Effiziente Architekturen und Technologien zur Realisierung von Smart Metering im Bereich der Fernübertragung

Inhaltsverzeichnis

• 1. Einleitung
• 1.1. Motivation und Rahmenbedingungen
• 1.2. Ziele und Abgrenzungen
• 1.3. Vorgehen
• 2. Smart Metering
• 2.1. Definition Smart Metering
• 2.2. Rechtliche Rahmenbedingungen
• 2.2.1. EU-Richtlinien
• 2.2.2. Deutsche Gesetzgebung
• 2.3. Kommunikationspartner
• 2.3.1. Rollenverteilung
• 2.3.2. Sonderfall Deutschland
• 2.4. Basiselemente
• 2.4.1. Grundsätzlicher Systemaufbau
• 2.4.2. Grundlegende Datenstruktur
• 2.5. Konkretisierung des Zielsystems
• 3. Prozessanalyse
• 3.1. Implementierung einer Messstelle
• 3.2. Steuerungsprozesse
• 3.2.1. Fehlerbehandlung
• 3.2.2. Ein- und Ausschaltung
• 3.2.3. Störungsmeldung
• 3.3. Datenmanagementprozesse
• 3.3.1. Zählwertermittlung
• 3.3.2. Produktwechsel
• 3.3.3. Stammdatenänderung
• 3.3.4. Lieferantenwechsel
• 3.3.5. Wechsel des Messstellenbetreibers
• 3.4. Prozessauswertung
• 3.5. Anforderungen der Kommunikationspartner
• 3.5.1. Endverbraucher
• 3.5.2. Verteilnetzbetreiber
• 3.5.3. Messstellenbetreiber
• 3.5.4. Stromlieferant
• 3.6. Zielkennzahlen
• 3.6.1. Bandbreite
• 3.6.2. Latenz
• 3.6.3. Verzögerung-Bandbreite-Produkt
• 3.6.4. Signalreichweite
• 3.6.5. Verfügbarkeit
• 3.6.6. Flexibilität
• 3.6.7. Standardisierung
• 3.6.8. Sicherheit
• 3.6.9. Dienste
• 3.6.10. Kosten
• 4. Szenarioanalyse
• 4.1. Wichtige Einflussfaktoren
• 4.2. Urbanes Szenario
• 4.3. Ländliches Szenario
• 5. Architektur der Netze
• 5.1. Kriterien guter Netzwerkarchitekturen
• 5.1.1. Skalierbarkeit
• 5.1.2. Fehlertoleranz
• 5.1.3. Dienstgüte
• 5.1.4. Netzwerksicherheit
• 5.1.5. Aufwand
• 5.2. Strukturelle Grundgedanken
• 5.3. Existierende Netzwerkkonzepte
• 5.3.1. Asynchronous Transfer Mode (ATM)
• 5.3.2. Frame Relay (FR)
• 5.3.3. Distributed Queue Dual Bus (DQDB)
• 5.3.4. Synchrone digitale Hierarchie (SDH)
• 5.3.5. Ethernet
• 5.4. Netzwerkentwurf
• 5.5. Datenmanagement
• 5.5.1. Meter Data Management System
• 5.5.2. Meter Management System
• 6. Fernübertragungstechnologien
• 6.1. Drahtlose Kommunikation
• 6.1.1. GSM/GPRS
• 6.1.2. UMTS/HSDPA
• 6.1.3. WiMAX
• 6.2. Drahtgebundene Kommunikation
• 6.2.1. Power Line Communication
• 6.2.2. Breitband PLC
• 6.2.3. DSL
• 6.2.4. Lichtwellenleiter
• 6.3. Zusammenfassung
• 7. Gegenüberstellung und Bewertung
• 7.1. Entscheidungsmodelle als Grundlage
• 7.2. Analytic Hierarchy Process
• 7.2.1. Beurteilungsskala und Gewichtung
• 7.2.2. Konsistenzprüfung
• 7.3. Ergebnis
• 7.4. Sensitivitätsanalyse
• 7.5. Handlungsempfehlung
• 8. Weitere Forschungsfelder

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Diplomarbeit untersucht effiziente Architekturen und Technologien für Smart Metering im Bereich der Fernübertragung. Das Hauptziel ist die Entwicklung von Empfehlungen für ein optimales Systemdesign unter Berücksichtigung verschiedener technischer und wirtschaftlicher Faktoren.

• Analyse bestehender Smart Metering-Systeme und deren technologischer Grundlagen
• Bewertung verschiedener Fernübertragungstechnologien (drahtgebunden und drahtlos)
• Entwicklung eines geeigneten Architekturmodells für Smart Metering-Netze
• Untersuchung der rechtlichen Rahmenbedingungen und Anforderungen der Kommunikationspartner
• Kriterien zur Bewertung der Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Smart Metering-Lösungen

Zusammenfassung der Kapitel

1. Einleitung: Dieses Kapitel führt in das Thema Smart Metering ein und beschreibt die Motivation und die Rahmenbedingungen der Arbeit. Es werden die Ziele der Arbeit definiert und das Vorgehen erläutert. Die Motivation wird durch die steigende Bedeutung von Smart Metering im Kontext der Energiewende und der Notwendigkeit effizienter Energieversorgung begründet. Die Ziele fokussieren auf die Analyse und Bewertung von Technologien und Architekturen. Das Vorgehen beschreibt den methodischen Ansatz der Arbeit, von der Literaturrecherche über die Szenarioanalyse bis zur Entwicklung von Handlungsempfehlungen.

2. Smart Metering: Dieses Kapitel bietet eine umfassende Definition von Smart Metering, beleuchtet die relevanten rechtlichen Rahmenbedingungen auf EU- und nationaler Ebene und definiert die beteiligten Kommunikationspartner (Stromversorger, Netzbetreiber, Messstellenbetreiber, Endverbraucher) und ihre jeweiligen Rollen. Es analysiert die Grundelemente eines Smart Metering Systems, inklusive der Datenstrukturen und des Aufbaus. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf den spezifischen Anforderungen und Herausforderungen im deutschen Markt.

3. Prozessanalyse: Das Herzstück dieser Arbeit. Hier wird der Prozess der Implementierung einer Messstelle detailliert analysiert. Die verschiedenen Steuerungsprozesse (Fehlerbehandlung, Ein-/Ausschaltung, Störungsmeldung) und Datenmanagementprozesse (Zählwertermittlung, Produktwechsel, Stammdatenänderungen, Lieferantenwechsel, Betreiberwechsel) werden umfassend untersucht. Die Anforderungen der einzelnen Kommunikationspartner an das System werden dargelegt und relevante Zielkennzahlen wie Bandbreite, Latenz, Verfügbarkeit und Sicherheit definiert und deren Bedeutung für die Systemgestaltung herausgearbeitet. Die Analyse legt den Grundstein für die spätere Bewertung und Auswahl geeigneter Technologien.

4. Szenarioanalyse: In diesem Kapitel werden zwei Szenarien (urban und ländlich) analysiert um den Einfluss verschiedener Umgebungsfaktoren auf die Auswahl der geeigneten Technologie zu bewerten. Die jeweilige Infrastruktur, die Dichte der Messstellen und die topologischen Besonderheiten werden berücksichtigt. Diese Analyse unterstreicht die Notwendigkeit einer flexiblen und skalierbaren Systemarchitektur.

5. Architektur der Netze: Hier werden Kriterien für eine optimale Netzwerkarchitektur definiert und bestehende Netzwerkkonzepte wie ATM, Frame Relay, DQDB, SDH und Ethernet im Kontext von Smart Metering bewertet. Die Analyse fokussiert auf Skalierbarkeit, Fehlertoleranz, Dienstgüte, Sicherheit und den Implementierungsaufwand. Es wird ein Netzwerkentwurf vorgestellt, der die Anforderungen des Smart Metering Systems optimal erfüllt, einschließlich eines detaillierten Datenmanagement-Konzeptes.

6. Fernübertragungstechnologien: Dieses Kapitel bietet eine detaillierte Beschreibung und Bewertung verschiedener drahtloser (GSM/GPRS, UMTS/HSDPA, WiMAX) und drahtgebundener (Power Line Communication, Breitband PLC, DSL, Lichtwellenleiter) Fernübertragungstechnologien. Die Stärken und Schwächen jeder Technologie werden im Hinblick auf die Anforderungen von Smart Metering Systemen analysiert. Der Vergleich ermöglicht die fundierte Auswahl der besten Technologien für die verschiedenen Szenarien.

Schlüsselwörter

Smart Metering, Fernübertragung, Netzwerkarchitektur, Prozessanalyse, Szenarioanalyse, drahtlose Kommunikation, drahtgebundene Kommunikation, GSM/GPRS, UMTS/HSDPA, WiMAX, Power Line Communication, Breitband PLC, DSL, Lichtwellenleiter, Datenmanagement, Sicherheit, Skalierbarkeit, Fehlertoleranz, Rechtliche Rahmenbedingungen, EU-Richtlinien, deutsche Gesetzgebung.

Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Diplomarbeit: Effiziente Architekturen und Technologien für Smart Metering

Was ist der Gegenstand dieser Diplomarbeit?

Die Diplomarbeit untersucht effiziente Architekturen und Technologien für Smart Metering-Systeme im Bereich der Fernübertragung. Das Hauptziel ist die Entwicklung von Empfehlungen für ein optimales Systemdesign unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Faktoren.

Welche Themen werden in der Arbeit behandelt?

Die Arbeit behandelt folgende Themen: Analyse bestehender Smart Metering-Systeme, Bewertung verschiedener Fernübertragungstechnologien (drahtgebunden und drahtlos), Entwicklung eines Architekturmodells für Smart Metering-Netze, Untersuchung der rechtlichen Rahmenbedingungen und Anforderungen der Kommunikationspartner, sowie Kriterien zur Bewertung der Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Smart Metering-Lösungen.

Wie ist die Arbeit strukturiert?

Die Arbeit gliedert sich in acht Kapitel: Einleitung, Smart Metering (Definition, rechtliche Rahmenbedingungen, Kommunikationspartner, Basiselemente), Prozessanalyse (Implementierung, Steuerungsprozesse, Datenmanagementprozesse, Anforderungen der Kommunikationspartner, Zielkennzahlen), Szenarioanalyse (urban und ländlich), Architektur der Netze (Kriterien, existierende Konzepte, Netzwerkentwurf, Datenmanagement), Fernübertragungstechnologien (drahtlos und drahtgebunden), Gegenüberstellung und Bewertung (Entscheidungsmodelle, AHP, Ergebnis, Sensitivitätsanalyse, Handlungsempfehlung) und Schlussfolgerungen/Weitere Forschungsfelder.

Welche rechtlichen Rahmenbedingungen werden betrachtet?

Die Arbeit berücksichtigt die relevanten rechtlichen Rahmenbedingungen auf EU- und nationaler (deutscher) Ebene für Smart Metering.

Welche Kommunikationspartner werden berücksichtigt?

Die Arbeit analysiert die Rollen und Anforderungen folgender Kommunikationspartner: Endverbraucher, Verteilnetzbetreiber, Messstellenbetreiber und Stromlieferant.

Welche Fernübertragungstechnologien werden verglichen?

Die Arbeit vergleicht verschiedene drahtlose Technologien (GSM/GPRS, UMTS/HSDPA, WiMAX) und drahtgebundene Technologien (Power Line Communication, Breitband PLC, DSL, Lichtwellenleiter).

Welche Kriterien werden zur Bewertung der Technologien verwendet?

Die Bewertung der Technologien basiert auf Kriterien wie Bandbreite, Latenz, Verfügbarkeit, Sicherheit, Skalierbarkeit, Fehlertoleranz, Kosten und den Anforderungen der verschiedenen Kommunikationspartner. Es wird auch ein Analytic Hierarchy Process (AHP) eingesetzt.

Welche Architekturmodelle werden betrachtet?

Die Arbeit betrachtet existierende Netzwerkarchitekturen wie ATM, Frame Relay, DQDB, SDH und Ethernet und entwickelt ein eigenes Architekturmodell, welches die Anforderungen an ein Smart Metering System optimal erfüllt.

Welche Szenarien werden analysiert?

Es werden zwei Szenarien analysiert: ein urbanes und ein ländliches Szenario, um den Einfluss unterschiedlicher Umgebungsfaktoren auf die Technologiewahl zu bewerten.

Welche Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen werden gegeben?

Die Arbeit liefert eine fundierte Bewertung der verschiedenen Technologien und Architekturen und gibt Handlungsempfehlungen für die Gestaltung eines optimalen Smart Metering Systems. Es werden auch weitere Forschungsfelder identifiziert.

Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit?

Smart Metering, Fernübertragung, Netzwerkarchitektur, Prozessanalyse, Szenarioanalyse, drahtlose Kommunikation, drahtgebundene Kommunikation, GSM/GPRS, UMTS/HSDPA, WiMAX, Power Line Communication, Breitband PLC, DSL, Lichtwellenleiter, Datenmanagement, Sicherheit, Skalierbarkeit, Fehlertoleranz, Rechtliche Rahmenbedingungen, EU-Richtlinien, deutsche Gesetzgebung.