Vom Versorgungs zum Kommunikationsnetz

Foto: Welotec GmbHKommunikationsinfrastruktur für die Datenübertragung zwischen Smart Meter Gateways und Versorgern oder Netzbetreibern. Die blauen Elemente wurden von Welotec realisiert. Foto: Welotec GmbH

Mit einer integrierten Lösung ermöglicht Anbieter Welotec, selbst entlegene Ortsnetzstationen in die Kommunikationsinfrastruktur einzubinden.

Mit der Einführung des intelligenten Messwesens werden künftig feinteilige Verbrauchs- und Erzeugungsdaten verfügbar sein. Gleichzeitig wird die Voraussetzung geschaffen, dezentrale Erzeugungsanlagen oder sogenannte steuerbare Lasten im direkten Zugriff zu regeln. Eine der wesentlichen Herausforderungen im Netzbetrieb wird somit in den kommenden Jahren darin bestehen, eine zuverlässige Kommunikationsinfrastruktur aufzubauen, die eine sichere Übertragung dieser Daten zwischen Verbrauchern, Erzeugern, Energieversorgern und externen Marktteilnehmern wie Messstellenbetreibern, Smart Meter Gateway-Administratoren sowie Netzbetreibern ermöglicht. Neben Mobilfunk spielt dabei immer häufiger auch die Datenübermittlung über die Stromleitung (Powerline) eine Rolle – vielfach aus pragmatischen Gründen, wenn die Mobilfunkabdeckung an der Messstelle nicht im erforderlichen Umfang gegeben ist, nicht selten aber auch, weil die vorhandene Leitungsinfrastruktur aus grundsätzlichen strategischen Erwägungen, etwa mit Blick auf die Netzsteuerung, als Übertragungskanal favorisiert wird.

In diesem Fall werden die Daten des Anschlusskunden zunächst über ein Smart Meter Gateway (SMGW) und dann in das vorhandene Leitungsnetz an die jeweilige Ortsnetzstation übertragen. Von hier müssen die Informationen nun zum jeweiligen Betreiber weitergegeben werden. Beim regelnden Zugriff verläuft die Kommunikation entsprechend in umgekehrter Richtung. Bei größeren Ortsnetzstationen sind hierfür in der Regel bereits Kommunikationsleitungen verlegt. In mehreren tausend kleineren Stationen dagegen fehlen diese, dort gilt es, eine funkbasierte Datenkommunikation nachzurüsten. Wichtig ist dabei, dass die Informationen sicher gegen Manipulation und Zugriff von Dritten sowie getrennt als Nutz- und Managementdaten übertragen werden. Gemäß BSI-Schutzprofil werden diese Daten zwar direkt im Smart Meter Gateway verschlüsselt, doch in kritischen Infrastrukturen sollte auch auf das sichere Design der Kommunikationsstruktur selbst erhöhter Wert gelegt werden. An dieser Stelle kommt die Welotec GmbH ins Spiel, ein Anbieter für industrielle Kommunikation, der sich in den vergangenen Jahren unter anderem auf Kommunikationslösungen für die Energiebranche spezialisiert hat.

Erfolgreiches Großprojekt

Das Unternehmen bietet einerseits mit seinen TK800 LTE-Routern eine für diesen Anwendungsfall ausgelegte Hardware und mit seiner Network-Management- Software samt Deployment-Service andererseits angepasste Lösungen auf administrativer Seite. In einem konkreten Projekt unterstützt das Unternehmen derzeit ein großes Energieversorgungsunternehmen beim bevorstehenden Rollout der LTE-Router in mehreren zehntausend Ortsnetzstationen. Hintergrund des Projekts ist die strategische Entscheidung dieses Versorgers, 90 Prozent der intelligenten Messsysteme via Powerline und lediglich zehn Prozent über Mobilfunkmodems direkt in die Smart Meter Gateways einzubinden.

Kommunikationsinfrastruktur für die Datenübertragung zwischen Smart Meter Gateways und Versorgern oder Netzbetreibern. Die blauen Elemente wurden von Welotec realisiert. Foto: Welotec GmbH

Standardmäßig sind die eingesetzten Router speziell für die rauen Umgebungsbedingungen in Trafostationen ausgelegt und halten beispielsweise Temperaturen von -25 °C bis +70 °C sicher stand. Darüber hinaus lassen sich die eingesetzten LTE-Router auch für die Kommunikation im Smart Grid nutzen, rechnen sich also über die Smart Meter-Kommunikation hinaus. Die Anwendung im erwähnten Projekt erforderte allerdings einige individuelle Anpassungen an die Vorgaben des Versorgungsunternehmens.

Vergrößerter IP-Adressraum

Mittelfristig sollen mehrere Millionen Smart Meter-Gateways landesweit installiert werden. Jedes davon muss mit einer eindeutigen IP-Adresse adressierbar sein. IPv4 böte hierfür über kurz oder lang nicht ausreichend IP-Adressen, deshalb ist ein Umstieg auf IPv6 an dieser Stelle zwingend nötig. Daher wurde auch in den TK-Router vollumfänglich IPv6 implementiert und umfangreiche Tests mit Mobilfunknetzbetreibern durchgeführt. Damit war der LTE-Router nach Auskunft des Herstellers einer der ersten am Markt, der diesen Standard unterstützt. Neben dem vergrößerten Adressraum bei IPv6 sind auch weitere Funktionen wie zum Beispiel eine reale Ende-zu-Ende- Kommunikation von unterschiedlichen Geräten möglich. Für Welotec ist diese Entwicklung eine Investition in die Zukunftssicherheit des Routers.

Getrennte Kommunikationskanäle

Die TK800 LTE-Router werden im eigenen Haus entwickelt und lassen sich daher flexibel an die konkreten Vorgaben des EVUs anpassen. Foto: Welotec GmbH

Hinzu kam eine weitere grundlegende Anpassung: Die übertragenen Nutz- und Managementdaten haben verschiedene Adressaten und müssen daher unter anderem aus Datenschutzgründen auf unterschiedlichen Kanälen weitergegeben werden. Dazu wurden die TK-Router mit Dual-APN (Access Point Name) ausgestattet. Somit lassen sich die unterschiedlichen Daten über zwei getrennte Netze mit jeweils eigenem IP-Adressraum übertragen. Gleichzeitig muss die Kommunikation den vom BSI geforderten Sicherheitsvorgaben mit einer Ende-zu-Ende-Verschlüsselung aller Inhalte entsprechen und so sicher gegen Einblicke und Manipulation von außen sein. Beidseitige Authentifizierung und die gängigen Protokolle für Datenkommunikation wie HTTPS, SSH, und SNMPv3 sichern das Management des Routers in diesem Sinne ab.

Neben den technischen Änderungen galt es auf organisatorischer Ebene etliche Vorgaben umzusetzen: Elektronische Lieferscheine müssen generiert, Router vorkonfiguriert und mit SIM-Karten ausgestattet, kundenindividuelle Etiketten erzeugt und mit Zusatzinformationen versehen werden. Zudem galt es, Software und Router in die IT-Landschaft des Kunden einschließlich seines Warenwirtschaftssystems zu integrieren. Auch bei der Integration des Powerline- Headends war Unterstützung gefragt. Schließlich spielte die Entwicklung von speziellen LTE-Antennen für die jeweiligen Gegebenheiten in den Ortsnetzstationen eine wichtige Rolle in dem Projekt.

Software für Rollout und Betrieb

Ein weiterer Bestandteil dieses komplexen Großprojekts war die Bereitstellung entsprechender Software- und Management- Tools für den Rollout und später den zuverlässigen Betrieb von über zehntausend Geräten. Hier stellt Welotec den sogenannten Deployment-Service DS800 bereit. Die Software gewährleistet, dass der Elektriker in den Ortsnetzstationen die LTE-Router lediglich physikalisch anschließen muss. Mit Hilfe eines elektronischen Lieferscheins und der Einbindung der DS800 Software in die IT-Landschaft des Kunden konfiguriert sich der Router dann selbst. Gibt es während der Betriebszeiten der Router Änderungen an der Firmware oder der Konfiguration, können diese ebenfalls zentral aufgespielt werden. Eine Network-Management- Software (NMS) überwacht die Router im Betrieb. So wird schnell sichtbar, wenn beispielsweise ein Router ausfällt und ein Monteur vor Ort aktiv werden muss.

Da das Unternehmen ISO-9001:2015 zertifiziert ist, können Anwender darauf vertrauen, dass Anpassungen der Firmware schnell und einfach durchgeführt werden, während der Deployment-Service alle Geräte im Feld zuverlässig aktualisiert. 2018 wird Welotec ebenfalls auch über ein zertifiziertes ISMS verfügen und damit eine weitere Anforderung für Dienstleistungen im Smart Meter- und Smart Grid-Umfeld erfüllen.

Kontakt: Welotec GmbH, Dennis Kock, 48366 Laer, Tel. +49 2554 91 30 62, d.kock@welotec.com

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