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Deutschlandweit testen mutige Pioniere eine neue Funktechnik. Die Technik habe viel Potenzial, sagen Experten. Zählerstände, Grundwasserspiegel oder der Füllstand von Müllcontainern lassen sich aus der Ferne vermessen. Wirtschaftlich geht dies nur im Paket.

22. Januar 2018

Alle Jahre wieder hängt der Termin zum Ablesen der Heizungen und Wasserzähler aus. Dazu klingelt ein Stadtwerksmitarbeiter, um die Stromzähler abzulesen. Trifft er niemanden an, muss er abermals kommen. Mit Long Range Wide Area Network, kurz Lorawan, kann das in Zukunft wesentlich einfacher sein.

Für die Unternehmerinitiative Ulm digital war dies mit den neuen Vermessungsoptionen einer smarten Stadt Antrieb, sich in Ulm um den Aufbau eines solchen Funknetzes zu kümmern. »Wir wollen Ulm als digitalen Pionierstandort etablieren. Mit der Citysens-Kooperation, Loranwan und diesem Auftaktprojekt beschreiten wir den richtigen Weg«, so Gerhard Gruber von Exxcellent solutions. Die Applikation seiner Firma bereitet als Integrationsplattform die abgelesenen Sensordaten in Echtzeit auf und stellt sie für die Übernahme in weiterführende Systeme bereit. Denn vielen Experten zufolge sind Daten das Rohöl des 21. Jahrhunderts.

›Citysens‹

In Ulm sind aktuell acht Basisstationen mit Antennen und Gateways des französischen Herstellers Kerlink auf öffentlichen Gebäuden installiert. Die Einrichtung einer Basisstation kostet den Angaben zufolge rund 2.500 Euro.

Um die knapp 185.000 Einwohner von Ulm und Neu-Ulm vollständig zu vernetzen, müssten zur Basiseinrichtung etwa 100.000 Euro veranschlagt werden. Eingepreist seien hier allerdings nicht die lokalen Sensoren und Funkchips an den Endgeräten, der Betrieb der Basisstationen und die Software-Applikationen auf den Netzwerkservern, um die gesendeten Daten in gängige Programmformate umzuwandeln und zu verarbeiten.

Dennoch sprechen laut Björn Semjan von Systemzwo die hohe Reichweite von über 10 km und das Durchdringen dicker Betonwände klar für Lorawan.

Auch der extrem niedrige Energieverbrauch der batteriebetriebenen Sensoren und die hohe Skalierbarkeit auf diverse Anwendungen im Bereich des Internets der Dinge sind für Semjan schlagende Argumente.

Zählerstand auslesen

»Die Antennen können unterschiedlich lang ausfallen, typisch ist eine Länge von etwa zwei Metern. Allerdings ist dabei zu beachten, dass, um die Reichweite und Übertragungsqualität zu optimieren, mit Antennenmasten die Montagehöhe der Antennen angepasst wird«, erklärt Stephan Schmidt von StS Consult. Sein Unternehmen, Systemzwo, Exxcellent solutions und die Stadtwerke Ulm (SWU) setzen seit September 2017 das Kooperationsprojekt Citysens um, in dem im ersten Schritt das Ablesen von Hausstromzählern digitalisiert wird. Hardware und Software liefern die IT-Kooperationspartner.

Ballungsgebiete erschließen

Hundert elektronische Zähler sind Semjan zufolge im Piloteinsatz, mit einer Sensor-Leiterplatte von Systemzwo bestückt. Hinzu komme in einem Wohnkomplex bei Bedarf für einen besseren Empfang ein Lite-Gateway.

Die vier Partner planen, eine sechsstellige Summe in die Entwicklungsarbeit zu investieren. »Wir wollen den Beweis antreten, dass Digitalisierung wirtschaftliche Erträge schafft«, gibt SWU-Geschäftsführer Klaus Eder das Ziel für Citysens vor. Wie die Ulmer setzen Berlin, Karlsruhe oder Entega in Darmstadt auf ein flächendeckendes Lorawan-Netz, um sich das Datenreservoir einer smarten Stadt zu erschließen. Denn in Daten zu Energie, Feinstaub, freien Parkplätzen in Parkhäusern, Grundwasserspiegeln oder Straßenlaternen und Müllcontainern sehen sie eine künftige lukrative sprudelnde Quelle.

Chancen und Grenzen

Für intelligente Messsysteme eigne sich Lorawan jedoch nicht, da diese zum Übertragen größerer Datenmengen mehr Bandbreite benötigten, weist Franz Schulte, Geschäftsführer bei Thüga Smart Service, auf Grenzen hin. Der Einbau von Smart Metern ist für Stromkunden mit einem Jahresverbrauch von 10.000 kWh seit 2017 und ab 6.000 kWh ab 2020 Pflicht. Für Verbraucher von bis zu 6.000 kWh »gibt es heute schon moderne Messeinrichtungen, die man mit Lorawan gut bestücken kann«, sagt Geschäftsführungskollege Peter Hornfischer.

»Wir pilotieren derzeit unter anderem das Auslesen moderner Messeinrichtungen, Mehrspartenmessung und Betriebskostenabrechnung. Hier können sich auch interessante Bündelangebote für die Wohnungswirtschaft ergeben, die von der modernen Messeinrichtung über den Wasserzähler bis zum Rauchmelder reichen.«

Datenrate

Die Datenrate sei vom Empfang vor Ort abhängig und erreiche maximal 50 kbit/s. Um Zählerstände oder den Füllstand von Müllcontainern mehrfach am Tag zu übertragen, reiche auch eine geringe Datenrate aus. Mit einem Stadtwerk und dem ansässigen Abfallwirtschaftsbetrieb werde gerade ausgelotet, wo sich eine Füllstandsüberwachung lohnt, berichtet Schulte.

Überfüllte öffentliche Müllcontainer könnten vermieden werden, und halb volle Container bräuchten nicht angefahren zu werden. Der Abfahrtsplan ließe sich effizienter gestalten, erläutert Schulte.

Wann rechnet es sich?

Zu den Netzkosten sagt er: »Am Ende muss sich das Netz über eine Vielzahl von Anwendungen refinanzieren.« Für einen einzelnen Anwendungsfall werde das kaum wirtschaftlich sein. Für genaue Angaben zu Wirtschaftlichkeit und Amortisationen ist es nach Aussage der Experten noch zu früh, da vieles aktuell in Pilotverfahren erst erprobt wird.

Stadtwerken bietet Thüga Smart Service zum Aufbau des Netzes und des neuen Geschäftsfeldes eine projektbegleitende Beratung an, die von der gemeinsamen Erarbeitung von Anwendungsfällen und Planungsleistungen über die Inbetriebnahme bis zur Überwachung des technischen Netzbetriebes reicht. Außerdem kümmert sich das Unternehmen um das Datenmanagement und die Softwareentwicklung. Kommt die Lora-Hardware für das Funknetz von unterschiedlichen Herstellern, entwickelt die Forschungs- und Entwicklungsabteilung des Unternehmens die Software für die Themen in der Regel selbst. »Das gesamte Management läuft ähnlich wie bei uns im Breitband-Angebot über unsere Systeme. Das ermöglicht Synergien und Skaleneffekte. Das ist insbesondere für kleinere und mittlere Stadtwerke ein Vorteil, da diese so etwas unserer Ansicht nach nicht in Eigenleistung erbringen können«, beschreibt Schulte das Rundum-sorglos-Paket. Aber auch mit großen Stadtwerken sei man im Gespräch.

Sein Fazit aus Pilotprojekten ist: »Es gibt in dem Sinne noch kein Plug-and-play.« Für runde Lösungen müssten Komponenten aufeinander abgestimmt werden, wofür Forschung und Entwicklung eine wichtige Rolle spielen.

Sicherheit

Was die Sicherheit angeht, fügt Hornfischer an, dass das System auf einer offenen Funkfrequenz sende, die Daten aber nicht für jedermann lesbar seien. »Grundsätzlich ist der aktuell verfügbare Lorawan-Standard mit einer doppelten AES-128-Verschlüsselung umgesetzt.« Das wirke dem Abhören des Netzes entgegen. »Lorawan verschlüsselt die übertragenen Daten bereits in dem Maße, in dem unter anderem auch Onlinebanking-Accounts Verschlüsselung anbieten«, bestätigt Stephan Schmidt von StS Consult. »Diese Daten werden anonymisiert übertragen, das heißt, es gibt keinen direkten Bezug zwischen den Daten selber und dem Endkunden. Dieser Bezug wird im Echtbetrieb erst in der hochgesicherten Datenbankumgebung bei den Stadtwerken hergestellt. Damit wird die Sicherheit der Daten des Endkunden absolut gewährleistet.«

Sollte das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) entscheiden, dass Smart Meter und moderne Messeinrichtungen in Zukunft gleichzubehandeln sind, müssten in der Umsetzung die Daten zusätzlich innerhalb des Sensors verschlüsselt werden, um dann für die Funkübertragung noch ein weiteres Mal verschlüsselt zu werden. »Für uns als Systemhersteller würde eine solche Entscheidung eine Anpassung der Software auf dem Sensor erfordern, die, abhängig vom vorgeschriebenen Mechanismus, mehr oder weniger Zusatzaufwand bedingt.« Gleiches gelte für die Entschlüsselungssoftware auf der Applikationsseite beim Betreiber.

Josephine Bollinger-Kanne

Wissen kompakt

Lorawan steht für Long Range Wide Area Network. Dieses kostengünstige, energiesparende und reichweitenstarke Funknetz wurde speziell für Anwendungen im Bereich des Internet der Dinge konzipiert.

Sie können durch dicke Betonwände hindurch und über weite Strecken hinweg Daten übertragen. Die Datenrate maximal liegt bei 50 kBit/s.

Doch um Zählerstände, Füllstände von öffentlichen Müllcontainern oder Anzeigen zum Grundwasserspiegel in tiefen Schächten mehrmals am Tag zu übertragen, reicht eine geringe Datenrate aus.

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Erschienen in Ausgabe: 01/2018