Sektor-übergreifende Standardisierung von Kommunikations-Schnittstellen für Smart Metering Systeme

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1 Sektor-übergreifende Standardisierung von Kommunikations-Schnittstellen für Smart Metering Systeme Ortwin Pfaff Mainz-Kastel, 11. Oktober 2013 Normenausschuss Heiz- und Raumlufttechnik Fortschritte und Ausblicke in der Normung

2 Übersicht Einführung Smart Metering und EU-Mandat M/441 Umsetzung des Mandats Rolle des CEN/TC 294 Beteiligte Sektoren in M/441 Beispiel: Definition einer Referenz-Architektur Beispiel: Spezifikation von Anwendungsfällen In Arbeit: Datenschutz und -Sicherheit Auswirkungen und Ausblick 2

3 Einführung Smart Metering Smart Meter intelligente Zähler bzw. Messgeräte für Energie (Strom, Wasser, Gas, Wärme,..) Speicherung von Verbrauchswerten/ Leistungsbedarf in kurzen Zeitintervallen (Lastgang, Tarifregister) kommunikationsfähig (u.a. für Fernablesung) ermöglicht Fernschaltung von Verbrauchern Smart Metering System Zähler / Messgeräte Kommuni- kations- System DV - System 3

4 Smart Metering und EU-Mandat M/441 Ziele Europäische Union (EDL-Richtlinie 2006/32/EG Endenergieeffizienz und Energiedienstleistungen, EU-Aktionsplan 2008, usw.) Reduzieren Treibhausgasemission (-20%) Steigerung der Energieeffizienz (+20%) Erhöhung Anteil erneuerbarer Energieträger(>20%) Aufträge an Organisationen zur weiteren Konkretisierung in Teilgebieten Beispiel: Smart Metering = Intelligent Energie sparen 4

5 Smart Metering und EU-Mandat M/441 Mandat M/441 an CEN, CENELEC und ETSI Ziel Sensibilisierung der Energie-Endabnehmer (Kunden) über aktuellen Verbrauch zur zeitnahen Anpassung ihres Bedarfs Unterstützende Massnahmen - Europäische Standards ermöglichen Interoperabilität der Verbrauchszähler zur Kommunikation - Lösungen als modulare, teil- oder vollintegrierte Instrumente - Architektur: Offen, skalierbar, Adaption neuer Kommunikations-Medien - Sicherer Datenaustausch 5

6 Umsetzung des EU-Mandats M/441 Leading technical Committees Quelle: Smart Metering Coordination Group 6

7 Rolle des CEN/TC 294 in SMCG CEN/TC 294 als eines der Leading Committees Arbeitsbereich seit Gründung 1992 Kommunikationssysteme für Zähler und deren Fernablesung Grundideen - Zählerkommunikation nicht nur für Zählerauslesung - folgt der Einteilung in ISO/OSI-Schichten - beschreibt mehrere (alternative) Lösungen - ist offen für technische Neuerungen Smart Meter Coordination Group SMCG Coordination of "associated meter TCs" CEN/TC 92 "Water meters" CEN/TC 176 "Heat meters" CEN/TC 237 "Gas meters" CEN/TC 294 Responsible for EN13757-x Managing Working Groups Working Group 2 Working Group 4 Working Group 5 Collaboration with "main responsible TCs" CLC/TC 205 CLC/TC 13 ETSI/TC M2M ETSI/ TC ERM/TG 28 Quelle: CEN/TC 294 7

8 Übersicht Einführung Smart Metering und EU-Mandat M/441 Umsetzung des Mandats Rolle des CEN/TC 294 Beteiligte Sektoren in M/441 Beispiel: Definition einer Referenz-Architektur Beispiel: Spezifikation von Anwendungsfällen In Arbeit: Datenschutz und -Sicherheit Auswirkungen und Ausblick 8

9 Beteiligte Sektoren in M/441 (1) Sektor Allg. Bedeutung: Ausschnitt (von lat. Sector = Schneider ) CEN Definition Sektor (indirekt): Über ein einzelnes Technisches Kommittee hinausgehend M/441 Auftraggeber: DG Enterprise and Industry (ENTR) an Technische Kommittees in CEN CENELEC ETSI Weitere Sektor-Formationen EU-Ebene => zusätzlich 2 Directorate General beteiligt - Energy (ENER) EU Kommision - Connect (CNECT) ENER CNECT ENTR 9

10 Beteiligte Sektoren in M/441 (2) Weitere Sektor-Formationen System - System-Abgrenzung zu Home Automation und Smart Grid - Einbindung in verschiedene System-Ebenen Messung - Übertragung - Zentrale Smart Metering system Smart Grid system Home automation system Datenübertragung & Schnittstellen - Datentransport mobil, Lokal- und Weitverkehrsnetz - Varianten für Funk- oder Draht- Übertragung Quelle: SMCG TR50572 Energie-Art / Messgeräte - Elektrizität, Gas, Wasser, Wärme Zähler / Messgeräte Kommuni- kations- System DV - System 10

11 Übersicht Einführung Smart Metering und EU-Mandat M/441 Umsetzung des Mandats Rolle des CEN/TC 294 Beteiligte Sektoren in M/441 Beispiel: Definition einer Referenz-Architektur Beispiel: Spezifikation von Anwendungsfällen In Arbeit: Datenschutz und -Sicherheit Auswirkungen und Ausblick 11

12 Beispiel: Referenz-Architektur (1) Wie startet gemeinsame Arbeit an Schnittstellen-Definitionen für unterschiedliche Bereiche? Nationale Infrastrukturen, regulatorische Vorgaben Nah- und Fernbereichsnetze Städtische oder ländliche Gebiete Energie-Sparten und Zählertypen Kommunikationsgeräte, Zentralen-Programme, Services Quelle: SMCG Präsentationen 12

13 Beispiel: Referenz-Architektur (2) Vereinbarung auf abstrakte Ebenen zwischen Messung und Zentrale nur Funktionen und Schnittstellen Keine physische Ausprägung (Gehäuse, Module,..) Quelle: SMCG TR50572 Definition: Funktionale Referenz-Architektur 13

14 I I Beispiel: Referenz-Architektur (3) 1. Ergebnis:Projektion der speziellen Anforderungen auf Referenz-Architektur MID requirements Metrology Display Additional functions Simple external consumer display Home automation functions Meter communication functions H1 HA communication functions G1 C no local network WAN NN H3 N Neighborhood Network Access Point (NNAP) G1 G2 AMI Head End System MID requirements Metrology Display Additional functions Simple external consumer display Home automation functions Meter communication functions H1 HA communication functions G1 M no neighbourhood network WAN G1 LN Local Network Access Point (LNAP) L H2 G1 AMI Head End System Multiple Meter Communications Quelle: SMCG TR

15 Beispiel: Referenz-Architektur (4) 2. Ergebnis: Schnittstellen als Grundlage zur Arbeitsteilung in Standardisierung Zuordnung koordinierender TCs zur Schnittstellen Standardisierung in Zusammenarbeit mit anderen TCs Quelle: SMCG TR

16 Übersicht Einführung Smart Metering und EU-Mandat M/441 Umsetzung des Mandats Rolle des CEN/TC 294 Beteiligte Sektoren in M/441 Beispiel: Definition einer Referenz-Architektur Beispiel: Spezifikation von Anwendungsfällen In Arbeit: Datenschutz und -Sicherheit Auswirkungen und Ausblick 16

17 Beispiel: Anwendungsfälle (1) Was ist ein Anwendungsfall (use case)? B C D Ein Weg zur Modellierung des funktionalen Verhaltens eines Systems Metering End Device (E / G W H) MID requirements Additional Metrology Display functions I Meter communication functions G1 C M Simple external consumer display H1 Home Automation End Device Home automation functions HA communication functions L WAN NN LN Local Network Access Point (LNAP) H2 H3 E Beschreibt die Interaktion EXTERNER Nutzer mit System G1 C G2 C Neigbourhood Network Access Point (NNAP) AMI Head End System N A Quelle: SMCG Smart Metering use cases Enthält technische Anforderungen für diese Interaktionen und den Bezug zu den relevanten Standards Wird in standardisiertem Schema (IEC) dokumentiert 17

18 Beispiel: Anwendungsfälle (2) Ziel: Definition von Anwendungsfällen Identifizieren von Lücken in Kommunikations-Standards & Architektur-Details zur Ergänzung von Funktionen, Datenmodellen und Protokollen Vermeiden von duplizierten und widersprüchlichen Spezifikationen zwischen Technischen Kommittees und EU Mitgliedstaaten Abgleichen von Definitionen zwischen TCs während Lösungserarbeitung 18

19 Beispiel: Anwendungsfälle (3) Ausgangspunkt sind Grund-Funktionen wie Informationen aus einem Gerät lesen Informationen in ein Gerät schreiben Verknüpfung in Anwendungsfällen zu Abläufen mit Akteuren und den wirkenden Systemkomponenten: Abrechnung: Lesen aktueller Zählerstand aus Messgerät Typischer Klärungsbedarf Welche Daten gehören dazu? Wie lange darf die Abfrage dauern? Welche Reaktionen im Fehlerfall? Datenschutz-Massnahme? Actor A BI.01. Obtain meter reading on demand Includes SU3. Read meter Actor B Quelle: SMCG Smart Metering use cases 19

20 Beispiel: Anwendungsfälle (4) Ergebnis der Zusammenarbeit Gesamt 19 generische Anwendungsfälle >200 Technische Anforderungen Strukturierte Informationen Als Hilfsmittel in Standardisierung CEN CENELEC - ETSI zur Evaluierung der Standards und deren Weiterentwicklung zur weiteren Detaillierung auf spezifische Konfigurationen, nationale Ebene oder Unternehmensprozesse zur Ergänzung für neue Funktionen und Services im Smart Metering System Anwendungsfälle als dynamischer Prozess! Quelle: SMCG Smart Metering use cases 20

21 Übersicht Einführung Smart Metering und EU-Mandat M/441 Umsetzung des Mandats Rolle des CEN/TC294 Beteiligte Sektoren in M/441 Beispiel: Definition einer Referenz-Architektur Beispiel: Spezifikation von Anwendungsfällen In Arbeit: Datenschutz und -Sicherheit Auswirkungen und Ausblick 21

22 In Arbeit: Datenschutz & -Sicherheit (1) Im Fokus für Informations-/Kommunikationstechniken (IKT) zwischen Geräten und Software-Systemen: Europäische Grundforderungen - Datenschutz - Schutz kritischer Infrastrukturen - Regulatorische Leitlinien Nationale Situation - Häufig existieren bereits auf Smart Metering anwendbare Gesetze und Regelungen aus IKT-Bereich Gestaltungsprinzipien - Sicherheit schon in Architektur und Design, nicht erst später ergänzen - Ansatz Cyber security : Methoden aus Internet & PC-Welt - lange Einsatzdauer der Smart Metering Komponenten - Regelmäßige Überprüfung auf Sicherheitslücken mit Folgemassnahmen 22

23 In Arbeit: Datenschutz & -Sicherheit (2) Sicherheitskonzept mit Orientierung am Architektur-Modell Einbeziehung weiterer Sektoren Nutzen von Verfahren und bewährter Praxis aus anderen Bereichen (Bank: Kreditkarten, POS-Terminals; TK-Branche: SIM-Karten, Mobilfunk) Juristische Bewertung von Prozessen im Smart Metering System Datenverarbeitung Datenerhebung Fernmessen Empfehlungen der EU Task Force für Sicherheit im Smart Grid Zähler / Messgeräte Kommuni- kations- System DV - System Verwenden publizierter kryptographischer Elemente ausgewiesener Expertenkreise (NIST (USA), BSI (DE), ) 23

24 Übersicht Einführung Smart Metering und EU-Mandat M/441 Umsetzung des Mandats Rolle des CEN/TC294 Beteiligte Sektoren Beispiel Definition einer Referenz-Architektur Beispiel Spezifikation von Anwendungsfällen In Arbeit: Datenschutz und -Sicherheit Auswirkungen und Ausblick 24

25 Auswirkungen und Ausblick (1) Nationale Nutzung sektor-übergreifender Ergebnisse Auswahl und Kombination der Elemente aus Standards, die für die nationalen Gegebenheiten relevant sind physisch (Geographie, Gebäude-Strukturen, System- Architektur) gesetzlich (Metrologie, Regulatorisch, Datenschutz usw.) Geschäftsprozesse beteiligter Unternehmen => Ableitung nationaler Spezifikation aus EN Standards Deutschland: DIN und DKE Spiegelgremien OMS Gruppe 25

26 Auswirkungen und Ausblick (2) DIN und DKE Spiegelgremien Nationaler Spiegel des CEN/TC 294 ist NA des DIN: Information und Abstimmung interessierte Kreise Beratung nationaler Strategien und Stellungnahmen Open Metering System (OMS) Gruppe Organisation von FIGAWA, ZVEI und KNX (2008) Aufgabe: Definition einer allgemeinen herstellerunabhängigen Spezifikation auf Basis EN Standards für DE OMS verbessert Standards => Rückfluss in CEN/TC 294 und M/441 Arbeitsprogramm OMS Zertifizierung: stellt Interoperabilität von Geräten sicher 26

27 Auswirkungen und Ausblick (3) Weiterhin zentrale Themen im M/441 Kontext für marktfähige Komponenten als Voraussetzung zum grossflächigen Einsatz (Roll-out) Fortsetzung sektor-übergreifende Normungsarbeiten zur Umsetzung von Datenschutz und Sicherheit Herausforderung durch - EU-Richtlinien und nationale Gesetze: aktuell in Überarbeitung - Zukunftsicherheit durch Anpassungsfähigkeit an neue Verfahren CEN Aspekt: Besonderes Spannungsfeld für Messgeräte und Kommunikation mit Batteriebetrieb und begrenzter Rechen- & Speicherleistung Qualifizierung und Zertifizierung von System-Komponenten 27

28 Auswirkungen und Ausblick (4) Auswirkungen - Künftige Bedarfe Smart Metering Neue Service-Funktionen / Neue Qualität der Energiedaten Smart Grid Referenzen der 1. Stunde: Übernahme der Smart metering standards Haus-Automatisierung & Gebäude-Management Smart Metering Übertragungsprotokolle bis zu Übergabe-Punkten Smart Cities mit zusätzlichen System-Bereichen Mobilität, Logistik, Sicherheit usw. 28

29 Auswirkungen und Ausblick (5) System-Ansatz = Wachsende Komplexität in Standardisierung Ausweitung der interessierten Kreise und Organisationen Lösungsansätze - durch neue Methoden und Werkzeuge - durch Analogien und Erfahrungsaustausch aus und mit anderen Sektoren Zielgerichtete Unterstützung der Fachgremien durchtechnik- und Methoden-Experten sowie Moderatoren 29

30 Literatur Standardisierung Smart Metering Coordination Group - Technical report (2011) t.aspx oder martmetering.html - Final Report (2012) ault.aspx Open Metering System (OMS) 30

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Ortwin Pfaff Senior Specialist Standardisation 31