Verbundvorhaben PlusMoSmart: Planbare und sichere Mobilfunk-IoT-Konnektivität für die Daseinsvorsorge in Smart Cities

Abstract

Das Verbundvorhaben "Planbare und sichere Mobilfunk-IoT-Konnektivität für die Daseinsvorsorge in Smart Cities (PlusMoSmart)" untersuchte die nachhaltige und sichere Nutzung von IoT-Anwendungen durch kommunale Unternehmen in Mobilfunknetzen, insbesondere im 450-MHz-LTE-M-Netz sowie in 5G-Campusnetzen. Ziel war es, sowohl die Planbarkeit der Konnektivität als auch ein hohes, technologieunabhängiges Sicherheitsniveau für Anwendungen der Daseinsvorsorge zu erreichen und einen strukturierten Übergang von bestehenden Infrastrukturen hin zu moderner Mobilfunk-IoT-Konnektivität aufzuzeigen. Im Projektverlauf wurden zwei zentrale Herausforderungen adressiert:

(1) die Sicherstellung der Planbarkeit von Mobilfunk-IoT-Konnektivität aus Anwendersicht sowie (2) die Bereitstellung einer sicheren, vertrauenswürdigen und modularen Sensorplattform.

Zur Erhöhung der Planbarkeit wurden umfangreiche empirische Messungen der Empfangspegel im 450-MHz-Mobilfunknetz durchgeführt. Hierzu kamen sowohl autonome, auf kommunalen Fahrzeugen installierte Sensorsysteme als auch manuelle Messsysteme zur Erfassung der Gebäudedämpfung zum Einsatz. Die gewonnenen Messdaten wurden ausgewertet, in mathematische Modelle überführt und gemeinsam mit etablierten Ausbreitungsmodellen in eine quelloffene Softwarelösung integriert. Diese ermöglicht kommunalen Unternehmen eine transparente Bewertung und Prädiktion der Mobilfunkabdeckung und erhöht damit die Planungssicherheit bei der Ausbringung moderner Sensorik in Smart-City- und Daseinsvorsorge-Szenarien. Parallel dazu wurde eine modulare Sensorplattform für Anwendungen der Daseinsvorsorge entwickelt. Die Plattform wurde nach den Prinzipien "Security by Design" und "Security by Default" konzipiert und unterstützt unterschiedliche Mobilfunktechnologien. Die Entwicklung wurde durch kontinuierliche Sicherheitsanalysen der Firmware sowie durch empirische Sicherheitsuntersuchungen der proprietären Mobilfunkschnittstellen begleitet. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Ende-zu-Ende-Sicherheit der Sensordaten. Hierzu wurde ein adaptiver und effizienter Mechanismus erforscht und prototypisch umgesetzt, der kryptographische Parameter dynamisch an die Eigenschaften des jeweils genutzten Mobilfunknetzes – insbesondere die verfügbare Bandbreite – sowie an unterschiedliche Sicherheitsanforderungen anpasst. Durch diesen Ansatz konnte ein höheres Sicherheitsniveau erreicht werden als bei einer ausschließlichen Nutzung der mobilfunktechnologie-inhärenten Sicherheitsmechanismen. Die im Projekt erzielten Ergebnisse liefern praxisnahe Methoden und Werkzeuge zur Verbesserung von Planbarkeit und Sicherheit der Mobilfunk-IoT-Konnektivität und leisten damit einen Beitrag zur verlässlichen Digitalisierung der Daseinsvorsorge in Smart Cities. Zur Umsetzung der Ende-zu-Ende-Sicherheit wird ein innovativer, adaptiver und effizienter Mechanismus erforscht und innerhalb der Sensorplattform praktisch umgesetzt, um den unterschiedlichen Eigenschaften der Netzwerktechnologien (insb. der Bandbreite) und der verschiedenen Sicherheitsanforderungen der Anwendungen zu begegnen. So soll ein höheres Sicherheitsniveau erreicht werden als bei Nutzung der Mobilfunktechnologie-inhärenten Sicherheitsmechanismen allein.