Für jeden Topf einen Deckel

IP-Architektur – Die Entscheidung über die eingesetzte WAN-Kommunikationstechnologie hängt von den individuellen Infrastrukturbedingungen vor Ort eines jeden Messstellenbetreibers ab. Aber welche Gegebenheiten sind denn empfehlenswert, um CDMA sinnvoll einsetzen zu können?

23. Juli 2019
 Für jeden Topf einen Deckel

Für den Rollout intelligenter Messsysteme müssen Messstellenbetreiber teils komplexe und für Geschäftsmodelle richtungsweisende Entscheidungen bezüglich der Kommunikationsinfrastruktur treffen. Über das WAN kommuniziert das Smart Meter Gateway (SMGW) mit allen externen Marktteilnehmern (EMT) sowie mit dem Gateway-Administrator (GWA). Anders als bei typischen IoT-Lösungen, bei denen die Endgeräte direkt adressiert werden, setzt das BSI-Sicherheitskonzept eine durch den GWA autorisierte Kommunikationsverbindung des SMGWs voraus.

Diese kann zum Beispiel durch ein sogenanntes Wake-up-Paket erfolgen. Für die vom BSI geforderte Ende-zu-Ende-Sicherheit wird ein gesicherter Kommunikationstunnel (TLS) zwischen SMGW und EMT aufgebaut, der nicht unterbrochen werden kann.

Über diesen Kanal ist eine transparente Datenübertragung auf der Basis des Internetprotokolls nutzbar. Die Kombination aus sternförmiger Kommunikation, Ende-zu-Ende-Verschlüsselung zu allen EMTs und dem Wake-up-Paket lässt sich in großen Netzen mit dem Internetprotokoll IPv4 nur noch mit vielen „Workarounds“ realisieren. Daher setzen heute bereits nahezu alle Messstellenbetreiber auf das zukunftsfähige Protokoll IPv6.

Die Technologien im Vergleich

Mit IPv6-Netzen können unterschiedliche WAN-Technologien in einem durchgängigen Netz zusammengeschlossen werden, und es ist möglich, ausschließlich global eindeutige IP-Adressen einzusetzen.

Der Rückgriff auf private IP-Adressbereiche (wie 192.168.x.x) in Kombination mit Network Address Translation (NAT) wird überflüssig. Aufbauend auf dieser standardisieren IP-Plattform lassen sich Dienste unabhängig von Technologien betreiben.

Nachdem sich GPRS aufgrund der zu geringen Bandbreite als ungeeignet für den iMSys-Rollout erwiesen hat, wird heute nur noch LTE (4G) genutzt. LTE verfügt über flexible Frequenzbänder und wurde hinsichtlich Latenzen optimiert. Die öffentliche Mobilfunkinfrastruktur ist weit verbreitet und einfach nutzbar, es muss also kein eigenes Netz aufgebaut und betrieben werden.

Besonders für die Anbindung von verteilten Liegenschaften und isolierten Pflichteinbaufällen ist der Mobilfunk gut geeignet. Aufgrund von unzureichender Signalqualität in Kellern oder abgeschirmten Installationsorten stößt diese Technologie bei manchen Einbauszenarien jedoch an ihre Grenzen. Mittlerweile wird IPv6 in Deutschland von allen Netzbetreibern unterstützt.

Erreichbar bis in den letzten Winkel

Auch das private 450-MHz-Mobilfunknetz unterstützt IPv6. Die Technologie CDMA 450 EVDO ermöglicht es, im regionalen Betriebsfunk ein privates 450-MHz-Netz aufzubauen. Im Vergleich zu öffentlichen Mobilfunknetzen bietet CDMA450 aufgrund der niedrigeren Frequenzen eine größere Reichweite und eine bessere Gebäudedurchdringung. Entlegene Regionen und schwer zugängliche Einbauorte werden mit CDMA450 besser erreicht. Auch benötigen diese Netze aufgrund der höheren Abdeckung weniger Sendeanlagen und können schwarzfallfest betrieben werden.

Eine Alternative zum Mobilfunk stellt Breitband-Powerline (BPL) dar. BPL kann entweder als flächendeckendes Netz aufgebaut werden und dabei die Lücke der letzten Meile zwischen vorhandenen Glasfaser- oder Telefonkabel-Netzen schließen. Alternativ kann BPL als punktuelle Lösung eingesetzt werden, um LTE-Signalprobleme im Keller zu lösen. Dabei verbindet sich das BPL-SMGW mit einem hybriden LTE-BPL-Router, der zum Beispiel im nächstgelegenen Kabelverteiler installiert wird und dort die Brücke ins LTE-Netz schlägt. Die Datenübertragung über BPL erfolgt mit hohen Bandbreiten und im Vergleich zu Mobilfunk geringeren Latenzzeiten.

Ein entscheidender Vorteil des BPL-Systems ist die sehr gute Erreichbarkeit der SMGWs im Zählerschrank. Insbesondere der aufwendige Aufbau von Antennen und die Abstimmung mit dem Eigentümer kann entfallen.

Gerüstet für die Zukunft

Bei der Planung der WAN-Kommunikation für den Smart-Meter-Rollout sollte von Anfang an berücksichtigt werden, dass unterschiedliche Technologien zum Einsatz kommen können. Keine Technologie ist für alle Einbausituationen die beste Lösung. Unter Berücksichtigung des gesamten Rollout-Pfades sollte in jedem Fall eine Strategie gewählt werden, die offen für die Integration unterschiedlicher Technologien ist. Die Nutzung des Standards IPv6 als Netzwerkprotokoll ist dabei die richtige Entscheidung, um auch für zukünftige Anforderungen gerüstet zu sein. Letztendlich gibt es nicht die eine Technologie, und Pauschalaussagen sind allein schon wegen der Heterogenität der Verteilnetze nicht möglich.

Thomas Wolski

WISSEN KOMPAKT

IPv4 vs. IPv6

Der Einsatz von IPv4 ist aufgrund der Adressknappheit nur mittels privater Adressen für SMGWs zu bewerkstelligen. Damit würde Network Address Translation (NAT) in den öffentlichen Adressbereich des EMT zwingend erforderlich. Schwieriger gestaltet sich dies insbesondere bei hybriden Netzkonzepten, da die Adresszuweisungen dynamisch erfolgen sollte, um den Administrationsaufwand zu senken.

Mit IPv6 vereinfacht sich die Rollout-Planung erheblich. In diesem Adressraum stehen ausreichend viele Adressen zur Verfügung, sodass global eindeutige Adressen (auch in privaten Netzen) für alle Kommunikationsendpunkte verwendet werden können. IPv6 bietet mit SLAAC eine sehr komfortable Lösung zur Adressvergabe. Ein Single Point of Failure tritt dabei nicht auf, da auf einen DHCP-Server als zentrale Instanz verzichtet werden kann. Dies gestattet Messstellenbetreibern eine unkomplizierte und sichere Adressierbarkeit von SMGWs.

Erschienen in Ausgabe: 04/2019