Modulare Soft- und Hardwareplattform für Smart-Metering-Systeme
Embedded-Platform-Concept beschleunigt die Markteinführung
Die aktuelle Gesetzgebung der EU fordert von Stromversorgern und Endkunden ein Umdenken. Das lohnt sich: Die Energieeffizienz steigt zum Wohle der Umwelt, die Kosten sinken, die Transparenz nimmt zu für den Verbraucher, und die Energieversorger können die Last im Netz besser steuern.
Eine Voraussetzung dafür sind elektronische Zähler, die die aktuelle Leistungsaufnahme des angeschlossenen Haushalts in kurzen Abständen über eine genormte Schnittstelle kommunizieren. Zudem sind Schnittstellen-Geräte erforderlich, die diese Messwerte einerseits dem Endkunden in seinem Haushalt zur Verfügung stellen. Andererseits müssen sie die Messdaten über Weitverkehrsnetze sicher an den Messdienstleister übermitteln.
Je nach zugrunde liegendem Konzept ist bei diesen Geräten von einem MUC, einem Datenkonzentrator oder einer Gateway die Rede. Das hier vorgestellte Gateway-Konzept vereinigt zahlreiche Funktionalitäten, weil neben dem reinen Abtransport der Daten auch eine Tarifierung auf dem Gerät umgesetzt wird, um dem Endkunden die Möglichkeit zu geben, sein Verbrauchsverhalten an den Strompreis anzupassen.
Innerhalb des letzten Jahres konzipierte der Embedded-Linux-Dienstleister emlix zusammen mit Partnern aus den Bereichen Zählerentwicklung, Abrechnungs- und Mehrwertdienste sowie Home Automation die für die Gateway-Funktionalität notwendigen Bestandteile einer modularen Basissoftware. Während der Entwicklung war es notwendig, frühzeitig auf einer Plattform testen zu können, die dem späteren Gateway möglichst nahe kommt. Hier konnte Arrow, mit der emlix über eine langjährige Partnerschaft verbunden ist, mit der EPC-Referenzplattform eine Basis für die Entwicklung von Gateways bereitstellen (s. Kasten).
Schon die erste Version dieser Basissoftware stellt Funktionen bereit, um den aktuellen Forderungen nach Transparenz für den Kunden und Abrechnungssicherheit für den Energieversorger nachkommen zu können. Dazu zählen:
- das Management mehrerer Anschlussnutzer / Mandanten
- die Verwaltung mehrerer Strom-, Gas-, Wasser- sowie Wärme-Zähler
- die Unterstützung von Zählern unterschiedlicher Hersteller
- die Unterstützung diverser Zählerprotokolle wie SML
- die Zuordnung einzelner Zähler zu einem Anschlussnutzer
- sichere Ablage der aufgenommenen Messdaten und Speicherung in einem maschinenlesbaren Transferformat
- die Verwaltung mehrerer Tarifregister sowie dynamischer Tarife
- die Möglichkeit, unterschiedliche Messdienstleister über Zusatzmodule einzubinden
- die Konfiguration des Gateways aus der Ferne in Kommunikation mit dem jeweils zuständigen Messwert-Dienstleister
- das Schalten und Abfragen von Weitergabekontakten oder Relais zur direkten Laststeuerung
- die sichere Weitergabe von Daten an entsprechende Home Automation-Anwendungen
Weil in den kommenden Jahren vermutlich noch weitere gesetzliche Veränderungen und Markttrends auf die Energieversorger und die nachgeordneten Anbieter zukommen, muss das Gateway-Konzept in höchstem Maße flexibel sein. Dieser Anforderung trägt es in mehrfacher Hinsicht Rechnung:
- Kern des Gateway-Konzeptes ist eine Softwarekollektion, die das Betriebssystem Linux, ein Sicherheits- und Update-Konzept sowie ein Framework zur Entwicklung herstellerspezifischer Applikationen umfasst. Nur ein geringer Teil dieser Gateway-Software ist hardwareabhängig. Durch ein modulares Konzept können die generischen Module somit von unterschiedlichen Geräte-Herstellern genutzt werden.
- Die Gateway-Software besteht aus Open Source-Software, um eine Abhängigkeit zu einem bestimmten Softwaredienstleister von vorneherein auszuschließen. Die Funktionsmodule der Basissoftware stehen dabei unter der GPL und verwandten Lizenzen. Damit ist es auch möglich, geschlossene, herstellerspezifische Anwendungen zu entwickeln. Durch diese Lizenzen fallen bei der Verwendung und Erweiterung keine Lizenzkosten an. Ein Vendor Lock-in mit Monopolpreisen ist somit ausgeschlossen.
- Die Gateway-Software verwaltet alle (abrechnungs-)relevanten Metering-Funktionen und stellt die gesammelten Informationen berechtigten Anwendungen zur Verfügung. Darüber hinaus bildet sie mit einem entsprechenden Framework eine Basis für eine Vielfalt an Mehrwert-Applikationen, über die sich Energiedienstleister in Zukunft am Markt differenzieren können. Dieses Konzept ist vergleichbar mit dem im Mobilfunksektor üblichen Konzept der nachladbaren Apps.
Eine solche Flexibilität kann ein Gerät, das Abrechnungsdaten zur Verfügung stellen soll, nur dann erreichen, wenn ein durchgehendes Sicherheitskonzept die Anwendungen auf der logischen Ebene voneinander trennt. Dieses Konzept erlaubt es, gekapselte Applikationen von Drittherstellern zu installieren. Die Installation müssen der Betreiber der Datenzentrale und ein Release Manager durch die Verwendung kryptographischer Schlüssel autorisieren. Nicht signierte Software führt das Gerät nicht aus, so kann Schadsoftware nicht eindringen. Dieses Vorgehen erleichtert es, das Konzept für lange Zeit wartbar zu gestalten und sich schnell auf geänderte Rahmenbedingungen einzustellen.
Schon aus Kostengründen ist es erforderlich, dass ein Einsatz von geschulten Technikern vor Ort so selten wie nur möglich notwendig wird. Änderungen an der Konfiguration des Gateways lassen sich deshalb aus der Ferne einspielen und sind ebenfalls durch kryptographische Verfahren geschützt. Dabei sind die Konfigurationsmöglichkeiten sehr umfassend. Sie reichen von der Anmeldung neuer Zähler oder Mandanten und dem Freischalten neuer Tarife bis hin zum Aktivieren neuer Applikationen für einzelne an die Gateway angeschlossene Anschlussnutzer.
Neben dieser Verwaltung von Applikationen, Mandanten und Zählern muss primär der Transfer von Lastgängen absolut sicher gestaltet werden. Insbesondere die Kommunikation mit dem Abrechnungsdienstleister über Weitverkehrsnetze stellt hohe Anforderungen an die Sicherheit der Datenübertragung und den Umgang mit den sensiblen Verbrauchsdaten, die innerhalb der Basissoftware als personenbezogene Daten im Sinne des Bundesdatenschutzgesetzes behandelt werden. Die Datensätze, bestehend aus Messwert, Zeitstempel und Tarifregistern/Preisen, müssen daher in jedem Falle verschlüsselt übermittelt werden. Eine Signatur weist zudem die Authentizität der Daten nach.
Um Anforderungen, die aus dem Eichrecht hervorgehen, frühzeitig in die Konzeption der Basissoftware zu integrieren, haben die am Projekt beteiligten Firmen nicht nur ihr Wissen eingebracht, sondern sie haben auch den Dialog mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig gesucht.
Aus dieser Zusammenarbeit ist über die vergangenen Monate sowohl eine Software-Plattform als auch eine Hardware-Referenzplattform entstanden, die den Geräteherstellern eine deutlich verkürzte Time-to-Market ermöglichen. Man darf gespannt sein, in welche MUC-, Datenkonzentrator- oder Gateway-Richtung sich der deutsche Energieversorgungsmarkt entwickelt. Darüber hinaus sollte man nicht vergessen, hin und wieder einen Blick ins europäische Ausland zu werfen, wo ähnliche Konzepte ebenfalls kurz vor der Markteinführung stehen.
- Embedded-Platform-Concept beschleunigt die Markteinführung
- Referenzhardware für Zähler-Gateways
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