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Warum braucht Smart Metering die Mobilfunktechnologie der nächsten Generation?

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Smart Metering ist nicht die naheliegendste Anwendung für die Mobilfunktechnologie der nächsten Generation. Messgeräte brauchen die hohen Datengeschwindigkeiten von bis zu 100 Mbit/s nicht, die für mobiles Videostreaming für Verbraucher konzipiert wurden. Die Menge der gesendeten Daten ist klein, die Übertragungsgeschwindigkeit ist nicht so relevant, aber Betrieb mit niedrigem Energieverbrauch ist wünschenswert. Die meisten Smart Meter‑Implementierungen verwenden heute 2G- oder 3G‑Mobilfunktechnologien, und u‑blox liefert Produkte wie die 2G SARA‑G Familie und die 3G SARA‑U Familie für diese Art von Metering‑Anwendungen. Warum aber fordern einige in der Branche, in der bereits so gut etablierte 2G- und 3G‑Messanwendungen eingesetzt werden, eine Aufrüstung von Smart Meters auf 4G‑Technologien?

Es gibt tatsächlich mehrere gute Gründe, warum 4G‑Technologien wie LTE (Long Term Evolution) für Smart Meters sinnvoll sind. Besonders naheliegend ist, dass durch die Aufrüstung auf den neuesten Stand der Technik die Messgeräte von Versorgungsunternehmen so weit wie möglich zukunftssicher gemacht werden. Da 2G- und sogar 3G‑Netze in einigen Märkten abgeschaltet werden sollen, sind sie einfach nicht vereinbar mit dem jahrzehntelangen Betrieb, der von diesen Messgeräten verlangt wird. Der sicherste Weg, um den Service auch in Zukunft sicherzustellen, ist die Entscheidung für die fortschrittlichste Technologie, die heute verfügbar ist, nämlich LTE. Mobilfunkbetreiber auf der ganzen Welt investieren massiv, um sicherzustellen, dass LTE bis weit in die 2020er Jahre und darüber hinaus funktioniert.

Ein weiterer Grund, warum 4G für Smart Meters sinnvoll ist, liegt darin, dass die neueste Version von LTE die Variante LTE‑M enthält, einen neuen Teil der Spezifikation, der speziell für die Kommunikation zwischen Maschinen entwickelt wurde. LTE‑M-Standards wie Cat 1, Cat M1 und NB1 (auch bekannt als NB‑IoT) wurden für die hohe Anzahl, die geringe Datenkomplexität und den geringen Stromverbrauch weit verbreiteter Sensornetzwerke optimiert, die mit IoT (Internet of Things) verbunden sind. Mobilfunk‑Kommunikationsmodule, die diese neuen Standards unterstützen, sind bereits verfügbar (z. B. unsere Serien LARA‑R2, TOBY‑R2, SARA‑R4 und SARA‑N2, die alle LTE Cat 1, Cat M1 und NB1 unterstützen).

Insbesondere Cat M1 ermöglicht es LTE, kostengünstig Anwendungen mit niedriger Datenrate in einer Vielzahl von IoT‑Anwendungen zu unterstützen. Seine Reichweite beträgt bis zu 100 km bei einer maximalen Datenrate von ca. 1 Mbit/s und seine Energieeffizienz bedeutet, dass ein Messgerät bis zu 10 Jahre mit einer Batterie betrieben werden kann. Während eine maximale Datenrate von 1 Mbit/s für die Übertragung von Informationen zum Energieverbrauch in den eigenen vier Wänden übertrieben erscheinen mag, gibt es Zeiten, in denen eine höhere Datenrate erforderlich ist, z. B. wenn das Versorgungsunternehmen die Firmware des Messgeräts aktualisieren muss. Derartige Updates sind unerlässlich, wenn Messgeräte über Jahrzehnte ein hohes Mass an Betriebssicherheit bieten sollen. Die Firmware muss aktualisiert und gepatcht werden, um vor gross angelegten Angriffen wie von Hackern oder Terroristen zu schützen und Manipulationen durch skrupellose Benutzer zu verhindern, die die Beträge auf ihren Abrechnungen senken wollen.

Der Vergleich von LTE Cat M1 mit einigen der anderen Netzwerktechnologien mit geringem Energieverbrauch (wie etwa LoRaWAN) unterstreicht die Eignung von Cat M1 für die Messdatenerfassung. Mobilfunkstandards sind bereits weltweit eingeführt, wobei mehr als 300 LTE‑Netze in 110 Ländern mit einem sehr hohen Prozentsatz der besiedelten Gebiete eingesetzt werden und die Mobilfunkbetreiber für die Installation und Wartung der gesamten Netzinfrastruktur verantwortlich sind. Diese Netzwerke sind weltweit interoperabel und einfach in Abrechnungssysteme zu integrieren. Im Vergleich zu anderen Netzwerktopologien, wie z. B. der Verbindung von Zählern mit dem Internet über Wi‑Fi‑Verbindungen zuhause, bietet das Mobilfunknetz ausserdem eine hervorragende Zuverlässigkeit.

Mobilfunkstandards bieten ein Mass an Interoperabilität mit Verbraucher‑Endgeräten, das eine einfache bidirektionale Kommunikation zwischen Smart Meters und Smart Home‑Geräten, die Energie verbrauchen, ermöglicht. Man könnte dadurch Geräte ausserhalb der Spitzenzeiten einschalten, um die Stromrechnungen der Verbraucher zu senken. Im Vergleich zu Cat 1 hat Cat M1 eine grössere Reichweite (155.7 dB MCL), so dass die Signale mehr Wände und Böden durchdringen können, um eine Verbindung überall in den eigenen vier Wänden zu ermöglichen. Der Betrieb in Mobilfunknetzwerken ermöglicht auch eine einfache Verbindung mit Diensten ausserhalb des Haushalts, die jetzt oder in Zukunft mit dieser Technologie kommunizieren. Dies könnte dazu beitragen, Messgeräte von Versorgungsunternehmen in ein Netzwerk einzubinden, das Müllabfuhrdienste umfasst (intelligente Mülltonnen),Parkplatzsteuerungen, Strassenbeleuchtung und viele andere.

Während 4G im Smartphone‑Format für Verbraucher nicht die richtige Wahl für Dienste mit niedriger Datenrate ist, hat die Einführung des LTE‑M-Standards die 4G‑Mobilfunktechnologie aus technischen und wirtschaftlichen Gründen sowie wegen ihrer Reichweite zum Spitzenreiter für die Konnektivität intelligenter Messgeräte von Versorgungsunternehmen gemacht. Die neuen Machine‑to‑Machine‑Standards von LTE garantieren auch die Unterstützung der Mobilfunkbetreiber bei der Messung des Datenverkehrs jetzt und in den kommenden Jahren.