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LTE CAT NB1 und M1: Was sind die Vorteile für's Smart Metering?

Juerg Haas
By Juerg Haas - 28. Juli 2020 15:20:44 MESZ

Smart Metering with LTEDie Auswahl der am besten geeigneten Kommunikationstechnologie ein wichtiger Schritt beim Aufbau einer Smart-Metering-Infrastruktur. Die Kommunikationstechnologie hat sich seit den ersten Installationen von „intelligenten“ Messgeräten dramatisch weiterentwickelt, ebenso wie die Erwartungen hinsichtlich ihrer Funktionalität und der Datenverfügbarkeit. Lange Zeit war es ausreichend, die Daten einmal täglich für die monatliche Rechnungsstellung auszulesen. Heute bewegen sich die Erwartungen jedoch häufig in Richtung einer nahezu Echtzeitverfügbarkeit. So können Energieversorgungsunternehmen (EVU) ihren Kunden beispielsweise jederzeit Einblick in die Lastprofil- und Verbrauchsdaten geben, in kurzen Intervallen die Stromqualität analysieren oder die Smart-Meter-Infrastruktur als Ersatz für die Rundsteuertechnik beim Lastmanagement nutzen.

Bei der Kommunikationstechnologie geht es nicht nur darum, wie die Datenübertragung von der Peripherie zum System erreicht werden kann. Neue Technologien wie NB-IoT versprechen niedrige Kommunikationskosten über den gesamten Lebenszyklus, aber auch Standardisierung und Vereinfachung der Geräteintegration. Dadurch kann die Systemlandschaft der Versorgungsunternehmen vereinfacht und die Konvergenz der Systeme langfristig vorangetrieben werden.

In ganz Europa waren während der ersten Smart-Meter-Rollouts PLC-Technologien vorherrschend und haben in vielen Fällen noch heute ihre Existenzberechtigung. Die am besten geeignete Kommunikationstechnologie oder eine Kombination sollte immer von Fall zu Fall geprüft werden, abhängig von den Anforderungen des Energieversorgers und der verfügbaren Infrastruktur im Land oder im Versorgungsgebiet. LTE CAT NB1 (NB-IoT) und LTE CAT M1 sind neue Mobilfunktechnologien, die speziell für die Kommunikation mit dem Internet der Dinge (englisch Internet of Things, kurz: IoT) entwickelt wurden. Sie werden von Telekommunikationsdienstleistern betrieben und basieren auf derselben Infrastruktur wie die Mobilfunkkommunikation von Verbrauchern. Sie sind jedoch eher für die „Machine-to-Machine“-Kommunikation (M2M) als für die Sprachübermittlung und den entsprechenden Datenmengen optimiert.

Wir werfen nun einen Blick auf diese neuen Mobilfunktechnologien, wie sie funktionieren und welche Vorteile sie bringen können.

Vorteile von LTE CAT NB1 und LTE CAT M1: Zuverlässigkeit, Reichweite, Effizienz, Einfachheit, Sicherheit

LTE CAT NB1 und LTE CAT M1 wurden entwickelt, um die Anforderungen der M2M/IoT-Welt zu erfüllen und haben daher perfekte Eigenschaften für diese Anwendungen:

Zuverlässigkeit und Reichweite

LTE CAT NB1 und LTE CAT M1 greifen auf dieselben Netzwerke wie herkömmliche mobile Endgeräte zurück. Diese Netzwerke werden von Telekommunikationsbetreibern unterhalten, die ein starkes Interesse daran haben, eine hohe Verfügbarkeit ihrer Kommunikationsdienste zu gewährleisten. Das stärkt wiederum die Zuverlässigkeit der beiden Lösungen. Beide Technologien LTE CAT NB1 und LTE CAT M1 bieten eine hervorragende Reichweite auch unter schwierigen Bedingungen wie etwa in Kellern an. Als P2P-Technologie funktionieren sie auch in ländlichen Gebieten mit geringer Zählerdichte.

Kosteneffizienz und Einfachheit

Installation und Bereitstellung sind einfach. Im Gegensatz zu PLC-Geräten kommunizieren Mobilfunkgeräte unabhängig von anderen Geräten, sodass das Hinzufügen oder Entfernen eines Messgeräts keinen Einfluss auf die Gesamttopologie und die Netzwerkstabilität hat. Wenn ein neues Messgerät hinzugefügt wird, kann die Kommunikation sofort beginnen und es muss nicht gewartet werden bis weitere Installationen abgeschlossen sind.

Während der Anfangszeit von intelligenten Messeinrichtungen für gewerbliche, industrielle und Netzanwendungen, als die Kommunikationskosten für P2P-Verbindungen noch beträchtlich waren, war das Zuschalten zusätzlicher Zähler über die RS-485-Kommunikation sehr beliebt. Heute gibt es mit NB-IoT keinen Grund mehr dafür. Die Kommunikationskosten über die Lebensdauer des Messgeräts hinweg sind gleich, egal ob die Daten von jedem Gerät, das mit dem System verbunden ist, einzeln übertragen werden oder mittels eines Master-Geräts oder Gateways, das die Daten vor dem Senden sammelt. Letzteres hat allerdings den Nachteil höherer Installationskosten und stellt darüber hinaus moderne Smart-Grid-Anwendungen vor echte Herausforderungen.

Zukunftssicher

LTE CAT NB1 und LTE CAT M1 sind ein wesentlicher Bestandteil der 5G-Strategie von Telekommunikationsanbietern. In diesem Sinne können Energieversorger darauf vertrauen, dass die Technologie währen der gesamten Laufzeit ihrer Investition eingesetzt wird. Die direkte Verbindung lässt auch Raum für zukünftige Anwendungsfälle. Ihre Architektur ermöglicht die Aktualisierbarkeit von Geräten und die ereignisgesteuerte Kommunikation. Letzteres ist der Schlüssel, wenn zum Beispiel Daten in 10’ Intervallen gesendet werden sollen – bereits jetzt oder in der Zukunft.

Sicherheit

Außerdem gelten 3GPP-Sicherheitsstandards sowohl für LTE CAT NB1 als auch für LTE CAT M1 und werden von den bei LTE definierten Sicherheitsstufen übernommen. Die bewährten Sicherheitsfunktionen unterstützen Vertraulichkeit, Verfügbarkeit und Integrität und verhindern zum Beispiel unbefugten Zugriff, Unterbrechung und Datenmanipulation. Alle Benutzerdaten können bei der Übertragung über den Kommunikationskanal durch Verschlüsselung gesichert werden. Zusätzlich werden die Sende- und Empfangsenden authentifiziert.

Key Take Aways

Aufgrund seiner Skalierbarkeit und robusten, kostengünstigen Kommunikation eignen sich LTE CAT NB1 und LTE CAT M1 perfekt für Smart Metering und weitere IoT-Anwendungsfälle für Haushaltszähler, aber auch für Industrieanwendungen. Die Datengeschwindigkeit bei LTE CAT NB1 und LTE CAT M1 wurde allerdings unter Berücksichtigung der M2M-Anforderungen definiert und ist daher vergleichsweise niedrig. Aufgrund unserer umfassenden Erfahrung mit Rollout-Projekten im Smart Metering Bereich können wir daher sagen, dass es keine Kommunikationstechnologie gibt, die generell „die Beste“ ist. Der optimale Weg in die Zukunft muss von Fall zu Fall definiert werden. Häufig handelt es sich dann um eine Hybridlösung, bei der die Primärtechnologie mit einem anderen Kommunikationstyp vervollständigt wird.

Für weitere detaillierte Einblicke in NB-IoT und LTE-M (CAT-M1) laden Sie unser White Paper herunter: NB-IoT In AMI – Was Hält Die Neue Kommunikationstechnologie Für Das Smart Metering Bereit?

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