalter schaffen. Anne Ruth HerkesStaatssekretrin Bundesministerium fr Wirtschaft und Technologie

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EinleitungDigitale Infrastrukturen sind Voraussetzung fr eine erfolgreiche Zukunft des Standorts Deutschland und fr einen nachhaltigen Weg in die vernetzte Gesellschaft. Deutschlands Infrastrukturen befinden sich in einem umfassenden Prozess des Wandels. Die gleichzeitige Digitalisierung und Vernetzung von fnf zentralen Infrastrukturen Energie, Verkehr, Gesundheit, Bildung und ffentliche Verwaltung unter dem Stichwort Intelligente Netze ist eine Aufgabe, vor der nicht nur Deutschland steht, sondern alle Industrielnder. Im digitalisierten Zeitalter werden Intelligente Netze von zentraler volkswirtschaftlicher und gleichzeitig gesellschaftlicher Bedeutung sein. Die mit Intelligenten Netzen erreichbaren Produktivitts- und Effizienzgewinne im Einsatz von Ressourcen, in Prozessen und bei der Entwicklung neuer innovativer Produkte, sowie deren Beitrge zur Steigerung der Lebensqualitt, sind wichtige Grundlagen fr nachhaltiges Wachstum und Wohlstand in den nchsten Jahrzehnten. Deutschland hat hier das Potenzial fr eine internationale Vorreiterstellung. Vor diesem Hintergrund hat die Arbeitsgruppe 2 des Nationalen IT-Gipfels (AG2) beschlossen, das Thema Intelligente Netze in den Mittelpunkt ihrer Aktivitten zu stellen. Hierfr wurde eine neue Unterarbeitsgruppe Intelligente Netze initiiert und weitere Experten als Mitwirkende eingebunden. Die AG2 betrachtet insbesondere die Notwendigkeit einer verstrkten branchenbergreifenden Zusammenarbeit als Grundlage ihres Handelns. Die Mitglieder der AG2 sind berzeugt, dass die groen Herausforderungen und Chancen Intelligenter Netze und digitaler Infrastrukturen nur gemeinsam bewltigt werden knnen branchenbergreifend und im Schulterschluss von Wirtschaft, Wissenschaft und Politik. Unter dieser Leitlinie wurde im Jahr 2012 die Mitwirkung in der AG2 von inzwischen ber 300 Experten und Branchenvertretern aus mehr als 100 Unternehmen, Organisationen und Institutionen koordiniert. Die Struktur der AG2 basiert auf drei Unterarbeitsgruppen (UAG), die die relevanten infrastrukturellen Grundlagen (Breitband), Querschnittstechnologien (Plattformen) und Strategien (Intelligente Netze) zur Realisierung Intelligenter Netze reprsentieren. Welche Analysen, Thesen, Forderungen und Projekte im Jahr 2012 erarbeitet wurden, ist in diesem Jahrbuch nachzulesen.

Im digitalisierten Zeitalter werden Intelligente Netze von zentraler volkswirtschaftlicher und gleichzeitig gesellschaftlicher Bedeutung sein.

Die groen Heraus forderungen und Chancen Intelligenter Netze und digitaler Infrastrukturen knnen nur gemein sam bewltigt werden branchenbergreifend und im Schulterschluss von Wirtschaft, Wissen schaft und Politik.

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Einleitung

Einleitung

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Aktuelle Herausforderungen

Abgesehen von den technischen Anforderungen zur Realisierung Intelligenter Netze sind die Herausforderungen auch inhaltlich und branchenspezifisch uerst vielfltig und komplex. Stichworte sind hier unter anderem der demografische Wandel, die Energiewende sowie nach wie vor notwendige Haushaltskonsolidierungen bei gleichzeitig steigenden Anforderungen an Bildungsmglichkeiten, an die Gesundheitsversorgung und die Verwaltung. Der Optimierung all dieser Bereiche mithilfe digitaler Infrastrukturen widmete sich die AG2 in zahlreichen Sitzungen, Workshops, (Online-)Diskussionen und Konferenzen. Die Ergebnisse einzelner Gruppen mgen dabei auf den ersten Blick sachlich sehr spezifisch und eingegrenzt erscheinen, aber in der Gesamtschau ist jeder in diesem Jahrbuch zu findende Beitrag ein Baustein fr die Zukunft unseres Landes im digitalen Zeitalter. Denn eines steht fest: Nur mit modernsten digitalen Infrastrukturen kann Deutschland im weltweiten Wettbewerb seine Rolle als Innovationsstandort auch knftig noch einnehmen. Die erarbeiteten Ergebnisse der AG2 sind umfassend in diesem Jahrbuch 2012/2013 dokumentiert. Die gemeinsame Botschaft ist: Intelligente Netze sind Schlsselinfrastrukturen, die jetzt gestaltet werden. Die Digitalisierung der groen Infrastrukturen braucht eine nationale Strategie, die die Krfte aus Wirtschaft, Staat und Gesellschaft bndelt und ausrichtet. Diese Aufgabe wollen wir im Sinne einer nationalen Kraftanstrengung gemeinsam angehen. Welche Manahmen und Rahmenbedingungen die Mitglieder der AG2 hier fr erforderlich erachten, ist in den drei groen Themenkomplexen digitaler Infrastrukturen, die dieses Jahrbuch umfasst, dargestellt. Jedes Kapitel wurde von einer Unterarbeitsgruppe verantwortet und erstellt, die sich wiederum in verschiedene Projektgruppen (PG) gliedert. Daneben finden sich Fachinitiativen und Fokusgruppen (FG), die sich jeweils mit sehr speziellen Themen im Detail auseinandersetzten. Ein berblick ber die Gruppen und ihre Mitwirkenden findet sich in der AG2-bersicht (ab S. 387).

Intelligente Netze Strategien auf dem Weg in die digitale Gesellschaft Die Unterarbeitsgruppe Intelligente Netze erarbeitete im Rahmen eines strukturierten Strategieprozesses mit Experten aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft strategische Kernaussagen zur Umsetzung Intelligenter Netze. Intelligente Netze sind das Nervensystem des digitalen Zeitalters. Wie im menschlichen Organismus Sinnesorgane, Gehirn und Muskeln ber die Nerven verbunden werden, verknpfen Intelligente Netze im Wirtschaftssystem unterschiedliche Akteure einer Wertschpfungskette und sorgen fr geregelte Ablufe und effiziente Prozesse. Damit sind Intelligente Netze eine Schlsselinfrastruktur fr die Zukunftsfhigkeit unserer Volkswirtschaft. Kapitel 1 zeigt die Ausgangssituation, die Auswirkungen und strategischen Handlungsempfehlungen in den Bereichen Energie, Gesundheit, Verkehr, Bildung und Verwaltung auf und gibt einen berblick ber relevante aktuelle Projekte. Es werden Antworten gegeben auf Fragen wie: Welche Herausforderungen sind die Treiber? Welche Chancen bieten sich? Wo steht Deutschland heute und was wird sich ndern? Was muss gemeinsam angegangen werden?Kapitel 1

Nationale Strategie Intelligente Netze

Plattformen und Querschnittstechnologien Die Enabler Intelligenter Netze Wo Intelligente Netze effizient arbeiten sollen, werden bestimmte Basistechnologien bentigt sogenannte Enabler. Dazu zhlen das in Kapitel 2 behandelte Cloud Computing, die Machine-to-MachineKommunikation und das neue Internetprotokoll IPv6. Fr alle drei Technologien gilt: Politik, Unternehmen und Gesellschaft sollten verstrkt auf die Notwendigkeit und die Mglichkeiten dieser Enabler hingewiesen werden. Die Unterarbeitsgruppe Plattformen beschftigt sich daher mit Manahmen und innovationsfreundlichen Rahmenbedingungen, um die Akzeptanz und das Vertrauen in diese fr die Zukunft Deutschlands wichtigen Technologien zu steigern.Kapitel 2

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Einleitung

Flchendeckendes Breitband Die Grundlage fr Intelligente NetzeKapitel 3

Die digitale Gesellschaft bentigt eine hochleistungsfhige Breitbandversorgung und das flchendeckend. Ist diese nicht gegeben, droht eine Abkopplung unterversorgter Gebiete von der brigen Entwicklung. Fr Haushalte wie auch die Wirtschaft ist eine breitbandige Anbindung an digitale Dienste unverzichtbar. Doch der flchendeckende Breitbandausbau ist noch nicht komplett abgeschlossen. Die Unterarbeitsgruppe Breitband begleitet den Ausbau deutscher Breitbandinfrastrukturen, indem sie sich zentralen Fragestellungen und Manahmen in der branchenbergreifenden Zusammenarbeit, im flchendeckenden Ausbau von Hochleistungsnetzen und zuverlssigen Breitbandinfrastrukturen in der Haus- und Heimvernetzung widmet. Kapitel 3 gibt einen berblick ber den Status und die Treiber dieser Themen.

Das vorliegende Jahrbuch gibt einen umfassenden berblick ber die Arbeit der AG2 des Nationalen IT-Gipfels. Es soll Entscheidungstrgern Argumente und Handlungsempfehlungen an die Hand geben und allen anderen Interessenten Stoff fr weitere Diskussionen liefern. Gleichzeitig soll dieses Jahrbuch Grundlage, Anregung und Ansporn zuknftiger Initiativen fr den weiteren Fortschritt in Deutschland sein. Dabei eignet sich das Dokument auch zum gezielten Querlesen. Es steht zum freien Download zur Verfgung auf www.it-gipfel.de.

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Zusammenfassung Leitthesen fr den Weg in die digitale GesellschaftDie Wirtschafts- und Innovationskraft Deutschlands, unsere Position im internationalen Wettbewerb und der gesellschaftliche Fortschritt sind mageblich damit verbunden, dass unser Land den Wandel von einer klassischen Industrienation zum digitalen Zeitalter vollzieht und zu einem Gestalter der globalen, digitalen Gesellschaft wird. Die Digitalisierung hat bereits heute grundlegende Vernderungen in vielen Lebensbereichen bewirkt. Auch die Struktur der Volkswirtschaften ndert sich nachhaltig: neue Wertschpfungsketten und Geschftsmodelle entstehen. Deutschland steht vor der Herausforderung, seine Strken in der Produktion mit den Chancen der Digitalisierung zu verbinden. Fr eine solche Entwicklung sind digitale Infrastrukturen und insbesondere Intelligente Netze die wesentliche Grundlage: Intelligente Netze schaffen Wachstum, schonen Ressourcen und steigern die Lebensqualitt in signifikanten volkswirtschaftlichen Grenordnungen. Sie begrnden eine wichtige Basis zuknftiger Wettbewerbsvorteile und nationalen Wohlstands. Und sie geben Antworten auf bedeutende gesellschaftliche Trends und Herausforderungen, wie die Energiewende oder den demografischen Wandel. Ein erfolgreicher Weg in die digitale Gesellschaft setzt dabei ein neues Verstndnis des Zusammenwirkens von Wirtschaft, Politik und allen gesellschaftlichen Krften voraus. Am Anfang muss der gemeinsame Wille stehen, die Chancen nicht nur zu erkennen, sondern diese zgig durch gemeinsames Handeln umzusetzen. Als Leitlinien fr diesen Weg fassen zwlf Thesen die Ergebnisse der AG2 und dieses Jahrbuches zusammen:

Wandel von der klassischen Industrie nation zum Gestalter der globalen, digitalen Gesellschaft

Die Strken in der Produktion mit den Chancen der Digitalisierung verbinden.

Ein erfolgreicher Weg in die digitale Gesellschaft setzt ein neues Verstndnis des Zusammenwirkens von Wirtschaft, Politik und allen gesellschaftlichen Krften voraus.

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Zusammenfassung Leitthesen fr den Weg in die digitale Gesellschaft


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Die digitale Gesellschaft wird mehr sein, als eine beschleunigte Informationsgesellschaft. Das Zusammenspiel zwischen netzbasierten Innovationen und gesellschaftlichen Trends wird mageblich die weitere Digitalisierung unterschiedlicher Lebensbereiche bestimmen. Die zunehmende Verfgbarkeit digitaler Informationen und die immer umfassendere digitale Vernetzung sind Kennzeichen einer neuen Gesellschaft, die mehr ist als eine beschleunigte Informationsgesellschaft. Die richtige und frhzeitige Weichenstellung ist von entscheidender Bedeutung, um die wohlfahrtssteigernden Potenziale der Digitalisierung zu heben.

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Eine flchendeckende Breitbandversorgung ist die Grundlage der Digitalisierung. Ausgangspunkt fr die weitere Digitalisierung sind flchendeckende und breitbandige Hochleistungsnetze. Diese Infrastrukturaufgabe ist nur durch das gemeinsame Engagement von Wirtschaft, Bund, Lndern und Kommunen zu bewltigen. Die Finanzierung bleibt ein kritischer Faktor: Auch in Zukunft sind Milliarden-Investitionen in den weiteren Aus- und Aufbau von Hochgeschwindingkeitsnetzen erforderlich. Deshalb sind smtliche Mglichkeiten zur Kostensenkung und verschiedener Finanzierungsmodelle zu nutzen. Zur Erhhung der Netzauslastung bieten sich Kooperationen in Form von Open Access an. In einigen Gebieten bleibt staatliche Frderung weiterhin notwendig. Zur Beschleunigung des Netzausbaus muss der Telekommunikationssektor durch die Schaffung attraktiver und verllicher Infrastruktur-Investitionsbedingungen gestrkt werden, die den Einsatz innovativer Technologien und Geschftsmodelle untersttzen. Fr eine Versorgung des lndlichen Raums mit Hochleistungsnetzen mssen Synergien umfangreich ausgeschpft werden. Hierzu ist die weitgehende Mitnutzung vorhandener, geeigneter Infrastrukturen zu gewhrleisten. Darber hinaus darf die Bedeutung der Haus- und Heimvernetzung als Bindeglied zum Endnutzer nicht lnger unterschtzt werden. Eine enge Zusammenarbeit mit der Wohnungswirtschaft ist dringend geboten.

Die Digitalisierung lutet eine neue Epoche der Infrastrukturen ein. Ausdruck der nchsten Phase der Digitalisierung sind Intelligente Netze. Sie bringen moderne IT- und Kommunikationstechnik mit bisher siloartig separierten, branchenspezifischen Technologien zusammen. Es entstehen neue, verteilte und selbstregelnde Anwendungen. hnlich dem Internet und seiner rasanten Entwicklung schafft die intelligente Vernetzung materieller und immaterieller Infrastrukturen neue Synergie-Effekte und Hebel, die vielfltige Innovationssprnge ermglichen. Intelligente Netze haben den Charakter von Enablern und Querschnittstechnologien, die neue Paradigmen der Rolle und der Bedeutung von Infrastrukturen hervorbringen. Die Intelligenz der Netze ist dabei nicht in Einzelkomponenten verortet, sondern ergibt sich aus deren Vernetzung. Jede einzelne Komponente trgt zur Intelligenz bei, indem sie bestimmte Teilaspekte einer Gesamtaufgabe abdeckt.

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Intelligente Netze sind das Nervensystem moderner Volkswirtschaften. Intelligente Netze entstehen in fnf Kernbereichen der Gesellschaft: Energie, Gesundheit, Verkehr, Bildung und Verwaltung. Diese machen zusammen nahezu 25 % des BIP in den OECD-Staaten aus. Sie gehren zu den Grundfesten einer jeden Volkswirtschaft. Effizienz- und Innovationswirkungen in diesen Bereichen strahlen ber die eigenen Branchengrenzen hinaus auf alle Lebens- und Wirtschaftsbereiche aus. Sie sind kritische Infrastrukturen, deren Funktionsfhigkeit fr die Ablufe einer Volkswirtschaft jederzeit uneingeschrnkt sichergestellt sein muss. Mit Intelligenten Netzen ndern sich die Anforderungen an das Internet als Basisinfrastruktur. Neben der flchendeckenden Verfgbarkeit werden eine hohe Verbindungsstabilitt mit garantierten Latenzzeiten und Qualittsstandards erforderlich.

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Intelligente Netze schaffen Innovation, Wachstum und Arbeitspltze. Die geschtzten Effekte (Effizienzgewinne und Wachstumsimpulse) Intelligenter Netze summieren sich gem Fraunhofer ISI bei konsequenter Umsetzung und bei einem schnellen Rollout zu einem gesellschaftlichen Gesamtnutzen von jhrlich ber 50 Mrd. Euro. Unter den aktuellen Annahmen ist davon auszugehen, dass sich in den nchsten zehn Jahren positive gesamtgesellschaftliche Effekte in Hhe von mehr als 330 Mrd. Euro erzielen lassen.*

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Intelligente Netze bieten Lsungen fr aktuelle Herausforderungen. Neue gesellschaftliche Herausforderungen bedrfen einer hheren Effizienz der Infrastrukturen. Verstrkter IKT-Einsatz und Intelligente Netze sind der Schlssel zur Bewltigung der vor uns liegenden Aufgaben: Die Energiewende ist nur mit Intelligenten Netzen zu realisieren. Intelligente Gesundheits-, Bildungs- und Verwaltungsnetze helfen die Folgen des demografischen Wandels und die Notwendigkeit zur Kosteneinsparung bei gleichzeitig steigenden Qualittsanforderungen in den Griff zu bekommen. Intelligente Verkehrsnetze bewahren uns vor dem Verkehrsinfarkt und sind Voraussetzung fr einen verbesserten Schutz von Klima und Menschenleben.

Der Strukturwandel braucht eine neue digitale Standortpolitik. Die Digitalisierung der Infrastrukturen wird eine Rolle des Staates erfordern, die ber die reine Setzung von Rahmenbedingungen hinaus geht. In der politischen Debatte steht zumeist die Internetpolitik im Vordergrund. Dies ist ein zu enger Fokus. Der Strukturwandel durch Digitalisierung ist wesentlich weitreichender. Es muss eine bergreifende Breitband-, Daten-Standort- und Innovationspolitik konzipiert werden, die folgende drei Aspekte gleichgewichtig abdeckt: Digitalisierung von Infrastrukturen (Intelligente Netze), Digitalisierung von Wertschpfungsketten (Industrie 4.0, Cyber-Physical Systems, Business Web, Cloud Computing fr industrielle Anwendungen), Digitalisierung von Lebenswelten (Digitale Gesellschaft).

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Neue Infrastrukturen entstehen nicht aus sich selbst heraus. Die Technik zur Realisierung Intelligenter Netze ist verfgbar. Dennoch wird die fr Deutschland wichtige zgige Umsetzung nicht allein durch den Antrieb der Marktkrfte zu realisieren sein. Der Aufbau Intelligenter Netze ist eines der grten Infrastrukturprojekte in der Geschichte unseres Landes. Dafr mssen in den kommenden Jahren in Deutschland Investitionen von etwa 130 Mrd. Euro aktiviert werden.** Es bedarf einer gemeinsamen nationalen Kraftanstrengung, eines politischen und gesellschaftlichen Willens, um fnf Infrastrukturen gleichzeitig in das digitale Zeitalter zu transformieren.

Neue Geschftsmodelle erfordern geeignete Rahmenbedingungen. Die rechtlichen Rahmenbedingungen mssen neu entstehende Mrkte frdern und funktionierende Mrkte forcieren. Durch geeignete Anreizsysteme kann der gesamtwirtschaftliche Nutzen maximiert werden. Hierzu gehrt insbesondere auch die Investitionssicherheit. Dadurch wird es Netzbetreibern, Lieferanten und anderen Marktteilnehmern ermglicht, in innovative Technologien und in F&E zu investieren. Darber hinaus ist dem Fachkrftemangel vorzubeugen. Intelligente Netze erfordern neue Kompetenzen vor allem in den Ausbildungsberufen, die durch eine kombinierte IKT-/Anwendungsbranchen-Ausbildungsinitiative auf nationaler Ebene begegnet werden muss.

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* Vgl. Gesamtwirtschaftliche Potenziale intelligenter Netze in Deutschland Ergebnisse einer ** Prof. Dr. August-Wilhelm Scheer, BITKOM Pressekonferenz, Berlin, 9. Juni 2011. http://www.

Metastudie, Fraunhofer ISI, Karlsruhe, 2012

bitkom.org/files/documents/Vortrag_Prof_Scheer_PK_Intelligente_Netze_09_06_2011.pdf (letzter Zugriff 29.10.2012)

Gesellschaftliche Akzeptanz braucht den Zukunftsdialog. Die notwendige gesellschaftliche Akzeptanz Intelligenter Netze erfordert einen breiten und kritischen Zukunftsdialog ber alle gesellschaftlichen Ebenen hinweg. Wir bentigen in Deutschland in Bezug auf neue Technologien einen strkeren Blick auf die Chancen, die in Technologien stecken. Gleichzeitig muss eine Vertrauensbasis dafr geschaffen werden, dass Datenschutz und Datensicherheit jederzeit gewhrleistet wird.

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Die digitale Gesellschaft braucht eine bergreifende Datenstrategie und gemeinsame Standards. Die bergreifende Datennutzung als Grundlage fr Intelligente Netze bedarf der Verankerung in einer nationalen Datenstrategie. In einer solchen Datenstrategie muss der Schutz der persnlichen Daten mit dem gesellschaftlichen Mehrwert der Datennutzung ausbalanciert werden. Der Datenschutz ist Grundlage fr die Akzeptanz der Dienste und das Vertrauen der Brger. Dabei ist zu bercksichtigen, dass die technische Standardisierung auf nationaler Ebene nicht ausreicht. Es muss die Standardisierung mindestens auf europischer Ebene erfolgen. In Deutschland gefundene Lsungen mssen strker gezielt in die Standardisierung einflieen, um zuknftig Teil globaler Standards und Lsungen zu werden.

Ausgehend von diesen Thesen empfiehlt die AG2 folgende zwei Magaben zum Ausgangspunkt und Grundverstndnis einer nationalen Strategie Intelligente Netze zu machen: 1. Krfte und Ressourcen bndeln und an einem Strang ziehen, um Deutschland zeitnah zum Land der Intelligenten Netze zu machen. Die Politik, die Bundesregierung, sollte die Rolle eines Treibers der Vernderung einnehmen, bewusste politische Impulse setzen und ihre koordinierende Rolle zwischen Gesellschaft, Staat und Wirtschaft verstrken. Die Chance: erhebliche Potenziale einer auf Intelligente Netze abgestimmten Wirtschaftspolitik, Bildungs- und Forschungspolitik, Energiepolitik, Gesundheits- und Sozialpolitik knnen gehoben werden. Deutschland braucht die infrastrukturellen Grundlagen fr Wachstum und Fortschritt in einer digitalen Gesellschaft. Es ist Zeit, konzertiert zu handeln. 2. Deutschlands Weg in die digitale Gesellschaft mit einem breiten Konsens als Fundament versehen. Wirtschaft und Politik mssen den gesellschaftlichen Ausgleich suchen. Ein stabiler Konsens in der Beurteilung von Chancen, Risiken, Nutzen und Kosten zwischen Wirtschaft und Gesellschaft muss Grundlage des Handels sein und eine langfristige Rentabilitt der erforderlichen Infrastrukturinvestitionen ermglichen. Manahmen zur Akzeptanzfrderung und die Verankerung des Themas Intelligente Netze in Aus- und Weiterbildung sowie in der Forschung mssen vorangetrieben werden. Deutschland braucht Wissen und Wollen als Basis fr den Erfolg in der digitalen Welt.

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Erkannte Hemmnisse mssen zgig angegangen werden. Der Aufbau Intelligenter Netze ist komplex. Es ist eine Vielzahl relevanter Beteiligter zu koordinieren. Hohe Anfangsinvestitionen mssen aufgebracht und zuknftige Marktmodelle gestaltet werden. Fehlende Rechtssicherheit sowie fehlende Harmonisierung rechtlicher Regelungen und Rahmenbedingungen auf nationaler und europischer Ebene schaffen Unsicherheiten bezglich des Aufbaus Intelligenter Netze und behindern private Investitionen. Fehlende Koordination relevanter Aktivitten auf nationaler Ebene fhrt zu Insellsungen, Interoperabilittsproblemen, fragmentierten Geschfts- und Marktmodellen, sowie zu Nachteilen der deutschen Wirtschaft bei internationalen Standardisierungsaktivitten. Um den Anspruch und die Chancen einer deutschen Technologiefhrerschaft zu wahren, muss die Zusammenarbeit forciert werden. Das Branchendenken muss einer vernetzten und branchenbergreifende Kooperation weichen. Ein bewusstes und branchen- und ressortbergreifendes Handeln ist erforderlich.

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Intelligente Netze Strategien auf dem Weg in die digitale GesellschaftIntelligente Netze sind die Schlsselinfrastrukturen digita lisierter Volkswirtschaften. Ihnen kommt in Zukunft eine wichtige Rolle als Unterbau der gesellschaftlichen und wirt schaftlichen Entwicklung Deutschlands zu. Dies gilt umso mehr vor dem Hintergrund groer nationaler Herausforde rungen. Warum brauchen wir fr die Energiewende Intelligente Netze? Durch den massiven Zubau erneuerbarer Energien ndern sich die Anforderungen an die Stromnetze grundlegend. Die zunehmende Volatilitt und Dezentralitt der Energie erzeugung erhht die Komplexitt und erfordert eine h here Flexibilitt der Netze sowie eine angepasste Steue rungslogik. Das Energieversorgungssystem wird zu einem komplexen und mehrstufigen System, an dem nicht nur deutlich mehr Erzeugungseinheiten angeschlossen sind, sondern in dem darber hinaus die Verbraucher multi funktional sind. Der Aufbau von Smart Grids (intelligen ten Energienetzen) dient unter anderm dazu, Daten einer groen Zahl von Akteuren flexibel, bidirektional und nahe zu in Echtzeit miteinander zu verknpfen und diese zu ver arbeiten, um den Strombedarf aller Verbraucher intelligent abzuschtzen und auf dieser Basis die Erzeugung und Be reitstellung des Stroms dynamisch anzupassen. Auerdem werden auf der Basis Intelligenter Netze neue dynamische Angebote ermglicht, die zu nderungen im Verhalten der Verbraucher fhren werden.

Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem demografischen Wandel und Intelligenten Netzen? Die guten Lebensbedingungen und das leistungsfhi ge Gesundheitssystem tragen zu einer stetig steigenden Lebenserwartung der Bevlkerung bei. Dies fhrt zu ei ner zunehmend wachsenden Nachfrage nach Gesundheits dienstleistungen. Um diese Leistungen erbringen zu kn nen, bedarf es auch einer steigenden Zahl medizinischer und pflegerischer Fachkrfte. Unter diesen Voraussetzun gen stellen sich Herausforderungen an das deutsche Ge sundheitswesen, zu deren Lsung intelligente Gesund heitsnetze einen wesentlichen Beitrag leisten knnen: Bereitstellung ausreichender Kapazitten fr die Gesund heitsversorgung, die dem drohenden Fachkrftemangel entgegenwirkt; Aufrechterhaltung der hohen Qualitts standards, effiziente Bereitstellung von Gesundheitsdienst leistungen, welche die vorhandenen, knappen Ressourcen bestmglich auslasten, Sicherstellung des flchendecken den Zugangs zu medizinischer, pflegerischer und rehabili tativer Versorgung, Sicherstellung der Finanzierung, Frde rung von Prventionsmanahmen. Was bedeuten Intelligente Netze fr unsere Mobilitt? Der Mobilittsbedarf steigt. Mehr Personen und mehr Gter teilen sich zu Stozeiten die gleichen Verkehrswege. Heu tige Verkehrssysteme sind funktionierende Insellsungen. Verfgbare Informationen erlauben nur eine verzgerte An passung des Mobilittsverhaltens. Intelligente Verkehrs netze ermglichen demgegenber eine Optimierung der wirtschaftlichen Nutzung von Verkehrsinfrastruktur. Mit der Einfhrung und Verbreitung von intelligenten Verkehrs netzen knnten zudem Folgekosten durch Umweltschden deutlich verringert und die Zahl der Unfalltoten und Verletz ten im Straenverkehr deutlich gesenkt werden.

Ist bessere Bildung zu geringeren Kosten mglich? Der demografische Wandel und die Notwendigkeit wei terer Haushaltskonsolidierungen verndern die Rahmen bedingungen fr Bildung und ihre Qualitt grundlegend. Ein wesentlicher Treiber des Wandels sind die Erwartungen und das Nutzungsverhalten der Lernenden von heute. Ins besondere das deutsche Hochschulsystem muss sich ei ner angespannten Finanzlage, der Erwartungshaltung der Studierenden und neuer Konkurrenz durch renommierte internationale Anbieter stellen. Die Vermittlung von Wissen bedeutet sowohl Vermittlung standardisierten Wissens als auch von Spezialwissen sowie eine mglichst hoch indivi dueller Betreuung. Intelligente Bildungsnetze ermglichen eine strkere Differenzierung zwischen diesen Leistungen mit dem Ziel, die vorhandenen Ressourcen effizienter bei gleichzeitig hherer Bildungsqualitt zu nutzen. Warum wird auch die moderne Verwaltung intelligent vernetzt? Mit Blick auf die Vielzahl bedeutender gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Herausforderungen stehen Staat und Verwaltung heute vor der Aufgabe, neue und innovative L sungswege zur Sicherstellung der ffentlichen Aufgaben zu erschlieen. Dabei wird der Staat zugleich zum Leitanwen der, der die sich bietenden Chancen frhestmglich nutzen muss. Bund und Lnder haben die strategische Bedeutung der neuen technologischen Mglichkeiten erkannt: Mit dem Artikel 91c GG wurde ein umfassender Gestaltungsauftrag zur Schaffung einer alle staatlichen Ebenen verbindenden, fderalen ITInfrastruktur verfassungsrechtlich verankert. Dies gilt es jetzt auf allen Ebenen in der Verwaltungsreali tt zeitnah umzusetzen.

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1 Intelligente Netze Strategien auf dem Weg in die digitale Gesellschaft

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1.11.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 1.1.7 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 Entwicklungslinien Intelligenter Netze Begriffe und Abgrenzung ......................................................................... Die Anfnge intelligenter Telekommunikationsnetze ................................. Internet und Chip-Technologien als Treiber der Computerisierung ............ Die Entstehung intelligenter Infrastrukturen eine neue Epoche .............. Anwendungsbereiche Intelligenter Netze ................................................. Merkmale Intelligenter Netze ................................................................... Worin liegt die Intelligenz? ....................................................................... Parallele Entwicklungen im Kontext Intelligenter Netze ............................. Auswirkungen und Nutzen Intelligenter Netze .......................................... Intelligente Energienetze .......................................................................... Intelligente Gesundheitsnetze ................................................................... 29 29 30 30 35 36 38 42 47 59 93

Entwicklungslinien Intelligenter Netze Begriffe und AbgrenzungDer Ursprung des Begriffes Intelligente Netze liegt in der Nachrichtentechnik. Seine Bedeutung hat sich ber die letzten Jahre jedoch deutlich gewandelt.

1.1.1

Die Anfnge intelligenter TelekommunikationsnetzeDie Bedeutung des Begriffs Intelligente Netze hat sich deutlich gewandelt.

Intelligente Verkehrsnetze ....................................................................... 111 Intelligente Bildungsnetze ........................................................................ 127 Intelligente Verwaltungsnetze .................................................................. 145 Gastbeitrag: Rahmenbedingungen fr die digitale Zukunft Ergebnisse des Fachdialogs Netzneutralitt 2012 ..................................... 161

In den Anfngen der Telekommunikation von den 1870er Jahren bis hin zu den 1950er Jahren standen Sprachverbindungen zwischen zwei Personen im Vordergrund. Die technische Entwicklung konzentrierte sich darauf, die Vermittlung dieser Gesprche zu automatisieren. Hiermit begannen Telekommunikationsnetze nach und nach intelligenter zu werden, intelligenter in dem Sinne, dass Vermittlungsaufgaben zunehmend komplexer und zunehmend autarker von Netzelementen bernommen wurden. Mit den ersten Anfngen elektronischer Datenbertragungen kamen zustzliche Anforderungen hinsichtlich der Nutzung und Abrechnung von bertragungsstrecken hinzu. Neue Technologien wie ISDN ermglichten die damals effiziente und fr Sprache und Daten gleichzeitige Nutzung von bertragungsstrecken. Dies erforderte fr damalige Verhltnisse eine erhebliche Intelligenz in der Netztechnik. Mit den

30


1.1 Entwicklungslinien Intellligenter Netze Begriffe und Abgrenzung

31

Daten des Anrufs wurden weitere Informationen, wie zum Beispiel Ursprung des Anrufs, Uhrzeit oder Wochentag verknpft, was neue Steuerungsmglichkeiten und neue Dienste ermglichte. Der Begriff des Intelligenten Netzes wurde eingefhrt.

1.1.2

Internet und ChipTechnologien als Treiber der Computerisierung

Zunehmende Computerisierung der Telekommunikation

Innovationssprung durch Intelligente Netze

Intelligente Netze im modernen Verstndnis haben zwar ihren Ursprung in der Nachrichtentechnik/Telekommunikation, gehen aber weit darber hinaus. Sie verfgen ber Attribute, die neben ihrer neuen Anwendungsrelevanz auch technisch einen Innovationssprung darstellen und damit die Evolution der Netze sprungartig vorantreiben. Heutige und zuknftige Intelligente Netze haben den Charakter von Enablern und Querschnittstechnologien1, die neue Paradigmen der Rolle und Bedeutung von Infrastrukturen hervorbringen. Dies tun sie in ihren jeweiligen dedizierten, branchen1 Querschnittstechnologien im Sinne von Technologien, deren Anwendungsbereiche sich nicht

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1.1.3

Die Entstehung intelligenter Infrastrukturen eine neue Epoche

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Der digitale zellbasierte Mobilfunk mit NMT/GSM in seinen Anfngen, erste Mehrwertdienste und spter die weiter voranschreitende Neutralitt bezglich bertragener Inhalte fhrten dazu, dass Telekommunikationsnetze noch strker computerisiert wurden, um den Abrechnungs-, Mobilitts- und Diensteanforderungen gerecht zu werden. Einhergehend damit sind die heutigen Entwicklungen der Internettechnologien zu sehen, die dazu fhren, dass Wissen und dessen Verarbeitung allgegenwrtig sein und jedem verfgbar gemacht werden knnen. Ein weiterer wichtiger Treiber sind die erheblichen Fortschritte in der Halbleitertechnik, die zu immer schnelleren und leistungsfhigeren Prozessoren und Speicherchips bzw. Speichermedien bei gleichzeitig stetig sinkenden Kosten gefhrt haben.

bezogenen Anwendungsfeldern wie auch und insbesondere in ihrer Wirkung ber verschiedene Anwendungsfelder hinweg. Intelligente Netze bringen moderne IT- und Kommunikationstechnik mit bisher siloartig separierten branchenspezifischen Technologien zusammen. Es entstehen neue, verteilte und selbstregelnde Anwendungen. Abbildung 1.1-1 gibt eine Darstellung des MNCHNER KREISES im Auftrag der AG1 des Nationalen IT-Gipfels wieder, die die Herkunft und Entwicklung Intelligenter Netze in einem hnlichen VerIN-Evolution: stndnis der evolutionren Ursprnge darstellt, ohne jedoch den Evolutionsschritte der Intelligenten Netze Sprungeffekt dereine neue Anwendungsvielfalt induzieren heutigen Entwicklung herauszustellen.1985 1990 2000

Intelligente Netze bringen IKT mit bisher separierten branchenspezifischen Technologien zusammen.

20122010 2015

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Daraus resultierende neue Anforderungen Ubiquitt Sicherheit

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1

2

3

4

5

6

Telefonnetze IN-Evolution

1

Telefonnetze homogenes Transportsystem zentrale Dienstesteuerung Sprachkommunikation mit Signalisierung Erste Stufen multimediale Dateninhalte dezentrale Dienstesteuerung heterogene Transportsysteme

3

Entkopplung Transport vom Dienst Dienstestrukturen transportsystem-unabhngig Dienstestrukturen transportsystem-bergreifend Internetdurchdringung ALL-IP IMS SW-Agenten IPv6

5 Digitale Infrastrukturen Intelligente Endgerte Cyber Physical Systems (CPS) M2M-Kommunikation Home-Vernetzung Clouds 6Dienste Evolution (Anwendungs-Cluster) Kontinuum logischer Anwendungsnetze mit Anwendungs-Clustern Service-Daten-Pools pervasive Infrastruktur dienstspezifische Endgerte Massendaten-Management Skalierung

2

4

auf eine bestimmte Industrie oder fachliche Domne beschrnken, sondern die ber mehrere Branchen und Domnen hinweg Verwendung finden.

Abbildung 1.1-1: MNCHNER KREIS: Herkunft und Entwicklung Intelligenter Netze Quelle: MNCHNER KREIS (2012)

32



33

Intelligente Netze sind zukunftsrelevante Infrastrukturen.

bergang in eine neue Infrastrukturphase

Intelligente Netze sind als zukunftsrelevante Infrastrukturen sowohl im materiellen und immateriellen, als auch im institutionellen Sinne zu verstehen. Sie teilen die Charakteristiken traditioneller Infrastrukturen wie in Abbildung 1.1-3 dargestellt. Dabei sind sie Ausprgung einer umwlzenden Vernderung der Lebens- und Wirtschaftsgrundlagen durch die Digitalisierung. Der Branchenverband BITKOM beschreibt die Situation wie folgt: Deutschland verfgt im internationalen Vergleich ber qualitativ ausgezeichnete Infrastrukturen sei es im Bereich Verkehr, Telekommunikation, Gesundheit oder auch staatlicher Dienstleistungen. Unsere Infrastrukturen sind jedoch zum Teil schon Jahrzehnte alt. Angesichts der groen Herausforderungen an unsere Infrastrukturen durch den Klimawandel und den demografischen Wandel stellen sich aktuell allerdings grundlegende Fragen, wie wir die existierenden Infrastrukturen effizienter nutzen oder umgestalten knnen. 2 Diese Entwicklung ist Teil des bergangs in eine neue Infrastrukturphase, in der nach dem Aufbau der klassischen Infrastrukturen (1950er bis 1970er Jahre) und der Liberalisierung (1970er Jahre bis heute) die effizientere Ausgestaltung durch den Einsatz von IKT im Fokus steht.3

Infrastruktur: Einordnung und Bedeutung Der Infrastrukturbegriff entstammt den lateinischen Begriffen infra und struere, was so viel bedeutet wie darunter bauen. Als Infrastruktur werden heute gemeinhin alle zumeist ffentlichen Einrichtungen bezeichnet, die eine Grundvoraussetzung fr das wirtschaftliche und soziale Zusammenleben bilden 4.

Abbildung 1.1-3: bersicht zur Definition des Infrastrukturbegriffs Quelle: Grove (2012)

Abbildung 1.1-2: Infrastrukturphasen seit 1945 Quelle: Baums, Ansgar (2012): Infrastrukturen: Vom Status Quo zu Intelligenten Netzen. White Paper.

Generell lassen sich materielle und immaterielle infrastrukturbasierte Netze und Ressourcen sowie institutionelle Infrastruktur unterscheiden. Klassisch verstehen wir unter materieller Infrastruktur heutige Verkehrsnetze, bestehend aus StraenSchienen- und Verkehrswegen, sowie Einrichtungen der Ver- und Entsorgung, wie beispielsweise Energie-, Wasser- und Kommunikationsnetze. Parallel dazu existieren immaterielle Infrastrukturen in Form von Bildungseinrichtungen, einem funktionierenden Gesundheits- und Sozialsystem sowie einem Finanzsystem. Unter dieser Kategorie knnen aber auch Standards und virtuelle Netzwerke subsummiert werden5. So bildet beispielsweise das Internetprotokoll Version 4 bzw. 6 (IPv4/IPv6) eine grundlegende Voraussetzung, um weltweite Kommunikation innerhalb und ber unterschiedliche Kommunikationsnetze hinweg zu ermglichen. Die dritte Kategorie in Form der institutionellen Infrastruktur bezeichnet das Vorhandensein einer funktionierenden Rechts-, Wirtschafts- und Sozialordnung. Dabei setzen das

2 BITKOM (2012), S. 4 3 Vgl. ebd., S. 5

4 Vgl. Gabler (2010), Infrastruktur 5 Vgl. Grove (2010) und Frischman (2012)

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35

Vorhandensein, der Bestand und die Evolution institutioneller Infrastrukturen das Vorhandensein und die Bestndigkeit von materieller und immaterieller Infrastruktur voraus 6. Der Aufbau, Erhalt und Ausbau von Infrastrukturen ist daher von zentraler Bedeutung fr wirtschaftliches und soziales Leben. Innovationen auf Basis einzelner bzw. mehrerer bestehender Infrastrukturen sind dementsprechend zentral fr den Bestand und das Wachstum einer Volkswirtschaft. Als tragendes Beispiel der Neuzeit kann hier das Internet mit seiner rasanten Entwicklung herangezogen werden. Auf Basis von Kommunikationsinfrastrukturen ist es mglich geworden, weitere bestehende materielle und immaterielle Infrastrukturen intelligent zu vernetzen. Resultierende Synergie-Effekte solcher Kombinationsmglichkeiten dienen zugleich als Hebel existierender infrastrukturbasierter Netzeffekte und erschlieeb bisher ungenutzte Potenziale im Hinblick auf Effektivitt, Effizienz und Ressourceneinsatz, Komfort und Interaktion sowie Technologie und Innovation.Tabelle 1.1-1: Beispiele Intelligenter NetzeAnwendungsbereich IN-Beispiel Chancen

1.1.4

Anwendungsbereiche Intelligenter Netze

Intelligente Netze sind primr in den Bereichen Energie, Gesundheit, Verkehr, Bildung und ffentliche Verwaltung zu sehen.7 Auf dieser Grundlage hat der Branchenverband BITKOM fnf Intelligente Netze beschrieben (siehe Abbildung 1.1-4).8 Anwendungsbeispiele dieser Intelligenten Netze und ihr Nutzen lassen sich exemplarisch wie in Tabelle 1.1-1 benennen. Eine bergreifende Sicht der Potenziale wird auch in Kapitel 1.2 gegeben.

Energie

Smart Grid

Dezentraler Ausgleich von Energieproduktion und Energieverbrauch Grundlage fr eine auf erneuerbaren Energien beruhende Energiewende Qualitt und Wirtschaftlichkeit der Versorgung im demografischen Wandel Wissenszugriff und Arbeitsteilung zwischen verschiedenen Fachrichtungen Lehrinhalte werden breit verfgbar, Feedback und Betreuung verbessert Erhhung von Effektivitt und Qualitt des Lehrbetriebes Optimale und wirtschaftliche Nutzung von Verkehrsinfrastruktur Verkehrsstrategische Routenplanung, optimierte Reiseorganisation, umweltorientiertes und verlssliches Verkehrsmanagement Beschleunigung von Arbeitsablufen und Verfahren Bessere Planungs- und Entscheidungsgrundlagen, geringere Kosten

Abbildung 1.1-4: Fnf Kategorien Intelligenter Netze des Branchenverbands BITKOM Quelle: in Anlehnung an BITKOM, 2012

Gesundheit

Telemedizin

Bildung

Hochschul-Cloud

Verkehr

Smart Mobility

Die genaue Definition des Begriffes Intelligentes Netz stand in der Betrachtung des BITKOM zunchst weniger im Fokus, als vielmehr der Antrieb, auf drei fr die Politikgestaltung entscheidende Faktoren hinzuweisen, die zusammen das Leitbild einer neuen Infrastrukturpolitik ergeben9: 1. Infrastrukturen befinden sich in einem umfassenden Prozess des Wandels. Neue gesellschaftliche Herausforderungen wie demografischer und Klimawandel (Energiewende) bedrfen einer hheren Effizienz. Diese Effizienz ist nur durch den Einsatz von IKT mglich.

Leitbild einer neuen Infrastrukturpolitik

Verwaltung

eGovernment

Quelle: eigene Darstellung, 2012

7 BITKOM (2012), S. 4 8 Prof. Dr. August-Wilhelm Scheer, BITKOM Pressekonferenz, Berlin, 9. Juni 2011. http://www.bit 9 Vgl. Baums, Ansgar: Memo Intelligente Netze, 25 April 2012. http://h30507.www3.hp.com/t5/

kom.org/files/documents/PK_Intelligente_Netze_090611_NEU.pdf (letzter Zugriff 29.10.2012) HP-Point-of-View/Intelligente-Netze-Konzeptionelle-Anmerkungen/ba-p/124651 (letzter Zugriff 26.10.2012)

6 Vgl. Grove et al. (2012)

36



37

2. Die notwendige Digitalisierung und Vernetzung wesentlicher Infrastrukturbereiche vollzieht sich nicht berall marktgetrieben. Wo Markt- und Wettbewerbsprozesse nicht hinreichend sind, bedarf es einer aktiven, untersttzenden Rolle des Staates. 3. Obwohl die einzelnen Bereiche sehr unterschiedlich sind, lassen sich doch gemeinsame Fragestellungen bei der Digitalisierung herausarbeiten (zum Beispiel die Frage von Zentralitt versus Dezentralitt der Datenplattform-Architektur, Abgrenzung von Markt versus vorwettbewerbliche Kooperationen, Standardisierungs- und Normungsfragen).

1.1.5Grundlage ist zunchst eine flchendeckende physische Vernetzung

Merkmale Intelligenter Netze

Als Grundlage der mit Intelligenten Netzen einhergehenden neuen technischen und prozessualen Vernetzung ist zunchst das Vorhandensein einer flchendeckenden physischen Vernetzung zu sehen. Dies mglichst, jedoch nicht in jedem Anwendungsfall zwingend, ber modernste, hochleistungsfhige Breitbandnetze (siehe hierzu auch Kapitel 3). Die AG2 hat hiervon ausgehend ihre Arbeiten auf der Basis folgender, im Jahrbuch 2011/2012 erarbeiteten Definition, begonnen: Definition: Intelligente Netze Als intelligente Netze werden Lsungen bezeichnet, die netzbasiert eine Regelung oder Koordination unterschiedlichster technischer Gerte ermglichen. Dies geschieht zumeist kontextbezogen und ber einen automatisierten Austausch von Daten. Ziel ist es, komplexe Prozesse besser zu managen, die Effizienz zu steigern, Verbrauch und Erzeugung miteinander zu koppeln und damit Ressourcen zu schonen sowie weitere, neue vernetzte Anwendungen zu ermglichen. Intelligente Netze beginnen/enden bei Sensoren/ Aktoren, denen sie Daten entnehmen bzw. zufhren, werden ber Kommunikationskanle verschiedener, meist breitbandiger Accesstechnologien aggregiert und mnden in zentralen Plattformen zur Speicherung bzw. Weiterverarbeitung ber anwendungsbezogene Dienste.1010 Digitale Infrastrukturen, AG2 Jahrbuch 2011/2012, S. 295

Als intelligente Netze werden Lsungen be zeichnet, die netzbasiert eine Regelung oder Ko ordination unterschied lichster technischer Gerte ermglichen. Ziel ist es, komplexe Prozes se besser zu managen, die Effizienz zu steigern, Ressourcen zu scho nen und weitere, neue vernetzte Anwendun gen zu ermglichen.

Ergnzend und differenzierend knnen folgende Merkmale als kennzeichnend fr Intelligente Netze herangezogen werden: Kommunikationsqualitt: Eine umfassende, qualittsgesicherte, inhaltsneutrale bertragung von Daten, Wissen, Inhalten. Allgegenwrtigkeit: Erfassung, Verarbeitung und Bereitstellung von Daten, Ergebnissen, Aktionen sind ortsunabhngig und vielfach geprgt durch die Allgegenwrtigkeit mobiler Datenkommunikation. (Stichworte: Internet der Dinge, Soziale Medien, Cloud Computing, Mobile Datenkommunikation) Modularitt: Intelligente Netze verknpfen austauschbare IT-Komponenten zu komplexen fachspezifischen Anwendungen und vereinfachen die IT-Untersttzung von Geschftsprozessen und Wertschpfungsketten. Durch ihre leichte Austauschbarkeit knnen sich Unternehmen sehr viel schneller und flexibler als bisher an sich ndernde Marktumfelder anpassen. (Stichworte: Business Web, Industrie 4.0) Marktplatzcharakter: Die IT-Komponenten Intelligenter Netze sind werthaltige und monetr verwertbare Vorprodukte. Ihre Austauschbarkeit ermglicht einen Wettbewerb unter IT-Komponenten und lsst Mrkte hierfr entstehen. Intelligente Netze haben damit das Potenzial, eine erhebliche wettbewerbs- und innovationsfrdernde Dynamik freizusetzen. (Stichworte: Business Web, Industrie 4.0) Evolutionseffekt: Die Leistungsfhigkeit des Intelligenten Netzes erhht sich stetig dadurch, dass Einzelkomponenten durch jeweils besser geeignete ersetzt werden knnen. Der Marktplatzcharakter und die Mglichkeit des Wettbewerbs der Beteiligten stellen sicher, dass dies auch geschieht. Letztlich fhrt das dazu, dass Intelligente Netze fortlaufend intelligenter werden. Netzwerkeffekt: Kennzeichnend fr Intelligente Netze ist das Potenzial einer selbstverstrkenden Dynamik. Je mehr Teilnehmer, desto mehr Nutzen fr jeden Einzelnen, was wiederum die Attraktivitt fr weitere Teilnehmer erhht. (Stichworte: Metcalfes Law)

Intelligente Netze ver knpfen austausch bare ITKomponenten zu komplexen fachspezi fischen Anwendungen und vereinfachen die ITUntersttzung von Geschftsprozessen und Wertschpfungsketten.

Kennzeichnend fr Intelligente Netze ist das Potenzial einer selbstverstrkenden Dynamik. Je mehr Teilnehmer, desto mehr Nutzen fr jeden Einzelnen.

In diesem Jahrbuch wird die Schreibweise Intelligente Netze verwendet.

38


Entwicklungslinien Komplexittsrahmen Intelligenter Netze Intellligenter Netze Begriffe und Abgrenzung

1.1

39

1.1.6Die Intelligenz eines intelligenten Netzes ist nicht in Einzelkomponenten verortet.

Worin liegt die Intelligenz?

Zentral gesteuert oder dezentral autonom

Die Intelligenz eines Intelligenten Netzes ist nicht in Einzelkomponenten verortet, sondern ergibt sich aus deren Vernetzung. Jede einzelne Komponente trgt zur Intelligenz bei, in dem sie wie Organe in einem Organismus bestimmte Teilaspekte einer Gesamtaufgabe erfasst, abstrahiert, beurteilt und darber hinaus im Falle vernetzter Sensoren bzw. Aktuatoren auch direkt mit der Umgebung in Interaktion treten kann. IT-Systeme bestehen oft aus mehreren Komponenten, wobei in Intelligenten Netzen diese oft an verschiedenen Orten vorzufinden sind. Eine breitbandige Vernetzung ermglicht den Datenaustausch auch bei hohem Datenaufkommen. Diese Vernetzung fhrt dazu, dass die einzelnen Leistungserbringer zusammenwirken knnen und die jeweiligen Teilaspekte von dem am besten dafr geeigneten Akteur geleistet werden. Dies kann hierarchisch zentral gesteuert oder dezentral in gewissen Grenzen autonom und autark, sozusagen eigenintelligent, erfolgen. Die Komplexitt im Aufbau und im Betrieb Intelligenter Netze liegt wesentlich begrndet im Umfang und in der Komplexitt erforderlicher technischer Plattformen, Vernetzungen sowie Integrationen bestehender Systeme, disruptiven Charakter, den sie auf die Anwendungsfelder ausben knnen insbesondere auf etablierte Marktrollen und deren Inhaber, rechtlichen und regulatorischen Rahmen.

Abbildung 1.1-5: Komplexittsrahmen Intelligenter Netze Quelle: eigene Darstellung, 2012

Hohe Komplexitt

Abbildung 1.1-5 fasst das Verstndnis der AG2 zum Komplexittsrahmen Intelligenter Netze zusammen. Die Dimensionen dieses Rahmens stellen erstens die jeweiligen Aspekte in den Anwendungsfeldern mit ihren Fachlichkeiten, regionalen Besonderheiten, Integrationserfordernissen bezglich Altsystemen, Marktrollen und Marktteilnehmern, zweitens die technologischen Aspekte sowie drittens Aspekte des rechtlich-/regulatorischen Rahmens dar.

Die Anwendungsfelder sind die Bedarfstrger Intelligenter Netze. Im Rahmen des IT-Gipfels wurden die Bereiche Energie, Gesundheit, Verkehr, Bildung und Verwaltung betrachtet. In den nachfolgenden Abschnitten dieses Kapitels werden diese Anwendungsfelder im Detail diskutiert. Die Technologie-Dimension umfasst die erforderlichen Technologie-Ebenen zur Realisierung Intelligenter Netze. Dies sind vertikale branchenspezifische Plattformen, Datenhaltungs- und Rechenleistung, Endgerte, Konnektivitt sowie Kommunikationsund Netzwerktechnologien.

Anwendungsfelder

TechnologieEbenen

40



41

Vertikale Plattformen bezeichnen Plattformen zur Erstellung und Bereitstellung branchenspezifischer Lsungen. Hierbei geht es nicht nur darum, fertige Lsungen aus der Cloud heraus anzubieten, sondern insbesondere auch darum Marktpltze zu schaffen. Marktpltze, die es ermglichen, neuartige Lsungen und Teillsungen zu erstellen und diese zu vermarkten. Aus technologischer Sicht erfordert dies folgende Funktionsblcke: Anwendungen & Prozess-IT als Lsungen aus Nutzersicht. Anwendungen & Prozess IT sind in sich eigenstndig und decken den Aufgabenbereich oder Teilprozess vollstndig ab. Portale & Marktpltze als Zugnge zum Intelligenten Netz. Nutzer und andere Beteiligte knnen hierber auf Anwendungen und Prozess-IT zugreifen. Die IT-Industrie insbesondere auch der IT-Mittelstand wiederum kann hierber neue Lsungen ins Intelligente Netz integrieren, bereitstellen und vermarkten. Middleware zur Integration und Orchestrierung. Dieser Funktionsblock ermglicht die Integrationen und das Verknpfen einzelner Komponenten untereinander. Der Zusammenbau komplexer Anwendungen und Prozess-IT aus Einzelkomponenten wird somit ermglicht. Anwendungs- und Prozesskomponenten, aus denen Prozess-IT und komplexe Anwendungen zusammengestellt werden. Diese Komponenten sind Vorprodukte und bedienen Teilaspekte im Kontext komplexerer Lsungen. Ihre Austauschbarkeit und ihre monetre Verwertung im Rahmen des Intelligenten Netzes ermglicht einen stndigen evolutionsartigen Verbesserungsprozess bezogen auf das Intelligente Netz als Ganzes. Nutzer-, Partner- und Komponentenmanagement zur Verwaltung von Nutzern und Partnern Intelligenter Netze insbesondere auch ihrer Berechtigungen und Identifikationsmglichkeiten. Komponentenmanagement betrifft die Verwaltung von Softwarekomponenten, um sicherzustellen, dass diese nur auf Basis entsprechender Vorgaben verwendet und monetr verwertet werden knnen.Das beinhaltet auch die Mglichkeit zur Abrechnung von Dienstleistungen gegenber Nutzern und Erbringern.

Datenhaltung & Rechenleistung in der bzw. aus der Cloud heraus stellen sicher, dass den Anwendungen und der Prozess-IT sehr effizient und konomisch die bentigten Ressourcen bereitgestellt werden knnen. Da es sich hierbei um eine sehr wichtige Plattformtechnologie fr Intelligente Netze handelt, werden Cloud Computing und dessen hohe Relevanz fr Intelligente Netze gesondert in Kapitel 2.1 besprochen. Endgerte sind im Intelligenten Netz die Kommunikationsendpunkte, an denen das Intelligente Netz mit der Umgebung interagiert. Mittels Endgerten wie PCs, Tablets oder Smartphones machen Nutzer Eingaben und erhalten Ergebnisse angezeigt. M2M-Devices wie in intelligenten Zhlern, in Straenlaternen und in vollautomatisierten Fertigungsstrecken erfassen zum Beispiel Stromverbrauche und leiten diese weiter, sie schalten das Licht abends an und berwachen und steuern Fertigungsprozesse. M2M-Devices interagieren direkt ber Sensoren und Aktuatoren mit der Umgebung bzw. mittelbar als Gateways zu nachgelagerten Systemen. Der M2M-Kommunikation als wichtige Plattformtechnologie fr Intelligente Netze ist das Kapitel 2.2 gewidmet. Konnektivitt gewhrleistet, dass Datenstrme richtig und sicher flieen, dass Endgerte identifiziert und adressiert werden knnen, dass die Verbindungsqualitt ausreichend ist, dass Endgerte auch dann erreicht werden, wenn sie mobil sind, und dass Endgerte fr eine sichere Verwendung im Intelligenten Netz richtig konfiguriert sind. Ein wichtiger Aspekt der Konnektivitt ist IPv6. Dessen Bedeutung fr Intelligente Netze wird ausfhrlich in Kapitel 2.3 diskutiert. Physische Vernetzung ermglicht den Komponenten des Intelligenten Netzes miteinander zu kommunizieren. Hierzu gehren insbesondere die traditionellen kabelgebundenen und drahtlosen Weitverkehrstechnologien wie Festnetz und Mobilfunk aber auch kapillare Netzwerktechnologien im Nahverkehrsbereich wie LAN, WLAN, DECT, PAN (Personal Area Networks), Bluetooth, Wireless USB, RFID, Zigbee bis hin zu branchenspezifischen Feldbussystemen wie CAN, M-Bus, Profibus u. .

42



43

Rechtlich/ regulatorischer Rahmen

Der rechtliche/regulatorische Rahmen definiert einen Ordnungsrahmen, beseitigt Hemmnisse, schafft Anreize und bt einen mageblichen Einfluss auf das Marktmodell und die erforderlichen Marktrollen aus. Funktionierende freie Mrkte mit nicht-diskriminierenden Zugngen zu Intelligenten Netzen werden sichergestellt, monopol- und oligopol-artige Strukturen werden vermieden. Ferner sichert der rechtliche/regulatorische Rahmen die Wahrung brgerlicher Grundrechte. Hierzu gehrt die Sicherung erforderlicher Datenschutz- und Datensicherheitniveaus. Weitere Zielsetzungen sind die Sicherstellung von Mindestqualittsniveaus und flchendeckender Verfgbarkeit sowie die Versorgungssicherheit, die Wahrung von Verbraucherrechten und gegebenenfalls der Schutz hoheitlicher und nationaler Interessen.

Smart Home Smart Mobility

Smart Buildings eLearning

e Innovationsfelder weiter

hr rke VeInternet der Dinge

I

el nt

l i g e n t e Ne tIPv6

Bil dungSmart Cities

ze

u ti n g

BreitbandvernetzungM2

eHealth

Clo

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1.1.7

Parallele Entwicklungen im Kontext Intelligenter Netze

ud

a lt u n

Gesundheit

Co

mp

g

M

eGov

Weitere relevante Innovationsfelder

Intelligente Netze stehen technisch und in ihrer Anwendung in Beziehung zu weiteren, aktuellen Innovationsfeldern (siehe Abbildung 1.1-6). Das Konzept Intelligenter Netze lsst daher nicht abschlieend abgegrenzen. Es steht im Kontext vielfltiger dynamischer Entwicklungen und unterschiedlichster Akteure. In diesem Sinne gilt es, die theoretische und wissenschaftliche Fundierung voranzutreiben und zu koordinieren, um die Grundlagen einer branchen- und technologiebergreifenden Zusammenarbeit bei der Umsetzung Intelligenter Netze zu verbessern.

E n e r gieIndustrie 4.0

CyberPhysical Systems

Smart Grid

Abbildung 1.1-6: Innovationsfelder im Kontext Intelligenter Netze Quelle: eigene Darstellung, 2012

44



45

Beispiel: Industrie 4.0 11 Insbesondere der industrielle Sektor steht vor einem massiven Umbruch: Krzere Produktzyklen, steigende Produktvarianz, zunehmende Produktindividualisierung mit kleinsten Losgren sind zu bewltigen. Das fllt zusammen mit der steigenden Bedeutung von Wertschpfungsnetzwerken, Kostendruck, Ressourcenschonung und demografischem Wandel. Dieser Transformationsprozess wird mit dem Begriff Industrie 4.0 umschrieben. Gemeint ist damit ein neuer Ansatz, bei dem IKT sowohl die Produktion selbst wie auch das Umfeld in vllig neuer Form vernetzt. Fokussiert wird dabei auf die Fertigung mit der zugehrigen Logistik und Verteilung. Ziele sind Flexibilisierung und Automatisierung. Aufgrund des weitreichenden Effektes dieser Vernderung auf Technologie, Produktivitt, Wissenschaft und Arbeitsorganisation kann von der vierten Industriellen Revolution gesprochen werden. Die erste industrielle Revolution war die Einfhrung mechanischer Produktionsanlagen am Ende des 18. Jahrhunderts, die zweite die arbeitsteilige Massenproduktion mit Hilfe von elektrischer Energie am Ende des 19. Jahrhunderts und die dritte der Einsatz von Elektronik und IKT zur weiteren Automatisierung ab den 1970er Jahren. Fortschritte in der Softwaretechnik, Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik ermglichen es, mit Hilfe von Sensoren und eingebetteten Systemen intelligente Objekte zu erstellen. Diese geben ein genaues Abbild der realen Welt, also von Produkten, Fertigungsanlagen und Werkzeugen. Die dabei in Echtzeit entstehenden Daten der Produktionswelt knnen von diesen, intelligenten Objekten selbst gefiltert, aggregiert und dargestellt werden. Eine solche softwareintensive Lsung ist aufgrund der Informationsmenge die langfristig einzige praktikable Lsung. Fr die Kommunikation dieser intelligenten Objekte untereinander wird der Begriff M2MKommunikation verwendet. Er steht fr Maschine-zu-Maschine-Kommunikation und ist ein wesentlicher Baustein in diesem Konzept. Drahtlose Netzwerke sind dabei mgliche bertragungswege fr die Daten. Die Einfhrung des Internetprotokolls Version 6 (IPV6) schafft bei der groen Anzahl von Sensoren und eingebetteter Systeme die Mglichkeit, diese gezielt zu adressieren. Das Protokoll erweitert die Mglichkeiten fr Datenschutz, Datensicherheit und Verbraucherschutz und ist deshalb nicht nur wegen der nur noch begrenzt verfgbaren Anzahl von IPv4-Adressen die bessere Wahl. Auch die Anbieter von Ausrstungs- und Automatisierungstechnik profitieren von der Version 6 in den Wirtschaftsregionen, die bereits mit dem Rollout begonnen haben, um auf die intelligenten Fertigungsanlagen und Produkte zuzugreifen.

Getrieben durch das Internet wachsen die reale und die virtuelle Welt immer weiter zusammen. Die Vision ist das Internet der Dinge, Daten und Dienste. Die in Echtzeit entstehenden Daten der Produktionswelt knnen durch Vernetzung mit internetbasierten Diensten, oft als Business-Web bezeichnet, verarbeitet und fr Regelprozesse genutzt werden. Das untersttzt eine Systematisierung und Selbststeuerung des Produktionsprozesses. Fr dieses Konzept wird auch der Begriff Smart Factory benutzt. Die internetbasierten Dienste ermglichen zuknftig die Flexibilisierung und Automatisierung von Fertigungsprozessen ber die Grenzen der Fabrik und des Werkes hinweg. Es werden weltweite unternehmensbergreifende Netzwerke von Produktionsverbnden mit Zulieferern und der dazugehrenden Logistik entstehen. Die dafr notwendige Prozessuntersttzung erfolgt ber das Internet mit der Informationsverarbeitung zum Beispiel im Cloud Computing. Mit der Anwendung in der Industrie verndern sich auch die Anforderungen an das Internet. Nicht mehr nur der flchendeckende und breitbandige Ausbau alleine ist notwendig, sondern vor allem eine hohe Verbindungsstabilitt mit garantierten Latenzzeiten.

Weiterer Forschungsbedarf ist insbesondere zu folgenden Themen gegeben: Grundlagen und Voraussetzung von Intelligenz in Intelligenten Netzen: Es gilt Dimensionen der Verteilung von Intelligenz (zentral vs. an der Peripherie) zu untersuchen und der Frage nachzugehen, welchen Einfluss die Vernetzung im Zusammenhang einer verteilten kooperativen Problemlsung hat. Identifikation der Schlsseltechnologien in Intelligenten Netzen Die erforderlichen Schlsseltechnologien Intelligenter Netze mssen auf wissenschaftlicher Grundlage bestimmt und bezglich ihrer Verwendungsaspekte in Intelligenten Netzen vertieft strukturiert dargelegt werden. Mrkte und Wettbewerb als Innovationstreiber in Intelligenten Netzen Es gilt zu untersuchen, welche Bedeutung dem Markplatzcharakter Intelligenter Netze zukommt, wie eine Dynamik evolutionrer, fortlaufender Verbesserung innerhalb Intelligenter Netze in Gang gesetzt werden kann und welche Bedeutung der technischen Austauschbarkeit von Komponenten zukommt.

11 Vgl. Dorst, Wolfgang: Industrie 4.0 Konzept des BITKOM, 2012

46


47

1.21.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 Anlage: Entwicklungslinien Intelligenter Netze Begriffe und Abgrenzung ............ Auswirkungen und Nutzen Intelligenter Netze .......................................... konomische Effekte der IKT ................................................................... Nutzen der Vernetzung ............................................................................ Volkswirtschaftliche und gesellschaftliche Effekte Intelligenter Netze ....... Thesen Intelligente Netze und wachstumsorientierte Telekommunikationspolitik ....................................................................... Intelligente Energienetze .......................................................................... Intelligente Gesundheitsnetze ................................................................... 29 47 47 48 49 54 59 93

Auswirkungen und Nutzen Intelligenter NetzeIntelligente Netze werden als Infrastrukturen mit groen Auswirkungen fr die wirtschaftliche und gesellschaftliche Entwicklung Deutschlands verbunden sein. Der volkswirtschaftliche Nutzen ist erheblich.Der Aufbau Intelligenter Netze in fnf gesellschaftlichen Kernbereichen ist das wohl grte und wichtigste Infrastrukturprojekt der kommenden Dekade. Dies sind Energie, Gesundheit, Verkehr, Bildung und Verwaltung.

1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Intelligente Verkehrsnetze ....................................................................... 111 Intelligente Bildungsnetze ........................................................................ 127 Intelligente Verwaltungsnetze .................................................................. 145 Gastbeitrag: Rahmenbedingungen fr die digitale Zukunft Ergebnisse des Fachdialogs Netzneutralitt 2012 ..................................... 161

1.2.1

konomische Effekte der IKT

Ren ObermannVorstandsvorsitzender Deutsche Telekom AG

Zahlreiche Studien der Weltbank, der OECD, der EU-Kommission und vieler Wissenschaftseinrichtungen belegen, dass Informations- und Kommuni kationstechnologien wesentliche Treiber von Produktivitt und Wachstum sind. Sie besitzen konomisch nachweisbare Effekte auf gesamtwirtschaftliches Wachstum, Produktivittssteigerungen, Innovationsttigkeit und Arbeitspltze. Die IKT im Allgemeinen und eine Breitbandinfrastruktur im Besonderen weisen positive Externalitten auf, das heit Investitionen in diese Bereiche frdern branchenbergreifend die wirtschaftliche Entwicklung.11 Qiang, C. and C. Rossotto (2009): Economic Impacts of Broadband, World Bank Informations and

Communications for Development 2009: Extending Reach and Increasing Impact, Washington, D.C.; European Commission (2010): Europes Digital Competitiveness Report 2010;OECD (2012): OECD Internet Economy Outlook 2012, OECD Publishing; Czernich, N., Falk, O., Kretschmer, T., & Woessmann, L. (2011): Broadband Infrastructure and Economic Growth. Economic Journal, 121, 505-532.

48


1.2 Auswirkungen und Nutzen Intelligenter Netze

49

Ausstrahlung der IKT in andere Branchen

Nach OECD-Berechnungen birgt insbesondere die Investition in IKT in den Bereichen Gesundheit, Bildung, Transport und Energieversorgung erhebliche Wachstumspotenziale, da diese Sektoren nahezu 25 % des BIP in den OECD-Staaten ausmachen. Die Europische Kommission geht davon aus, dass allein Cloud Computing das BIP der EU bis ins Jahr 2020 um bis zu 250 Milliarden Euro und die Beschftigtenzahl um 3,8 Millionen erhhen kann.2 Die Ursachen fr diese Effekte liegen in den besonderen Eigenschaften von IKT, die auch als multi-purpose Technologien bezeichnet werden. Diese Technologie wirkt im Unterschied zu anderen Technologien nicht nur innerhalb der IKT-Branche selbst wachstumssteigernd, sondern erhht auch die Produktivitt durch Ausstrahlungseffekte (Spillovers) in anderen Branchen.

andernorts vorhandenen Daten verknpft und in Entscheidungsprozesse einbezogen werden kann. Intelligente Netze ermglichen somit ein Tun und Wirken aus der Ferne heraus. Ein Beispiel: Straenverhltnisse knnen ber vernetzte Sensoren im Straenbelag lokal erfasst werden. Angebundene Verkehrsleitsysteme wiederum knnen diese Informationen nutzen, um Verkehrsstrme zu lenken und Geschwindigkeitsbegrenzungen in Kraft zu setzen.

1.2.3

Volkswirtschaftliche und gesellschaftliche Effekte Intelligenter NetzeDrei Kategorien volkswirtschaflticher Effekte

1.2.2

Nutzen der Vernetzung

Die Steigerung der Produktivitt geht in Intelligenten Netzen oftmals einher mit einer schonenderen und effektiveren Nutzung von Ressourcen.

Mit den technologischen Mglichkeiten und den volkswirtschaftlichen Wachstumsbeitrgen Intelligenter Netze erfahren die Informations- und Kommunikationstechnologien eine weitere Dimension. Intelligente Netze bertragen als Plattform nicht nur Wissen fr wachstumstreibende Inventionen und Innovationen, sie schaffen durch eine intelligente Steuerung und Verknpfung ber den Wissenszuwachs hinaus auch weiteren, zustzlichen konomischen Nutzen. Intelligente Netze bieten zudem eine neue Grundlage fr Wachstum und Fortschritt durch Innovationswettbewerb. Intelligente Netze vernetzen Teilkompetenzen und ermglichen gleichzeitig deren Austausch. Die dadurch beflgelten Produktund Prozessinnovationen ermglichen nachhaltiges wirtschaftliches Wachstum und legen die Basis fr eine stetig verbesserte Produktivitt. Die Steigerung der Produktivitt in Intelligenten Netzen, die oftmals mit einer schonenderen und effektiveren Nutzung von Ressourcen einhergeht, erklrt sich dadurch, dass situatives lokales Wissen mittels Intelligenter Netze zusammengetragen, mit2 IDC (2012): Quantitative Estimates of the Demand for Cloud Computing in Europe and the Likely

Die volkswirtschaftlichen und gesellschaftlichen Effekte Intelligenter Netze lassen sich grob in drei Kategorien aufteilen3: Wachstumspotenziale: Intelligente Netze sind Infrastruktur und Nhrboden fr neuartige IT-und kommunikationsgesttzte Produkte und Dienstleistungen. Effizienzsteigerung: Intelligente Netze bringen Informationsquellen und Informationsbedarfe zusammen. Angebots- und Nachfragesituationen knnen sehr viel leichter ausgeglichen werden als bisher. Infolge dessen knnen Ressourcen sehr viel sparsamer und schonender eingesetzt werden. Steigerung der Lebensqualitt und des Convenience-Faktors: In allen Bereichen ergeben sich Verbesserungen der Lebensqualitt. So kann zum Beispiel die Gesundheitsversorgung verbessert und das Leben im Alter erleichtert werden. Die Haus- und Heimvernetzung bringt viele Produkte mit sich, die den Alltag noch angenehmer gestalten werden. Die Entwicklung des Internets hat gezeigt, dass die langfristigen Wirkungen von Querschnittstechnologien - insbesondere solcher mit Netzeffekten - nicht unterschtzt werden sollten. Die geschtzten Effekte (Effizienzgewinne und Wachstumsimpulse) Intelligenter Netze knnen sich sich gem Fraunhofer ISI bei konsequenter3 Vgl. Gesamtwirtschaftliche Potenziale intelligenter Netze in Deutschland Ergebnisse einer

Barriers to Up-take, Studie im Auftrag der Europischen Kommission.


50



51

EnergieVom statischen Stromnetz zum selbstorganisierten SystemPhotovoltaik Biomasse Wasserkraft Windkraft Biogener Hausmll

GesundheitIntelligente Gesundheitsnetze fr die Herausforderungen der demographischen EntwicklungDemographische Entwicklung in DeutschlandQuelle: In Anlehnung an https:/ /www.destatis.de/bevoelkerungspyramide/

VerkehrDer Mobilittsbedarf steigtMehr Personen und mehr Gter teilen sich zu Stozeiten die gleichen Verkehrswege Schon heute viel Software im Auto404 707 2005 2050 10 Millionen LOC Premiumfahrzeuge Software-Code im Kfz, in Lines of Code (LOC)

BildungIntelligente Bildungsnetze Hhere Effizienz in der HochschulbildungStandardwissen effizienter vermitteln Ressourcen knnen entlastet und an anderen Stellen eingesetzt werden.1 Million LOC Volumenfahrzeuge 2008Quelle: In Anlehnung an ForTISS GmbH

VerwaltungIntelligente Verwaltungsnetze Infrastruktur zur Verschlankung der bergreifenden ProzesseBehrdenVerwaltungsvorgnge

Energiekonzept der Bundesregierung Der Anteil der Erneuerbaren Energien soll steigenQuelle: In Anlehnung an db_Smar tgrids_1105.pdf

Erneuerbare KonventionielleInstallierte Leistung in MW

25.000

20.000

Regenerative Energie wird zunehmend dezentral in kleinen Einheiten erzeugtQuelle: In Anlehnung an trend:research, Anteile der Eigentmergruppen an Erneuerbaren Energien (Gesamtdarstellung) Seite 44

Entwicklung der Arztzahlen in DeutschlandQuelle: In Anlehnung an die Studie der KBV/BK Studie zur Altersstruktur- und Arztzahlentwicklung: Daten, Fakten,Trends, 5. aktualisierte und komplett berarbeitete Auflage, 2010

Die Bedeutung der Strae im GterverkehrEntwicklung Gterverkehr in Deutschland in Milliarden Tonnenkilometer 95 170

2010

82%16%

2010

2004 2010

2004

35%

35%

2010

2010

65% 50% 50%

65%

2004

80%20%

15.000

2010

Behrden

2009

2030

100

Strae

10.000

90

Anteil der ber 60-jhrigen

2004 2010

2004 2010

2004

2004

5.000

Hausrzte in Deutschland Anzahl ohne Kinderrzte rzte unter 35 Jahren

64 87

53.2222002 2006

53.1452020

44.903

Bahn 17 17

100 LOC Anfang der 1970er

Aufgaben fr Verwaltungen

2004 2010

2004

802004 2010

20,4 %70 1991

Groe 4

0 2009 2020 2030 2040 2050

Binnenschiff

Gewerbe

sonstige EVU

Internationale EVU

Regionsalerzeuger

Projektierer

Fonds/Banken

Contractingunternehmen

Landwirte

Privatpersonen

Sonstige

Partizipation

26,6 %1993 2000

18,1 %2006

15,9 %

PipelineQuelle: In Anlehnung an ProgTrans, BGL 2008

60

Angebot von erneuerbarer Energie selten synchron zur NachfrageResiduallast bei einem Kraftwerkspark mit hohem Anteil an Erneuerbaren EnergienLast Nachfrage

50 2008

25,6 %

Wer verbraucht am meisten Energie?Der Energieverbrauch der Heizung wird hufig unterschtzt.Industrie 28%

Gewerbe 16% Raumwrme

40

11.5551993 2000

9.1652006

8.724

Leistung in Mrd. Tonnenkilometer

Absolventen im Fach Humanmedizin

Entwicklung der Gterverkehrsleistung1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 0

Entwicklung des Verkehrsaufkommens: Der ffentliche Verkehr hlt nicht SchrittFahrten in Millionen pro Jahr 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000

Open Government

Gesamte Gterverkehrsleistung

Vernetzung

Pflichten fr Brger und Unternehmen

Bekanntheit

Vernetzung

39 %Nutzung

MIV

21%

Haushalte 28%

72%Warmwasser

30

31,0 %20 2020

Reichweite von Lehre verbessern Die Reichweite und die Anzahl der Studierenden in einer Vorlesung kann gesteigert werden.

Breitbandversorgung

Residuallast Erneuerbare Energien Verkehr 28%

10

1 WocheQuelle: In Anlehnung an den Bundesverband Er neuerbare Energie (BEE )

ZeitQuelle: In Anlehnung an die Deutsche Energie -Agentur (dena)/Energiedaten BMWi (Stand: 12/2011, Bezugsjahr 2010), Datenbasis: AG Energiebilanzen e. V.

13%

Elektrogerte und Beleuchtung

600

15%

Tausend

300

0

300

Tausend

600

Anteil der Krankenhuser, die offene Stellen nicht besetzen konnten

28 %2006 2009

80 %

? ? ? ? Huser mit entsprechendem Problem, konnten im Schnitt 3,9 Stellen nicht besetzen

Prognostiziertes Wachstum von 581 Mrd. Tonnenkilometer

20.000 10.000 0 1950

PNV

Unternehmen2012Quelle: eGovernment MONITOR 2012

Brger

Unternehmen2020

Brger

1995

2000

2005

2010

2020

2030

2040

2050

1960

1970

1980

1990

2000

2010

Quelle: In Anlehnung an http:/ /www.forschungsinformationssystem.de/servlet/is/94511/?clsId0=276654&clsId1=276663&clsId2=276945&clsId3=0

Quelle: In Anlehnung an Destatis Datenreport 2006, bis 1990 nur Westdeutschland, 2010 eigene Berechnung

Treiber: Energiewende

Treiber: Demografischer Wandel

Treiber: Verkehrsmenge

Treiber: Bildungsqualitt

Treiber: Kostenentwicklung

Intelligente Netze Volkswirtschaftliche und gesellschaftliche Effekte

Zu den Potenzialen Intelligenter Netze zhlen zum Beispiel die Erhhung der Verkehrssicherheit, effizientere und qualitativ bessere Gesundheitsversorgung, geringere Umweltbelastung, Effizienzgewinne in der Verwaltung oder auch verbesserte Kommunikation zwischen den Bildungsinstitutionen.5 Einige qualitative Potenziale Intelligenter Netze fasst ein Positionspapier des MNCHNER KREISES wie folgt zusammen: Fr Unternehmen ergeben sich sowohl in den einzelnen, voneinander isolierten Einsatzfeldern als auch in ihrer Erweiterung und Verknpfung vielfltige Ansatzpunkte fr die Entwicklung innovativer oder gar disruptiver Produkte und Dienstleistungen. So ist es zum Beispiel sicher zweckmig, Synergien zwischen Verkehrssteuerung und Energiebereitstellung zu nutzen. Aus der Sicht des Industriestandortes Deutschland kann eine Vorreiterrolle im Hinblick auf Intelligente Netze zu vielversprechenden Innovationen fhren, welche die deutsche Wettbewerbsposition strken und ferner zu Internationalisierungseffekten fhren knnen. Gleichzeitig wird die Industrie als Wegbereiter fr neue Schlsseltechnologien (insbesondere in der Mikroelektronik, Service Data Management, Datensicherheit, CyberSecurity) gestrkt. Aus gesellschaftlicher Sicht knnen durch den Einsatz Intelligenter Netze natrliche Ressourcen geschont werden und zudem durch verbesserte Koordination und Automatisierung die Lebensqualitt gesteigert werden. Diese Verbesserungen knnen einen wesentlichen Ausgangspunkt fr gesellschaftliche Innovationen im Hinblick auf neue Herausforderungen (zum Beispiel demografische Entwicklung, Gesundheitsversorgung im Alter und auf dem Land) darstellen. Treibende Einflussfaktoren auf Intelligente Netze stellen dabei sowohl die Verfgbarkeit sich stndig verbessernder Technologien dar (Push-Faktor), als auch die ansteigenden Lsungsbedarfe (PullFaktor) in den Anwendungsbereichen.

2004 2010

Qualitative Potenziale

Wachstumspotenziale Durch Mglichkeiten fr neue innovative IT-Lsungen und IT-gesttzte Produkte

Intelligente Netze

Effizienzsteigerung Steigerung der Produktivitt durch verringerten Ressourceneinsatz, Schonung natrlicher Ressourcen

Steigerung der Lebensqualitt Verbesserte Gesundheitsversorgung, Hilfen fr das Leben im Alter, Zeitersparnis und hhere Flexibilitt im Verkehr, schnellere und transparentere Verwaltungsablufe, bessere Lernmittel und -mglichkeiten in Aus- und Weiterbildung, innovative vernetzte Produkte im Haus und Heim

Abbildung 1.2-1: Intelligente Netze Volkswirtschaftliche und gesellschaftliche Effekte Quelle: in Anlehnung an: Gesamtwirtschaftliche Potenziale intelligenter Netze in Deutschland Ergebnisse einer Metastudie, Fraunhofer ISI, Karlsruhe, 2012

Gesamtwirtschaft liche Effekkte bis 2022 von ber 330 Mrd. Euro mglich

Umsetzung des Konzepts und bei einem schnellen Rollout zu einem gesellschaftlichen Gesamtnutzen von jhrlich bis zu 55,7 Milliarden Euro summieren. Der volkswirtschaftliche Gesamtnutzen von Intelligenten Netzen baut sich laut Fraunhofer ISI in den nchsten Jahren sukzessive, jedoch nicht linear, auf. Der Diffusionsverlauf erfolgt in verschiedenen Phasen. Im Zehnjahreszeitraum von 2012 bis 2022 erreichen die gesamtwirtschaftlichen Effekte entsprechung der Diffusionskurve einen kumulierten Gesamtwert von rund 336 Milliarden Euro.44 Vgl. Gesamtwirtschaftliche Potenziale intelligenter Netze in Deutschland Ergebnisse einer

Einflussfaktoren


5 MNCHNER KREIS (2012): IN-Evolution: Intelligente Netze Status, Potenziale und Herausforde-

rungen, i.E.

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Treibende Einflussfaktoren auf Intelligente NetzeTechnologieverfgbarkeit: Fertigungstechniken Sensorik/Aktuatorik M2M Technologien IPv6 Cloud Computing Kommunikation PushFaktoren Intelligente Netze PullFaktoren Lsungsbedarfe: Energie Gesundheit Verwaltung Verkehr Bildung

Forschungsbedarf ist insbesondere zu folgenden Themen zu sehen: Vernderung von Marktmodellen und Marktrollen und Konsequenzen daraus Es muss untersucht werden, wie Marktmodelle fr Intelligente Netze zu gestalten sind, damit ihre innovationstreibende Dynamik freigesetzt werden kann. Es mssen ferner die Auswirkungen des Wechsels von Marktmodellen in Bezug auf existierende Marktmodelle und Marktteilnehmer beschrieben, die Handlungsspielrume des Staats untersucht und Empfehlung zur Einfhrung und Umsetzung neuer Marktmodelle gegeben werden. Gesellschaftliche Aspekte und Voraussetzungen fr eine gesellschaftliche Akzeptanz Es muss untersucht werden, welche gesellschaftlichen Aspekte bezglich Intelligenter Netze hinsichtlich Datenschutz, -sicherheit, Verfgbarkeit, Versorgungssicherheit, Verbraucherschutz und des freien Wettbewerbs, des freien Marktzugang zu Intelligenten Netzen zu beachten sind und welche Einstellungen Brger und Wirtschaftsakteure hierzu besitzen. Volkswirtschaftliche Gesamtrechnung Intelligenter Netze, Finanzierungsund Governancemodelle Die volkswirtschaftlichen Potenziale und Wirkungen Intelligente Netzen sind weiter zu konkretisieren und geeignete Finanzierungsmodelle darzustellen. Ferner sollte ausgearbeitet wer

Documents

IT-Gipfel AG2: Jahrbuch 2012/2013 - Mit Intelligenten Netzen zu Innovation, Wachstum und Fortschritt