M2M-Technik für das Smart Home

Drahtlos zum intelligenten Haus

19. März 2013, 7:00 Uhr | Alexander Bufalino, Senior VP Global Marketing bei Telit Wireless Solutions (sis),

Mit M2M-Technik (Machine to Machine) und -Anwendungen bleibt das "Smart Home" keine Zukunftsmusik mehr. Die zunehmende Einführung von Smart Metering zeigt dabei die Richtung, in die die Entwicklung voranschreitet. M2M-Techniken unterstützen die Realisierung innovativer Lösungen, die für eine höhere Effizienz nicht nur im Energiesektor, sondern generell in den Bereichen Gebäude-Management und Haustechnik sorgen - und damit auch den Aufbau eines intelligenten, vernetzten Hauses ermöglichen.In Millionen deutscher Haushalte ist es nach wie vor nötig, jährlich die Zähler für Strom, Gas und Wasser abzulesen. Auf der Basis der Messergebnisse erstellt das zuständige Versorgungsunternehmen dem Kunden dann einmal im Jahr eine Endabrechnung. Dieses sowohl für Verbraucher als auch Energieversorger umständliche Verfahren gehört allerdings zunehmend der Vergangenheit an. Intelligente Strom-, Gas- oder Wasserzähler und M2M-Kommunikation beispielsweise ermöglichen eine Fernablesung und -überwachung der Zählerstände.   Smart Metering auf dem Vormarsch In Deutschland sind Smart Meter noch keine Pflicht. Allerdings müssen Eigentümer bereits seit Anfang 2010 in Neubauten und bei Totalsanierungen intelligente Zähler für Strom und Gas einbauen. Im internationalen Vergleich hat Deutschland damit noch einen Nachholbedarf. In Italien beispielsweise kontrollieren bereits rund 30 Millionen Stromkunden von Enel, Europas zweitgrößtem Stromversorgungsunternehmen, mit M2M-Technik ihren individuellen Stromverbrauch. Smart Meter sind intelligente Zähler zur Verbrauchsmessung, die die Daten per Mobilfunknetz an den Energieversorger weiterleiten. Die Ausrüstung von Wohnungen mit bidirektionalen kommunikationsfähigen Strom- oder Gaszählern ermöglicht ein effizientes Energie-Management. Auf diese Weise können Privathaushalte den aktuellen Verbrauch und die Kosten ihrer Geräte überwachen. Dies eröffnet ihnen auch die Möglichkeit, große "Stromfresser" zu identifizieren und durch energieeffizientere Systeme zu ersetzen. Smart Metering ist dabei der erste Schritt zum Smart Grid. Das intelligente Stromnetz umfasst eine vollständige kommunikative Vernetzung und Steuerung von Einrichtungen zur Energieerzeugung, -übertragung und -verteilung auf der Basis von M2M-Modulen. Damit ermöglicht es Optimierungen in den Bereichen Wirtschaftlichkeit, Umweltfreundlichkeit und Netzsicherheit. Die intelligente Energieversorgung bildet einen wichtigen Bestandteil von "Smart Home". Das intelligente und vernetzte Haus greift jedoch noch viel weiter. Es berücksichtigt auch Aspekte wie Gebäude-Management und -automatisierung oder Haustechnik. Konkrete Beispiele sind die Gebäudesicherung und Zugangskontrollen, Überwachungsanlagen, die Klimatisierung und Heizungssteuerung, die Lichtregulierung oder auch die Automation der Haushaltsgeräte. Basis für die Realisierung des intelligenten Hauses sind dabei die Vernetzung von Geräten, ein kontinuierlicher Datenabgleich sowie die Fernsteuerbarkeit. Und dort spielt auch die M2M-Kommunikation eine wichtige Rolle.   Kommunikationsmodule als Mittelpunkt M2M-Lösungen basieren im Wesentlichen auf drei Komponenten: einem Kommunikationsmodul als zentralem Interface, einem drahtlosen oder kabelgebundenen Netz zur Übermittlung der Daten und einem Datenempfänger. Kernelemente sind dabei die Kommunikationsmodule, die für eine Datenübertragung über Mobilfunk eine SIM-Karte benötigen. Letztere dient zur Identifikation im Netz - analog zu den bekannten SIM-Karten in Mobiltelefonen, Smartphones und anderen mobilen Endgeräten. Der Hersteller Telit beispielsweise unterstützt mit verschiedenen Produktfamilien und Formfaktoren die gesamte Bandbreite von Mobilfunktechniken, angefangen von GSM/GPRS über EDGE und UMTS/WEDGE/HSDPA/HSPA bis zu CDMA und LTE. Auf diese Weise will der Hersteller einen weltweiten und anforderungsspezifischen Einsatz der Module ermöglichen. Die weite Verbreitung von LTE, vor allem in den städtischen Ballungsräumen, unterstützt die zunehmende Nutzung von M2M-Anwendungen. Dieser Mobilfunkstandard ermöglicht deutlich schnellere Down- und Upload-Raten, die besonders datenintensiven M2M-Anwendungen zugutekommen. Mittelfristig werden LTE-Gateways eine wichtige Rolle für das so genannte "Internet der Dinge" spielen, so auch als Sammel- und Vermittlungsstellen in intelligenten Netzen für Privathaushalte, die beispielsweise unterschiedliche Daten zum Energieverbrauch zusammenfassen und anschließend weiterleiten. Abgesehen von den traditionellen 2G-, 3G- und 4G-Mobilfunkstandards gewinnen heute gerade im Bereich Smart Home und dort besonders beim Smart Metering Short-Range-Funktechniken für den Nahbereich wie Zigbee und der Wireless-M-Bus zunehmend an Bedeutung. Diese Kommunikationstechniken ermöglichen einen bidirektionalen Informationsfluss und Datenverkehr, ohne dass dafür Übertragungskosten anfallen. Sowohl Zigbee als auch der Wireless-M-Bus stellen etablierte Standards dar. Dies gewährleistet Interoperabilität zwischen verschiedenen Geräteanbietern. Zigbee-Module finden heutzutage vor allem bei intelligenten Strom-, Gas-, Wasser- und Heizungszählern Anwendung. Die 2002 gegründete Zigbee-Alliance, ein Zusammenschluss von über 200 Unternehmen, fördert dieses Kommunikationsverfahren. Zigbee ist ein High-Level-Kommunikationsprotokoll für Sensor- und Steuernetzwerke, das auf dem IEEE-802.15.4-Standard für Wireless Personal Area Networks (WPANs) basiert. Das Protokoll eignet sich für Funknetzwerke im Nahbereich, die mit einer niedrigen Bandbreite auskommen. Diese Übertragungsgeschwindigkeit reicht für intelligente Stromzähler völlig aus. Bluetooth hingegen ist mit einem Datendurchsatz von bis zu 3 MBit/s dafür fast schon überdimensioniert, Zigbee erreicht eine Datenrate von 250 kBit/s. Zudem zeichnet sich das Kommunikationsprotokoll durch einen geringen Energieverbrauch und günstige Hardwarekosten aus. Als Funkfrequenzen sieht es die Bereiche 868 beziehungsweise 915 MHz sowie 2,4 GHz vor. Bei der Realisierung einer auf dem Übertragungsprotokoll basierenden Smart-Home-Lösung sollten Anwender auf so genannte ZCPs (Zigbee Compliant Platforms) zurückgreifen. Dabei handelt es sich um Module, die die Alliance getestet und zertifiziert hat.   Kostenvorteile durch Mobil- und Nahfunk Ein weiteres Übertragungsprotokoll, das eine immer wichtigere Rolle spielt, ist der Wireless-M-Bus, ein Funkstandard innerhalb des genormten M-Bus-Systems nach EN13757. Mit diesem lassen sich Verbrauchszähler für Heizung, Wasser, Strom und Gas aus der Ferne auslesen. Die Datenübertragung erfolgt dabei überwiegend im 868-MHz-SRD- (Short Range Devices) oder im 433-MHz-ISM-Band (Industrial, Scientific, Medical), zunehmend finden aber auch 169-MHz-Lösungen Anwendung. So hat beispielsweise Telit das Modul ME70-169 entwickelt, das den aktuellsten Wireless-M-Bus-Standard unterstützt und sich speziell für Smart-Metering-Anwendungen im 169-MHz-Frequenzband eignet. Im Unterschied zu Frequenzen von 868 oder 433 MHz bietet es eine wesentlich höhere Leistung. Ein einzelner Zähler überträgt die Daten zunächst an einen Konzentrator vor Ort, der diese sammelt und anschließend von einem Gateway aus über Mobilfunk weiterleitet. Die Zukunft intelligenter Kommunikationsnetze für das Energie- und Gebäude-Management liegt in einer Kombination aus Short-Range-Funktionen und Mobilfunk. Setzen Anwender Short Range ein, können sie die kostenlose Datenübertragung über Funkfrequenzen nutzen und benötigen keine SIM-Karten zur Mobilfunkübertragung.   Gateway-Technik Die Brücke zum Mobilfunknetz baut ein Gateway wie etwa das Telit-GG863-SR-Modul. Dieses verbindet Short-Range- und Mobilfunkfunktionen und ermöglicht zum Beispiel Versorgungsunternehmen die Einrichtung umfangreicher Smart-Metering-Anwendungen. Durch die Integration von Short-Range und Mobilfunk entsteht ein effizientes Kommunikationssystem, das sich neben intelligenten Stromnetzen auch für die generelle Gebäudeautomation eignet. Dies betrifft nicht nur Wohn-, sondern auch Geschäftsgebäude. Anwendungsfälle finden sich zum Beispiel auch bei großen Industrieanlagen, Flugplätzen oder Häfen, da diese eine zentrale Steuerung von Signalsystemen, Klimatechnik, Beleuchtung oder Zugangssystemen benötigen.

LANline.

Lesen Sie mehr zum Thema


Jetzt kostenfreie Newsletter bestellen!

Weitere Artikel zu Centracon

Matchmaker+