Die Energiewende ist ein elementares Thema, für Deutschland wie auch für viele andere Regionen weltweit. Bei der Bereitstellung effizienter und stabiler Verteilnetze stellen Kommunikationslösungen einen zentralen Baustein dar, um auf der Grundlage eines zeitnahen Monitorings koordinierte Regelalgorithmen zu realisieren. Dies gilt für alle Ebenen der Versorgung, wobei aus Sicht der Kommunikationstechnik die unterste Ebene der Verteilnetze am interessantesten ist: Hier sind die anspruchsvollsten Anforderungen im Hinblick auf die Kosten- und die Energieoptimierung der Kommunikationsknoten sowie die Administrierbarkeit, die Stabilität und die Skalierbarkeit der Gesamtlösung zu berücksichtigen. Das Steinbeis-Transferzentrum Embedded Design und Networking an der Hochschule Offenburg unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Axel Sikora hat in verschiedenen Projekten mit renommierten Partnern umfangreiche Lösungen für diese sogenannte Primärkommunikation entwickelt.
Dabei steht neben den herkömmlichen ZigBee-basierten Lösungen vor allem der Wireless M-Bus im Zentrum der Aufmerksamkeit. Er basiert auf dem europäischen Standard EN13757 und beschreibt den kompletten Kommunikationsstapel. Auf der physischen Ebene stehen in den unterschiedlichen Modi verschiedene Frequenzbänder und Modulationsarten zur Verfügung, um eine jeweils an die Erfordernisse angepasste Lösung bereitstellen zu können. Insbesondere steht auch mit dem n-Modus eine Variante im 169 MHz-Band zur Verfügung, die sehr große Reichweiten der Funklösungen verspricht und somit auch für schwierige Topologien in ländlicheren Regionen geeignet ist.
Was die Integration in Anwendungen und eine Gewährleistung einer herstellerübergreifenden Interoperabilität angeht, besitzt vor allem das unter Federführung zahlreicher deutscher Hersteller entstandene Open Metering System (OMS) eine besondere Bedeutung, da es eine Einbindung in die gesamte Benutzungsumgebung unterstützt. Hierzu sind vor allem Funktionen für die Inbetriebnahme (Commissioning), das Beobachten (Monitoring) und die Pflege (Update) erforderlich. Außerdem hat die OMS-Gruppe in der zweiten Hälfte des vergangenen Jahres einen Konformitätstester entwickelt. Die Mitarbeiter am Heitersheimer Steinbeis-Transferzentrum Embedded Design und Networking arbeiten aktiv bei der Weiterentwicklung der OMS-Spezifikation und der Integration der Sicherheitslösungen mit.
Für die Sicherheit spielt der Datenschutz, der Schutz der Kommunikationselemente und die Bereitstellung von sicheren virtuellen privaten Netzen (VPN) vor allem gegen Angriffe aus dem tertiären Netz eine zentrale Rolle. Dieser Themenstellung hat sich seit Anfang 2011 auch das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) angenommen und einen Entwurf zum Schutzprofil für die Kommunikationseinheit eines intelligenten Messsystems („Protection Profile for the Gateway of a Smart Metering System“) sowie den Entwurf der Technischen Richtlinie BSI-TR 03109 mit dem Titel „Anforderungen an die Interoperabilität der Kommunikationseinheit eines intelligenten Messsystems für Stoff- und Energiemengen“ erarbeitet. Diese Entwürfe sind gegenwärtig in der letzten Kommentierungsphase und werden zeitnah verabschiedet und veröffentlicht. Axel Sikora und seine Mitarbeiter begleiten auch diesen Prozess aktiv. Insbesondere sind sie als Ansprechpartner der M2M-Alliance gegenüber dem Wirtschaftsministerium und dem BSI benannt und koordinieren die Kommentierungsrunden.
Für die unterschiedlichen Modi des Wireless M-Bus wurden am Steinbeis- Transferzentrum Embedded Design und Networking Firmware-Lösungen entwickelt, die für Kundenprojekte zur Verfügung stehen. Sie zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität aus, weil alle relevanten Modi (C-, N-, S- und T-Modi) integriert unterstützt werden. Außerdem besitzen sie eine hohe Modularität der Implementierung mit offenen Schnittstellen und zahlreichen Integrationsmöglichkeiten. Anwender profitieren von einer exzellenten Portierbarkeit in Bezug auf Mikrocontroller und RF-Transceiver, wobei bereits Portierungen für zahlreiche Hardwareprodukte vorliegen. Die flexible Portierbarkeit erlaubt auch die Verwendung der Software in einem Netzwerksimulator, mit dem auch große Installationen elegant und effizient parametriert werden können. Schließlich sind die Firmware-Lösungen sehr zuverlässig, sowohl durch den testgetriebenen Entwicklungsablauf als auch durch den frühzeitigen Einsatz der Konformitätsprüfungen.
Neben der eigentlichen Protokollimplementierung entstanden auch Werkzeuge zur Inbetriebnahme und Beobachtung der Funkknoten, sowie das Produkt capt²web. Es basiert auf dem Embedded Webserver „emBetter“ des Steinbeis-Transferzentrums und erlaubt die XML-basierte Anbindung des Wireless M-Bus. Damit ist sowohl eine einfache Überwachung des Netzes als auch eine unmittelbare Ankopplung an ein Intranet oder das Internet möglich.
Neben diesen öffentlich geförderten Projekten ist das Steinbeis- Transferzentrum an zahlreichen industriellen Entwicklungen beteiligt. Dabei spielen unmittelbare Lizenzverträge mit großen Halbleiterherstellern, die die integrierte Nutzung der von den Steinbeis-Experten entwickelten Softwarelösungen beschreiben, eine zentrale Rolle.
Prof. Dr.-Ing. Axel Sikora
Steinbeis-Transferzentrum Embedded Design und Networking (Heitersheim)
su0659@stw.de