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COMMUNICATION INFRASTRUCTURES
Neue Impulse für intelligente Stromnetze
Marc Maurer.
Die Ansprüche an die
intelligenten Stromnetze
der Zukunft sind
immens. So sollen
Smart Grids die Energieeffizienz
verbessern,
die Ausfallsicherheit
der Energieströme erhöhen
und gleichzeitig
erneuerbare Energieressourcen
integrieren.
Von Marc Maurer
Zurzeit entwickeln Energieversorgungsunternehmen
weltweit solche intelligente Netze, die immer
häufiger auf IP/MPLS-Lösungen basieren. Doch die
bestehenden Übertragungsprotokolle und Netzwerkmanagementsysteme
stossen an ihre Grenzen.
Für die intelligenten Stromnetze stellen Datensicherheit
und -schnelligkeit zwei der zentralen
Herausforderungen dar. Zwar werden in künftigen
Smart-Grid-Netzwerken verhältnismässig kleine Datenpakete
von weniger als 1,5 KB die Hauptrolle
spielen, dafür werden diese in gewaltigen Mengen
auftreten. Um Instabilitäten vorzubeugen und die
operativen Kosten zu minimieren, ist es wichtig, die
künftigen Datenströme bereits heute zu verstehen.
Die zu verarbeitenden Daten stammen hauptsächlich
von Kommunikationseinheiten wie den
Phasor Measurement Units (PMU), mit denen Pa-
Neue Dienste mit wenigen Mausklicks. Fotos: Alcatel-Lucent
rameter in den Netzen gemessen und kontrolliert
werden, von Smart Meters, die bei den Kunden platziert
sind, von digitalen Störschreibern sowie von
Frequenz-, Thermal- und Spannungssensoren. Dabei
entstehen kontinuierliche sowie auch ereignisbasierte
Datenströme.
Die aktiven Sensoren sorgen für einen ständigen
Fluss von kleinen Datenpaketen von und zu den
einzelnen Standorten und Kontrollzentren. Die Daten
müssen zeitlich äusserst zuverlässig transportiert
werden. Bevor Daten verschickt werden, müssen die
Kommunikationseinheiten einander authentifizieren.
Um die Vertraulichkeit sicherzustellen, dürfen
die Daten zudem nur für diejenigen Einheiten sichtbar
sein, für die sie gedacht sind.
Aufgrund der begrenzten Rechenressourcen verfügen
die meisten Sensoren und Smart Meters nur
über wenig Kapazität für integrierte Betriebssysteme
und Protokollstapel (Protocol Stacks), weshalb
die notwendige Intelligenz im Netz bezogen werden
muss. Die eingesetzten Übertragungsprotokolle
müssen ausserdem über Schutzeinrichtungen verfügen,
um das Netz vor Cyberangriffen zu bewahren.
Schnell dank intelligentem Smart-Grid-Protokoll
Die Anforderungen an den Datenverkehr in Smart
Grids können aufgrund der genannten Eigenschaften
als stark asymmetrisch beschrieben werden. Die
heute gebräuchlichen IP-Protokolle wie das Transmission
Control Protocol (TCP), Stream Control
Transmission Protocol (SCTP) und User Datagram
Protocol (UDP) werden einigen Smart-Grids-Anwendungen
nur bedingt gerecht, weshalb die Alcatel-Lucent-Forschungsschmiede
Bell Labs derzeit ein
Smart Grid Transport Protocol (SGTP) entwickelt.
Das Smart Grid Transport Protocol ist ein leichtes,
zuverlässiges und sicheres Protokoll, das weniger
Kommunikations-Overhead generiert und gleichzeitig
kürzere Latenzzeiten aufweist. Simulationen
haben ergeben, dass die durchschnittlichen Verzögerungen
beinahe einem Einweg-Übertragungsnetz entsprechen.
Hinzu kommen Sicherheitserweiterungen,
Zertifikate und geheime Schlüssel, mit denen sich die
Datenpakete jederzeit authentifizieren müssen.
56 bulletin 2/2012