Interoperabilität / Standardisierung im Smart Home. DKE/ZVEH Tagung, Lübeck, 6./7. Oktober 2016 Siegfried Pongratz, VDE Institut, Offenbach am Main

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1 Interoperabilität / Standardisierung im Smart Home DKE/ZVEH Tagung, Lübeck, 6./7. Oktober 2016 Siegfried Pongratz, VDE Institut, Offenbach am Main

2 Agenda Smarte Technologien Smart Home Marktentwicklung Interoperabilität als Basis für die Marktentwicklung VDE Testplattform und Prüfanforderungen Konformität und Interoperabilität Smart Home Energiemanagement Smart Meter MessSystem 2020 Zusammenfassung

3 Smart Technologies at a glance e-energy Marketplace of the future Smart Meter Generation Virtual power plant Trade Gateway Smart Grids Transmission grids Electricity distribution grids Gas distribution grids Transit Smart Home ICT = Information and Communications Technology Source: DKE LK Smart Grid ICT Consumption Storage unit e-mobility Copyright VDE-Institut All rights reserved

4 Smart Home Marktentwicklung Deutschland ist ein wichtiger und wachsender Markt für Smart Home- Lösungen, die angeboten werden als Vernetzungstechnologien, Systeme, Plattformen/Ökosysteme, Anwendungen vernetzbare Sensoren, Aktoren, Komponenten, Geräte, Systeme Für 2015 wird für Smart Home-Produkte ein Umsatz von ~3 Mrd. Euro prognostiziert, bei einer Wachstumsrate von ~20% : Anteil Komfort & Sicherheit und Smart Energy: ~1 Mrd. Euro ( ~ +10% p.a.) Anteil Gesundheit und Pflege (AAL): Anteil Entertainment / Private Cloud: ~1 Mrd. Euro ( ~ +25% p.a.) ~1 Mrd. Euro ( ~ +20% p.a.) Quelle: Statista Copyright VDE-Institut All rights reserved

5 Kundenbedürfnisse von heute und morgen bedürfen vernetzter Technologien vernetzte Geräte Quelle: Miele

6 Interoperabilität als Basis für Marktentwicklung Interoperabilität ist eine Anforderung, die in den verfügbaren Smart Home-Lösungen auf unterschiedlichen Ebenen erfüllt wird: Vernetzungstechnologie als gemeinsamer Standard einer Allianz von Herstellern Syntaktische Interoperabilität durch Einhaltung des Protokollstandards (Bsp. KNX) Geschlossenes System eines Herstellers mit proprietärer Vernetzungstechnologie Syntaktische Interoperabilität als notwendiges Produktmerkmal (Bsp. HomeMatic) Gateway-basierte Plattform für die Überbrückung von Vernetzungstechnologien Technologie-übergreifende syntaktische Interoperabilität (Bsp. QIVICON) Technologie- und Hersteller-übergreifende Plattform für die Implementierung von Anwendungen System-übergreifende semantische Interoperabilität (Bsp. EEBus) Offene Integrationsplattform mit Ökosystem und offener API für die Realisierung von SH- Applikationen durch unabhängige Entwickler Semantische Interoperabilität (Bsp. Eclipse SH)

7 Kunden erwarten Zukunftssicherheit Das Wichtigste sind gute funktionierende, interoperable Produkte[...] Aussage von Experte im Interview Den einen Standard wird es nicht geben. Einhellige Auffassung der Teilnehmer bei den Experten-Interviews Quelle: SH2M Initiative 2015/16 Die Basis dafür: Einheitliche Sicherheitsstandards und Gewerke-übergreifende Interoperabilität

8 Globale Player setzen Standards durch Marktdurchdringung Deutschland hat dennoch eine Chance wenn die gemeinsamen Interessen zum Wohle aller Beteiligten gebündelt werden. Quelle: SH2M Initiative 2015/16

9 Zielsetzung der VDE Test-Plattform Smarte Technologien Einheitliche Prüf-Standards Interoperabilität von Systemen und Techniken Datenschutz und Datensicherheit Test- und Prüfverfahren sowie Zertifizierung Informationssicherheit Interoperabilität ist die Fähigkeit von Geräten, Systemen oder Anwendungen, Information auszutauschen Funktionale und die ausgetauschte Information zu verwenden. *) Sicherheit *) DIGITALEUROPE / CENELEC TS 50560

10 Testebenen zur Prüfung der Interoperabilität Use Case Tests Interoperability Tests Conformance Tests According to ETSI conformity assessment Procedure

11 Drei Grundfragen der Interoperabilität 3 Grundfragen der Interoperabilität WAS (Applikationssprache) überträgt WER (Dienste und Geräte) WIE (Applikationsprotokoll & Transportprotokoll) Datenmodell: Als Grundlage der Prüfbarkeit in einem Smart Home in einem Smart Home Copyright VDE-Institute All rights reserved - Christopher Knöll Copyright VDE-Institute 2014 All rights reserved Page: 11

12 Umsetzung der Interoperabilität Tests auf Basis von Use Cases User Stories (1-n) (domänenübergreifend) Im Nachgang: Sammlung über Online-Plattform Use-Case 1: Preisinformation Use-Case 2: Energieprofile Use-Case n: Interface Mapping (WAN) Interface Mapping (HAN) Signal /- Gruppe I/O Signal /- Gruppe dim Signal /- Gruppe PowerSeque. Durch Projektteam Sequenzdiagramme

13 Abbildung der Use Cases / User Stories auf das zu prüfende Smart Home & Building Ecosystem Beispiel TC 57/ WG 21 (TR Use Cases and Requirements) + TR (Technical Specification) Grundlage für erfolgreiches IOP Testing ist immer ein Standard / Norm / Technical Specification der in Testautomat abgebildet ist (Conformance Testing) Quelle: TC 57 / WG 21 (TR ) Zerlegung der Use Cases und User Stories in die IOP- Grundbausteine

14 Abbildung der Use Cases / User Stories auf das zu prüfende Smart Home & Building Ecosystem Beispiel TC 57/ WG 21 (TR Use Cases and Requirements) + TR (Technical Specification) Grundlage für erfolgreiches IOP Testing ist immer ein Standard / Norm / Technical Specification der in Testautomat abgebildet ist (Conformance Testing) Quelle: TC 57 / WG 21 (TR ) Zerlegung der Use Cases und User Stories in die IOP- Grundbausteine

15 Technologische Voraussetzungen sind günstig aber viele Player kämpfen gegen- statt miteinander Allianzen und Initiativen Unternehmensspezifische Lösungen Protokolle Integrations-Plattformen Produkte und Plattformen Situation in 2016 Wir haben bereits sichtbare Erfolge erzielt, aber von Massenmarkt kann bei Licht betrachtet noch keine Rede sein Quelle: SH2M Initiative 2015/16

16 Beispiel für Interoperabilität: EEBus/SPINE* verbindet Technologien als Schnittstelle zwischen Smart Grid und Smarten Technologien *) SPINE: Smart Premises Interoperable Neutral-message Exchange

18 Smart Grid Intelligente Nutzung von Energie im Smart Home Kundennutzen: günstiger Tarif durch erneuerbare Energiegewinnung Quelle: Miele

19 Energiemanagement anhand einer Smart Home - Tagesverlaufskurve Legende Netzstrom morgens vormittags mittags nachmittags abends Batterie Ladung Batterieentladung Einspeisung Überschuss Wärmepumpe Ladesäule Elektroauto Waschmaschine Wasserkocher Radio, etc. Mittagessen kochen Ausgleich aus Batterieentladun g Kochen abends Netz + Batterie Pumpe Funksteckdose Quelle: SMA Elektro auto zurück Thermische Speicher voll Batterie Elektroau to voll Speicherbatterie leer Netzstrom

20 Smart Metering Schlüssel für den Smart Grid/Smart Home Markt Market of the future Energy supplies Energy services Energy trading Production Conventional power stations Renewable energies Hydropower Virtual power plants Metering system (imsys) Smart meter Smart metering system Control box Smart grids Customer Commercial Private Industrial Dynamic tariffs Load management Storage unit Batteries Gas storage/power to gas Pump storage plants emobility Source: VOLTARIS

21 Smarte Technologien Domänen wachsen zusammen Übersicht (vereinfacht) Smart Metering Meter Meter SMGW Backend Actor Smart Home EMGW Backend Sensor Elektromobilität Electric Vehicle Electric Vehicle EVSE Backend

22 Komponenten eines Messsystems (in Deutschland) Smart Meter Smart Meter Gateway Adapter für MID-Zähler Steuergerät für CLS Quelle: PTB

23 Anforderungen an FNN-Basiszähler und FNN-SM-Gateway Zähler MID DIN EN DIN EN WELMEC 7.2 FNN LH Basiszähler LH Konstruktion LH LMN OMS Basiszähler sind am Markt verfügbar Gateway BSI CC-PP-0073 CC-PP-0077 TR PTB PTB-A 50.8 PTB-A 50.7 WELMEC 7.1 und 7.2 FNN LH SMGW Funktionen LH Konstruktion OMS In Vorbereitung

24 Wie prüft das VDE Prüfinstitut die Interoperabilität Einsatz von TTCN-3 Standardisierte Testsprache Bewährt im Mobilkommunikationsbereich Transparent, keine Black Box! Erweiterbar und damit zukunftssicher Flexibel einsetzbar Kundenspezifisch konfigurierbar Vollautomatische Testausführung Label Vergabe auf Grundlage der EEBus/SHIP Spezifikationen

25 Konformitätstest Überprüfung von Schnittstellen Standardisiert von ISO, ITU und ETSI Wird verwendet für die Erstellung von Konformitätstests für einzelne Protokoll-spezifikationen TTCN-3 wird eingesetzt für die Umsetzung und Ausführung von Tests * Testing and Test Control Notation

26 TTCN-3 Code (vereinfacht) 1) Nachrichtenempfang 2) Vergleich der Nachricht mit Template 3) Verdict (Testergebnis) High-level Programmiersprache Vergleichbar mit Java oder C++ Erweiterter Funktionsumfang (u.a. Pattern Matcher)

27 Übersicht FNN Projekt MessSystem2020 FNN-Lastenhefte für Basiszähler LH Basiszähler Funktionale Merkmale LH Basiszähler Konstruktive Merkmale MeKo- Zertifizierungsgruppe Testspezifikation BZ Testspezifikation KGB MeKo-Zertifikat Nachweis für: interoperables Produkt hohe Qualität Marktzugang in Deutschland LH Basiszähler Leitungsgebundene Protokolle Testspezifikation LMN Entwicklung BZ bei Hersteller Entwicklung Testsystem beim VDE

28 VDE Testplattform für Basiszähler VDE-Testsystem FNN-Basiszähler Testsystem-Software TTCN-3-Umgebung FNN-Testfälle Steuerung des Quellensystems HDLC-Bridge Quellensystem Ein- oder Mehrplatzanlage Metrologische Prüfung Kommunikationsprüfung

29 Automation mit Smart Home Use Cases Nachweis von Interoperabilität Testadapter Aktor Y System A SHIP System B SHIP Sensor X beobachtet & vergleicht VDE automatisiertes IOP Test- System Testsuite 2.0 Beispiel: EEBus/SPINE V1.0 Middleware Test API Copyright VDE-Institut All rights reserved

30 Prüfung der Interoperabilität im Smart Home auf Basis EEBus/SPINE*) SPINE Specification SPINE Use Case SHIP Protocol Specification TTCN3 Testsystem Golden Device Network Communication Device Under Test (DUT) VDE TEST-SUITE Test Results: - Fail - Pass - Inconclusive *) SPINE: Smart Premises Interoperable Neutral-message Exchange

31 Remote Testing: im lokalen Kundennetzwerk über remote adaptor - Steuerung durch VDE Customer Network TTCN3 Testsystem Golden Device WWW RA Device Under Test (DUT) RA: Remote Adaptor VDE TEST-SUITE Vorteil: Standortunabhängig Nachteil: Manuelle Bedienung der VDE Test-Suite

32 Zusammenfassung Gewerke-übergreifende Interoperabilität und einheitliche Sicherheitsstandards sind die Basis für die Vermarktung von Smart Home Produkten und Anwendungen VDE bietet umfangreiche Prüf- und Konformitätsbewertungsdienstleistungen für Smart Home Anwendungen und Elektrizitätszähler VDE erarbeitet mit Verbänden, EVUs und Hersteller an der Standardisierung interoperabler Systeme und stellt Prüfsysteme für Kommunikationsprüfungen zur Verfügung

33 Ihr Ansprechpartner Dr. Siegfried Pongratz Leiter Smarte Technologien VDE Institut Phone: Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit VDE Ihr zuverlässiger Partner für Prüfung und Zertifizierung