Machine-to-Machine als Rückgrat von Smart Home

Spezial/Smart Energy

Energiemanagement - Wohn- und Geschäftsräume bieten perfekte Ansatzpunkte für mehr Effizienz. Doch gibt es noch viel Handlungsbedarf, die passenden Kommunikationsnetze aufzubauen. Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) kann dabei helfen.

27. März 2013

In Millionen deutscher Haushalte werden einmal im Jahr die Zähler für Strom oder Gas und Wasser abgelesen. Auf Basis der Messergebnisse erstellt das zuständige Versorgungsunternehmen dem Kunden dann jährlich eine Endabrechnung. Das wird jedoch bald der Vergangenheit angehören – dank intelligenter Stromzähler und M2M-Kommunikation, die eine Fernablesung und -überwachung von Zählerständen ermöglicht. Smart Meter messen den aktuellen Verbrauch und leiten die Informationen per Mobilfunknetz an den Energieversorger weiter. Die bidirektionalen kommunikationsfähigen Stromzähler bieten den Bewohnern der Privathaushalte oder den Mietern von Büroräumen zudem Informationen zum aktuellen Verbrauch und den Kosten ihrer Geräte. Sie können so Stromfresser identifizieren und sie durch energieeffizientere Systeme austauschen.

Während Deutschland im internationalen Vergleich hinterherhinkt, sind andere Länder diesbezüglich schon deutlich weiter. In Italien etwa kontrollieren bereits rund 30 Millionen Stromkunden von Enel, Europas zweitgrößtem Stromversorgungsunternehmen, mit M2M-Technologie ihren individuellen Stromverbrauch und erhalten einen guten Überblick. In Deutschland müssen erst seit 2010 alle Neubauten mit intelligenten Stromzählern ausgestattet sein. Ab 2018 soll das für alle Gebäude gelten.

Vielfältiges TechnologieAngebot für Smart Energy

M2M war vor zehn Jahren lediglich ein Nischenthema. Heute findet sich der automatische Datenaustausch zwischen Maschinen bereits in vielen Bereichen und Branchen. Sie werden etwa zur Erfassung und Verarbeitung von Echtzeitdaten aus Verkaufsautomaten, Kraftfahrzeugen oder Geräten zur Fernüberwachung und eben auch Stromzählern verwendet. Der Trend zur verstärkten Nutzung von M2M-Anwendungen wird anhalten, sagen Analysten. Sie erwarten einen regelrechten Boom.

Aus der Technologieperspektive betrachtet werden in den meisten Fällen heute zusammen mit einem intelligenten Stromzähler zur automatischen Datenerfassung beispielsweise PLC (Power Line Communication)-, Mobilfunk (GSM, GPRS)- oder RF (Radio Frequency)-Technologien verwendet. In den Stromzählern werden diese Verfahren auch in Zukunft eine Rolle spielen. Auch Bluetooth wird hier zunehmend eingesetzt. Bei neuen intelligenten Gaszählern, die für das Gebäudemanagement ebenfalls wichtig sind, kommen statt PLC vor allem Short-Range-Technologien wie ZigBee, der Wireless-M-Bus-Standard und herstellerspezifische RF-Technologien zum Einsatz.

»Smart Metering braucht ein leistungsfähiges, zuverlässiges und sicheres Kommunikationsnetz, um die erfassten Verbrauchsdaten und Steuerungssignale zu übertragen«, sagt Emmanuel Maçon-Dauxerre, Senior Sales Director Global Energy bei Telit Wireless Solutions.

»Wichtig ist, dass Energieversorger, die intelligente Stromzähler einführen wollen, darauf achten, dass die Technologielieferanten ein breites Spektrum an relevanten Wireless-Technologien unterstützen.« Das gilt zunächst einmal für die GSM/GPRS-, EDGE und UMTS/WEDGE/HSPA-Mobilfunkstandards.

Short-Range hat Potenzialin der Home automation

Für Investitionsschutz bei der Migration von 2G auf 3G sorgen M2M-Module, die über das gleiche Pin-Layout und die gleiche Softwareumgebung verfügen. Funktionen für FOTA (Firmware Downloaded Over The Air)-Management, wie sie etwa Telit bietet, erlauben kostengünstige, schnelle und zuverlässige Firmware-Updates ohne physikalischen Eingriff.

Zusätzlich zu den traditionellen 2G- und 3G-Mobilfunkstandards (UMTS in Europa und CDMA vor allem in Amerika und Teilen von Asien) setzen sich vor allem ZigBee und der Wireless-M-Bus immer stärker für Anwendungen in intelligenten Strom-, Gas-, Wasser- und Heizungszählern durch. ZigBee ist ein High-Level-Kommunikationsprotokoll für Sensor- und Steuernetzwerke, das auf dem IEEE 802.15.4-Standard für Wireless Personal Area Networks (WPANs) beruht; IEEE 802.15.4 behandelt Transportverfahren für geringe Übertragungsraten.

ZigBee eignet sich für Funknetzwerke im Nahbereich, die mit einer niedrigen Bandbreite auskommen wie sie für intelligente Stromzähler völlig ausreichend ist. Bluetooth ist mit einem Datendurchsatz von bis zu 3Mbit/s dafür fast schon überdimensioniert. ZigBee genügen 250kbit/s. Zudem zeichnet sich ZigBee durch einen geringen Energieverbrauch und günstige Hardware-Kosten aus. Als Funkfrequenzen sieht ZigBee die Bereiche 868/915 MHz und 2,4 GHz vor, in denen unterschiedlich viele Kanäle und Bandbreiten möglich sind. Das 2,4 GHz-Band lässt sich weltweit einsetzen und ist in 15 Kanäle unterteilt. Ein guter Ansatzpunkt für Anbieter einer auf ZigBee basierten Smart-Home-Lösung sind ZCPs (ZigBee Compliant Platforms). Dabei handelt es sich um Module, die von der ZigBee Alliance getestet und zertifiziert wurden.

Wireless-M-Bus Eignet sichfür Smart Metering

Ein weiteres Übertragungsprotokoll, das eine immer wichtigere Rolle spielt, ist der Wireless-M-Bus. Dies ist ein Funkstandard innerhalb des genormten M-Bus-Systems nach EN13757, um Verbrauchszähler für Heizung, Wasser, Strom und Gas aus der Ferne auszulesen. Die Datenübertragung erfolgt im 868 MHz SRD (Short Range Devices)- oder im 433 MHz ISM (Industrial, Scientific, Medical)-Band.

Das Telit-Modul ME50-169 beispielsweise unterstützt den aktuellsten Wireless-M-Bus-Standard. Es wurde für Smart-Metering-Anwendungen im 169-MHz-Frequenzband entwickelt, das gegenüber Frequenzen von 868 oder selbst 433MHz eine wesentlich höhere Leistung ermöglicht. Die Daten werden von den einzelnen Zählern zunächst an einen Konzentrator vor Ort übertragen, wo sie gesammelt und anschließend von einem Gateway über GSM/GPRS an die Versorgungsunternehmen weitergeleitet werden. Ein schnell einsatzbereites Gateway ermöglicht Versorgungsunternehmen die einfache Einrichtung umfangreicher Wireless-M-Bus-Lösungen.

Speziell für Smart Meteringgeeignete Wireless-Module

»Die Zukunft in den intelligenten Kommunikationsnetzen für das Energie- und das Gebäudemanagement gehört einer Kombination aus Short-Range-Funktionalität und Mobilfunk«, erklärt Emmanuel Maçon-Dauxerre. Die Brücke zum Mobilfunknetz baut dann ein anderes Gateway, das Telit ebenfalls im Programm hat: Das GG863-SR-Modul verbindet Short-Range- und Mobilfunk-Funktionalität.

Gebäudemanagement als Teil von Smart-Home-Monitoring

Ein Einsatzgebiet, in dem M2M-Technologien bereits seit einiger Zeit verstärkt Einsatz halten, ist das Gebäudemanagement beziehungsweise die Gebäudeautomatisierung. Sie basieren auf einem System zusammengeschlossener Geräte, wobei verschiedene Funktionen zentral gesteuert werden. Das Energiemanagement wird dabei ergänzt um Aspekte wie Kühlung, Lichtregelung, und Schutz vor Feuer und Diebstahl.

Wo es speziell um die Kombination von Gebäudemanagement und Gebäudesicherheit geht, werden häufig Überwachungskameras eingesetzt, die beispielsweise auch über Smart-Home-Monitoring-Panels kontrolliert und gesteuert werden. Die Überwachungskamera EyeSee von Jablocom etwa ist eine Security-Lösung, die über Mobilfunk ihre Aufzeichnungen weiterleitet. Die Kernfunktionalitäten dazu liefert das Telit-Modul HE910, das eine umfassende 2G-Abdeckung mit Quad-Band-GPRS und EDGE Klasse 33 sowie RX-Diversity-Optionen bietet. Zusammenfassend ermöglichen M2M-Technologien Facility-Dienstleistern und Versorgungsunternehmen den Aufbau innovativer Lösungen, die für eine höhere Effizienz im Energie- und Gebäudemanagement sorgen.

Alexander Bufalino (Telit Wireless Solutions)

Erschienen in Ausgabe: 03/2013