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Die Erfindung betrifft einen Kommunikationsadapter, ein Kommunikationssystem, ein Verfahren, sowie ein Computerprogrammprodukt.
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In der Entwicklung zukünftiger, intelligenter und hochflexibler Energiesysteme werden die agierenden Akteure und Anlagen untereinander vernetzt sein und im ständigen Informationsaustausch stehen. Im Zuge der immer größeren Gesamtleistung von vielen Millionen, überwiegend steuerbaren, Kleinanlagen kommt den sogenannten „Smart Meter Gateways“ (SMGW) eine immer größere Bedeutung zu. Smart Meter Gateways bilden die zentrale Kommunikationseinheit eines intelligenten Messsystems und werden nach den Vorgaben des deutschen Bundesamtes für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) entwickelt.
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Wie in der technischen Richtlinie BSI TR-03109-1 in der Version 1.1 vom 17. September 2021 festgelegt wurde, muss ein SMGW mindestens drei physische Schnittstellen bereitstellen. Bei diesen drei Schnittstellen handelt es sich zum einen um das lokale metrologische Netz (Local Metrological Network, LMN), in dem das Smart Meter Gateway mit den angebundenen Messeinrichtungen für Stoff- und Energiemengen eines oder mehrerer Anschlussnutzer kommuniziert. Dabei kommunizieren diese Messeinrichtungen ihre Messwerte über das lokale metrologische Netz an das Smart Meter Gateway. Ferner muss das Smart Meter Gateway eine Schnittstelle zum Weitverkehrsnetz (Wide Area Network, WAN) bereitstellen, in dem das Smart Meter Gateway mit dem Smart-Meter-Gateway-Administrator (GWA) und den externen Marktteilnehmern (EMT) kommuniziert. Ebenfalls vorhanden sein muss eine Schnittstelle zum sogenannten Heimnetz (Home Area Network, HAN). Im Home Area Network eines oder mehrerer Anschlussnutzer kommuniziert das Smart Meter Gateway mit den steuerbaren Energieverbrauchern bzw. Energieerzeugern. Des Weiteren stellt das Smart Meter Gateway Daten sowohl für den Anschlussnutzer als auch für den Servicetechniker bereit.
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Neben der Fernsteuerung von Anlagen, der Anbindung des Wide Area Networks und der Ladeinfrastruktur sollen Smart Meter Gateways auch die spartenübergreifende Messung in Gebäuden und Gebäudekomplexen ermöglichen, wie dies im Liegenschaftsmodell im Messstellenbetriebsgesetz (MsbG) gefordert wird.
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Dabei bestehen wegen der starken Vernetzung der Anlagen einerseits und strengen Datenschutzvorgaben andererseits hohe Anforderungen an die Kommunikation der einzelnen Teilnehmer der Netzwerke untereinander.
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Während pro Liegenschaft in der Regel nur ein einziges Smart Meter Gateway verwendet wird und dessen Sicherheitsstandards durch die Zertifizierung nach § 22 Messstellenbetriebsgesetz festgelegt sind, gibt es in Bezug auf die Messeinrichtungen eine Vielzahl von möglichen Geräten und messbaren Größen. Insbesondere kann vorgesehen sein, den Verbrauch, insbesondere von Strom, Gas, Wärme, Warmwasser und Kaltwasser, für jeden Mieter oder Eigentümer einer Liegenschaft separat zu erfassen und abzurechnen. Dies wird auch als „Submetering“ bezeichnet.
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Diese entsprechenden Messeinrichtungen können ein lokales metrologisches Netzwerk bilden. Beispielsweise kann neben dem Strom-, Gas-, sowie Warmwasser- und Kaltwasserverbrauch auch die Stellung von Fenstern, Türen, der Status von Rauchmeldern, Glasbruchwarnern, Verbrauchern oder weitere, sekundäre Messungen wie (GPS)-Position, Luftdruck etc. der einzelnen Geräte gemessen werden. Ebenso groß wie die Vielzahl an Geräten ist die Menge an Datenformaten und Übertragungsprotokollen, mit denen diese kommunizieren können, was in Bezug auf die Sicherheit bzw. noch wirtschaftlich sichere Betreibbarkeit der Netzwerke eine große Herausforderung darstellt.
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Hinzu kommt, dass diese Geräte oftmals in den Liegenschaften weiträumig verteilt sind. Wenn beispielsweise mehrere Etagen jeweils zumindest eine Messstelle aufweisen, kann sich so der Aufwand zum Abrufen der Messdaten über das Smart Meter Gateway enorm erhöhen.
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Das führt in der Regel dazu, dass eine direkte Verbindung der Messstellen mit dem Smart Meter Gateway nicht oder nur mit hohem Aufwand und hohen Kosten herstellbar ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, voranstehende, aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kommunikationsadapter, ein Kommunikationssystem, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen, bei dem die Sicherheit der Kommunikation der Netzwerkteilnehmer gewährleistet, die Intelligenz des Netzwerkes erhöht und eine Vielzahl von Verbindungen mit Messstellen auch über größere Abstände, insbesondere innerhalb einer einzelnen Liegenschaft, wirtschaftlich und sicher gewährleistet ist.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Kommunikationsadapter mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17, sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 18. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem, dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Kommunikationsadapter zur Signalübertragung, insbesondere zur Datenübertragung zu einem Smart-Meter-Gateway, vorgesehen. Dieser Kommunikationsadapter umfasst eine Erfassungsschnittstelle, welche dazu ausgeführt ist, mit einem Datenaufnehmer verbunden zu werden und Daten über eine Datenverbindung zu empfangen. Ferner weist der Kommunikationsadapter eine Gatewayschnittstelle auf, welche dazu ausgeführt ist, mit einem Gateway in ein lokales metrologisches Netz über eine LMN-Kante eingebunden zu werden. Ebenfalls hat der Kommunikationsadapter eine Adapterschnittstelle, welche dazu ausgeführt ist, mit einem weiteren Kommunikationsadapter über eine LMN-Bus-Kante verbunden zu werden. Durch die LMN-Bus-Kante ist eine Kaskade mit dem weiteren Kommunikationsadapter im lokalen metrologischen Netz bildbar.
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Unter einem Kommunikationsadapter im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere ein Gerät verstanden, welches dazu ausgeführt ist, zumindest Signale zu empfangen, zu verarbeiten, zu konvertieren oder weiterzuleiten. Insbesondere handelt es sich beim Kommunikationsadapter um ein physikalisch ausgeformtes Gerät und nicht etwa um eine virtuelle Einheit, in dem lediglich ein physikalisch ausgeformtes Gerät simuliert wird.
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Die Erfassungsschnittstelle gemäß der Lehre der Erfindung kann mit einem Datenaufnehmer verbunden werden und zumindest Daten von diesem Datenaufnehmer empfangen oder an diesen senden. Unter einem Datenaufnehmer kann beispielsweise ein Zähler oder ein Sensor verstanden werden, wie nachfolgend im Zusammenhang mit dem Kommunikationssystem noch weiter erläutert wird. Über die Erfassungsschnittstelle können demzufolge insbesondere Daten, insbesondere in Form von Messwerten, empfangen werden.
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Unter einer Gatewayschnittstelle im Sinne der Erfindung soll ein Kommunikationsinterface aufgefasst werden, welches dazu ausgeführt ist, mit einem Vermittlungsgerät innerhalb eines lokalen metrologischen Netzes über eine lokale metrologische Netzverbindung eingebunden zu werden. Ein Vermittlungsgerät kann dabei als Gateway, also als Hardwarekomponente aufgefasst werden, welche zwischen zumindest zwei Systemen eine Verbindung herstellt, wobei insbesondere die Systeme den jeweils anderen Kommunikationspartner nicht direkt kennen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Gateway als Smart Meter Gateway, insbesondere als genormtes Smart Meter Gateway, ausgeführt ist. Bei der Norm kann es sich um die BSI TR-03109-1 in der Version 1.1 vom 17. September 2021 oder die aktuell geltende entsprechende Norm handeln.
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Mit einer LMN-Kante im Sinne der Erfindung ist eine Verbindung gemeint, welche zwei Knoten in einem lokalen metrologischen Netz verbindet. Dabei wird eine LMN-Kante grundsätzlich zwischen zwei Knoten im lokalen metrologischen Netz gebildet, unabhängig davon, um welche Geräte es sich bei den Knotenpunkten handelt. Auch das lokale metrologischen Netz kann gemäß der technischen Richtlinie BSI TR-03109-1 in der Version 1.1 vom 17. September 2021 oder der aktuell geltenden entsprechenden Norm spezifiziert sein.
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Unter einer Adapterschnittstelle gemäß der Erfindung soll mit anderen Worten eine Schnittstelle verstanden werden, welche es erlaubt, zumindest einen weiteren Kommunikationsadapter oder einen erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter in das LMN Netz einzubinden.
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Die Erfassungsschnittstelle, die Gatewayschnittstelle und die Adapterschnittstelle können sowohl als ausschließlich virtuelle Einheiten bzw. Interfaces, als auch als physikalisch ausgeformte Schnittstellen, insbesondere als Stecker bzw. Buchse ausgebildet sein. Dabei kann sowohl für jede Schnittstelle eine eigene physikalisch ausgeformte Schnittstelle als auch eine gemeinsame physikalisch ausgeformte Schnittstelle vorgesehen sein. Die Schnittstellen können als auswechselbares Datenschnittstellenmodul ausgeführt sein. Dies bietet den Vorteil, dass bei einer Umstellung des Netzwerkes nicht der Kommunikationsadapter insgesamt getauscht werden muss, wodurch die Kosten reduziert werden.
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Dadurch, dass die Adapterschnittstelle dazu geeignet ist, den Kommunikationsadapter über die LMN-Bus-Kante zumindest mit einem weiteren Kommunikationsadapter oder einem erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter zu verbinden ist eine Kaskade, also eine Reihenschaltung von Kommunikationsadaptern im lokalen metrologischen Netz bildbar.
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Die Adapterschnittstelle kann als drahtgebundene LMN-Schnittstelle ausgeführt sein. Hierdurch lässt sich eine besonders sichere Übertragung gewährleisten, auch bei einer längeren Kette von Kommunikationsadaptern.
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Der weitere Kommunikationsadapter kann als erfindungsgemäßer Kommunikationsadapter ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass der weitere Kommunikationsadapter anders ausgeführt ist als der erfindungsgemäße Kommunikationsadapter. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der weitere Kommunikationsadapter eine Adapterschnittstelle aufweist, mit welcher er mit zumindest einem erfindungsgemäßen oder weiteren Kommunikationsadapter über eine LMN-Bus-Kante verbindbar ist.
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Insgesamt wird durch den erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter der Vorteil erreicht, dass der Kommunikationsadapter als Bus für die weiteren bzw. erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter im lokalen metrologischen Netz dienen kann. Dadurch kann die Reichweite des Kommunikationsadapters bzw. des lokalen metrologischen Netzes erheblich erhöht werden, wobei geringere Kosten entstehen, als wenn die einzelnen Datenaufnehmer alle mit dem gleichen Kommunikationsadapter verbunden oder mit dem Gateway verbunden werden würden.
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Folglich wird durch die LMN-Bus-Kante bzw. die in Reihe geschalteten Kommunikationsadapter ein System zur Datenübertragung zwischen mehreren Teilnehmern über einen gemeinsamen Übertragungsweg gebildet. Mit anderen Worten kann durch die Adapterschnittstelle und die Verbindung der Knoten in Form von Kommunikationsadaptern über die LMN-Bus-Kante ein lokales metrologisches Netz mit einer Bus- oder Linien- oder Hybridtopologie ausgebildet werden. Dabei bietet eine Bustopologie den Vorteil, dass die Kosten reduziert und die Verkabelung und gegebenenfalls eine Netzwerkerweiterung vereinfacht werden.
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Insbesondere kann sich die Bustopologie auf den Strang von hintereinandergeschalteten Kommunikationsadaptern beschränken, und der Rest des lokalen metrologischen Netzwerkes mit einer anderen Topologie ausgebildet sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Adapterschnittstelle lediglich dazu ausgeführt ist, einen einzigen weiteren Kommunikationsadapter über die LMN-Bus-Kante zu verbinden. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass nicht mehrere Kommunikationsadapter oder weitere Kommunikationsadapter an die Adapterschnittstelle stromabwärts des Gateways anschließbar sind. Dabei wird unter stromabwärts die gedachte Netzwerkverbindung ausgehend vom Gateway hin zu den Kommunikationsadaptern bezeichnet. Mit jedem weiteren Kommunikationsadapter im lokalen metrologischen Netzwerk, der stromabwärts an die Kette der Kommunikationsadapter gehängt wird, werden die Vorteile der Bustopologie weiter verstärkt und insbesondere weitere Kosten eingespart. Es kann vorgesehen sein, dass der Kommunikationsadapter stromaufwärts und stromabwärts mit einem Kommunikationsadapter oder einem weiteren Kommunikationsadapter über die Adapterschnittstelle verbindbar ist.
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Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass über die Adapterschnittstelle eine einzige LMN-Bus-Kante mit dem weiteren Kommunikationsadapter bildbar ist. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass über die Adapterschnittstelle lediglich ein weiterer Kommunikationsadapter in das lokale metrologischen Netzwerk einbindbar ist. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass über die Adapterschnittstelle lediglich eine Bustopologie realisierbar ist, wodurch besonders effizient die Kosten bei der beim Aufbau bzw. bei der Erweiterung des Netzwerkes reduziert werden können.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass zumindest die LMN-Bus-Kante oder die LMN-Kante zumindest als eine Drahtverbindung oder eine Funkverbindung ausgeführt ist. Mit anderen Worten kann die physikalisch ausgeführte Verbindung zwischen dem erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter und zumindest einem weiteren Kommunikationsadapter oder einem erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter, oder zwischen dem Kommunikationsadapter und dem Gateway zumindest über eine Drahtleitung erfolgen, die zur Datenübertragung genutzt wird, oder über elektromagnetische Wellen, mit denen die Daten übertragen werden.
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Die Drahtleitung kann insbesondere als elektrischer Leitung ausgebildet sein. Derartige Datenübertragungen über elektrische Leitungen, insbesondere im Niederspannungsnetz, sind auch als powerline communication (PLC) bekannt. Diese bieten den besonderen Vorteil, dass in den allermeisten Liegenschaften bereits elektrische Leitungen auch zwischen den einzelnen Einheiten der Anschlussnutzer vorhanden sind und somit genutzt werden können, ohne neue Leitungen einziehen zu müssen, wodurch Kosten eingespart werden. Die Übertragung per Funk erlaubt ebenfalls eine Kommunikation, ohne dass Leitungen durch Wände verlegt werden müssen, wodurch sich ebenfalls Kosten einsparen lassen.
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Es ist ferner bei einem erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter denkbar, dass über die Erfassungsschnittstelle zumindest verschlüsselte Daten oder unverschlüsselte Daten empfangbar sind. Mit anderen Worten kann die Erfassungsschnittstelle derart flexibel ausgeführt sein, dass sowohl eine gesicherte als auch eine ungesicherte Kommunikation mit den Erfassungsschnittstellen ermöglicht werden kann. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass insbesondere auch Geräte, welche keine gesicherte Kommunikation ermöglichen, ihre Daten in das lokale metrologischen Netz einspeisen können, wobei diese jedoch innerhalb des lokalen metrologischen Netzes gesichert übertragen werden können.
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Es kann vorgesehen sein, dass am Kommunikationsadapter ferner eine Recheneinheit vorgesehen ist, welche dazu ausgeführt ist, eine Protokollkonvertierung der über die Datenverbindung empfangenen Daten durchzuführen. Mit anderen Worten kann der Kommunikationsadapter eine physikalisch ausgeführte Vorrichtung aufweisen, welche dazu geeignet ist, unterschiedliche Protokolle mithilfe einer Übertragung eines Protokolls zu einem anderen Protokoll anzugleichen. Bei der Recheneinheit kann es sich insbesondere um einen (zentralen) Prozessor (CPU), ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder einen sonstigen Mikrocontroller handeln. Während sich durch anpassbare Recheneinheiten wie einer CPU oder eines FPGA der Vorteil bietet, dass diese auch noch nach der Installation des Kommunikationsadapters beispielsweise an aktualisierte Protokolle anpassbar sind, kann durch dezidiert ausgelegte Recheneinheiten wie ASICs bei größeren hergestellten Mengen entsprechender Recheneinheiten eine weitere Kostenersparnis erzielt werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass die Recheneinheit ferner dazu ausgeführt ist, zumindest eine Messgröße aus den über die Datenverbindung empfangenen Daten zu extrahieren und in ein über die LMN-Kante an das Gateway übertragbares Format zu transformieren. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu geeignet ist, Rohdaten über die Datenverbindung zu empfangen und derart auszuwerten, dass für das Gateway verwertbare Messgrößen an dieses übertragen werden können. Bei der Verarbeitung kann beispielsweise ein Filter auf die Daten angewendet werden, um beispielsweise ein Rauschen zu unterdrücken. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Daten zusammengefasst, insbesondere gemittelt werden. Ebenfalls denkbar ist, dass die Daten auf Plausibilität überprüft werden, bevor diese entsprechend an das Gateway oder einen weiteren Kommunikationsadapter weitergeleitet werden.
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Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass ferner zumindest ein Arbeitsspeicher oder ein Datenspeicher vorgesehen ist/sind, in dem/denen die über die Datenverbindung empfangenen Daten zwischenspeicherbar sind. Mit anderen Worten kann der Kommunikationsadapter eine Vielzahl von Speicherzellen aufweisen, in welche zumindest die Daten der Datenverbindung abspeicherbar sind. Durch das Vorsehen entsprechender Speicher wird der Vorteil erreicht, dass auch für den Fall, dass die Daten, welche in den Kommunikationsadapter über die Erfassungsschnittstelle vom Datenaufnehmer erreicht werden auch dann über das lokale metrologische Netz an einen Kommunikationsadapter, einen weiteren Kommunikationsadapter bzw. das Gateway übermittelt werden können, wenn eine Übertragung eigentlich nicht unmittelbar durchgeführt werden kann. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn viele Datenaufnehmer in das lokale metrologische Netz eingebunden sind, und diese Datenaufnehmer, insbesondere hochfrequent, Daten übertragen, und die Übertragungskapazität zwischenzeitlich erschöpft ist.
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Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass über die Erfassungsschnittstelle zumindest mit zwei unterschiedlichen Protokollen Daten mit dem Datenaufnehmer ausgetauscht werden können. Folglich kann demnach vorgesehen sein, dass die Erfassungsschnittstelle kompatibel zu zumindest zwei Übertragungsprotokollen ist. Dadurch ist die Erfassungsschnittstelle mit einer Vielzahl an unterschiedlichen Datenaufnehmer kompatibel, wodurch letztlich auch die Reichweite des lokalen metrologischen Netzwerkes erhöht werden kann, da insbesondere sämtliche Datenaufnehmer über den Kommunikationsadapter mit dem Gateway verbunden werden können.
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Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass ferner eine Gerätenummer vorgesehen ist, über die die Gatewayschnittstelle vom Gateway über die LMN-Kante ansprechbar ist. Mit anderen Worten kann der Kommunikationsadapter vom Gateway mithilfe einer eindeutig zuordenbaren Nummer innerhalb des lokalen metrologischen Netzwerkes erreicht werden. Es kann sich dabei insbesondere um eine physische Adresse handeln, die mit Hardwareeigenschaften des Kommunikationsadapters verbunden und vorzugsweise nicht veränderbar ist. Hierdurch wird weiterhin der Vorteil erreicht, dass die Sicherheit des lokalen metrologischen Netzwerkes verbessert wird. Es kann jedoch ebenfalls vorgesehen sein, dass die Geräteadresse, insbesondere in bestimmten Zeitabständen, verhindert wird, sodass der Datenschutz für den Anschlussnutzer verbessert wird, da eine einzelne Gerätenummer über einen längeren Zeitraum nicht einem einzelnen Nutzer zuordenbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kommunikationssystem zur Signalübertragung, insbesondere zur Datenübertragung zu einem Smart-Meter-Gateway, umfassend einen Kommunikationsadapter zur Signalübertragung, insbesondere einen erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter, vorgesehen. Der Kommunikationsadapter hat eine Erfassungsschnittstelle, welche dazu ausgeführt ist, mit einem Datenaufnehmer verbunden zu werden und Daten über eine Datenverbindung zu empfangen, eine Gatewayschnittstelle, welche mit einem Gateway in ein lokales metrologisches Netz über eine LMN-Kante eingebunden ist, und eine Adapterschnittstelle, welche mit einem weiteren Kommunikationsadapter über eine LMN-Bus-Kante verbunden ist. Das Gateway ist mit dem Kommunikationsadapter über eine LMN-Kante und mit einem Backend über eine Wide-Area-Network-Verbindung verbindbar. Zumindest ein weiterer Kommunikationsadapter, welcher mit dem Kommunikationsadapter über eine LMN-Bus-Kante verbunden ist, ist ebenfalls im Kommunikationssystem vorgesehen. Durch die LMN-Bus-Kante zwischen dem Kommunikationsadapter und dem zumindest einen weiteren Kommunikationsadapter ist eine Kaskade im lokalen metrologischen Netz gebildet.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine Vielzahl von Kommunikationsadaptern und/oder weiteren Kommunikationsadaptern vorgesehen ist, die jeweils über LMN-Bus-Kanten miteinander verbunden sind. Mit jedem (weiteren) Kommunikationsadapter im lokalen metrologischen Netzwerk werden die Vorteile der Bustopologie weiter verstärkt und insbesondere weitere Kosten eingespart.
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Das Gateway kann als, insbesondere nach der technischen Richtlinie BSI TR-03109-1 in der Version 1.1 vom 17. September 2021 oder der aktuell geltenden entsprechenden Norm spezifiziertes, Smart Meter Gateway ausgeführt sein. Es kann vorgesehen sein, dass das Gateway neben der Schnittstelle zum Wide-Area-Network und der Schnittstelle zum lokalen metrologischen Netzwerk auch eine Schnittstelle zu einem Heimnetz aufweist, in denen das Gateway mit den steuerbaren Energieverbrauchern bzw. Energieerzeugern eines oder mehrerer Anschlussnutzer kommuniziert.
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Das Backend kann als ein informationstechnisches System ausgeformt sein, welches insbesondere dazu ausgeführt ist, Visualisierungslösungen und Tarifierungslogiken, insbesondere für komplexe variable Tarife, bereitzustellen.
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Auch das Kommunikationssystem bietet den Vorteil, dass die Reichweite des lokalen metrologischen Netzwerkes durch die Kaskadierung der Kommunikationsadapter erhöht ist, wobei die Kosten gegenüber einer direkten Verbindung der Datenaufnehmer zum Gateway oder zu einem einzigen Kommunikationsadapter reduziert sind.
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Somit bringt ein erfindungsgemäßes Kommunikationssystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter beschrieben worden sind.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Erfassungsschnittstelle mit einem Datenaufnehmer verbunden ist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass der Datenaufnehmer Teil des Kommunikationssystems ist. Hierdurch kann der Datenaufnehmer, insbesondere spezifisch, an die übrigen Komponenten des Kommunikationssystems angepasst sein, wodurch sich eine besonders hohe Kompatibilität ergibt.
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Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Datenaufnehmer zumindest als Zähler oder Sensor ausgebildet ist. Dabei wird unter einem Zähler prinzipiell jedwede Messeinrichtung verstanden, welche Messwerte aufnimmt, die quantifizierbar sind und ausgegeben werden können. Es kann sich dabei beispielsweise um einen, insbesondere intelligenten, Elektrizitäts-, Gas-, Warmwasser- oder Kaltwasserzähler handeln, der die gelieferte Energie, Gas oder Wassermenge aus einem Versorgungsnetz erfasst. Besonders vorteilhaft ist es gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung, wenn der Datenaufnehmer als ein Sensor ausgebildet ist. Der Sensor kann ein Sensor für den Öffnungsstatus einer Tür, eines Fensters oder eines Haushaltsgerätes sein. Ferner kann der Sensor ein Rauch- oder CO2 Melder oder ein Glasbruchsensor sein. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass der Sensor Umgebungsgrößen wie etwa die Temperatur, den Luftdruck oder die Luftfeuchte erfasst. Durch die Einbindung vieler unterschiedlicher Datenaufnehmer kann die Intelligenz des metrologischen Netzes insgesamt erhöht und damit die Effektivität des Versorgungsnetzes verbessert werden.
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Es ist ferner bei einem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem denkbar, dass über die LMN-Kante Daten als Adhoc-Versand an das Gateway versendbar sind. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass Daten auch mit einer erhöhten Priorität, insbesondere zumindest unmittelbar oder mit Vorrang übermittelt werden. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass zeitkritische Daten, etwa der Ausfall eines Datenaufnehmers oder Messwerte, die für einen Notfall spezifisch sind, nicht erst zum routinemäßigen Zeitpunkt oder auf Abfrage, sondern unmittelbar übermittelt werden.
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Es ist ferner bei einem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem denkbar, dass das Gateway dazu ausgeführt ist, Daten hochfrequent an das Backend über die Wide-Area-Network-Verbindung zu senden. Das bedeutet, dass die Daten mit einer höheren Frequenz als beispielsweise zur Erfassung für Jahresrechnungen notwendig übermittelt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Frequenz der Übermittlung zumindest einmal pro Tag, einmal pro Stunde oder einmal pro Minute beträgt. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Frequenz einmal pro Sekunde beträgt. Es kann vorgesehen sein, dass die hochfrequente Übertragung von Daten auf Daten beschränkt ist, die schnellen Schwankungen unterliegen, wie etwa die Stellung von Fenstern und Türen, Ventilen oder den Eigenschaften von Geräten. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass diese Eigenschaften insbesondere durch das Gateway oder das Backend berücksichtigt werden können.
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Es ist ferner bei einem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem denkbar, dass zumindest der Kommunikationsadapter und der zumindest eine weitere Kommunikationsadapter in einem Gebäude anordenbar sind, wobei zumindest zwei Datenaufnehmer unterschiedliche Anschlussnutzer haben. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass im lokalen metrologischen Netzwerk Daten von Anschlussnutzern erfasst werden, welche räumlich und baulich voneinander getrennt sind. Es kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei Datenaufnehmer durch eine Wand getrennt sind. Falls die Datenaufnehmer über einen weitläufigen Bereich verteilt sind oder sich nur mit großem Aufwand anschließen oder per Funk erreichen lassen, ist die Kaskadierung der Kommunikationsadapter besonders vorteilhaft, da sich so auch solche Geräte ohne hohen Installations- und Kostenaufwand erreichen lassen.
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Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass zumindest der Kommunikationsadapter oder der weitere Kommunikationsadapter als Daisychain angeordnet sind. Mit anderen Worten kann die Topologie der Kommunikationsadapter bzw. der weiteren Kommunikationsadapter einer Bustopologie entsprechen. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass die Reichweiter des lokalen metrologischen Netzwerkes leicht erweiterbar ist, ohne dass die Kosten, insbesondere durch eine Vielzahl an vorhandenen Datenaufnehmern, erhöht wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Signalübertragung, insbesondere zur Datenübertragung zu einem Smart-Meter-Gateway, vorgesehen.
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Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Kommunikationsadapters, insbesondere eines erfindungsgemäßen Kommunikationsadapters, umfassend eine Erfassungsschnittstelle, eine Gatewayschnittstelle und eine Adapterschnittstelle. Ferner umfasst das Verfahren das Verbinden der Erfassungsschnittstelle mit einem Datenaufnehmer über eine Datenverbindung, insbesondere durch den Kommunikationsadapter. Der Aufbau der Verbindung kann von einer Recheneinheit des Kommunikationsadapters gesteuert werden.
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Ebenfalls umfasst das Verfahren das Einbinden eines Gateways mit der Gatewayschnittstelle in ein lokales metrologisches Netz über die LMN-Kante, insbesondere durch den Kommunikationsadapter. Der Aufbau der Verbindung kann von einer Recheneinheit des Kommunikationsadapters gesteuert werden. Das Verfahren umfasst auch das Verbinden der Adapterschnittstelle mit einem weiteren Kommunikationsadapter über eine LMN-Bus-Kante, insbesondere durch den Kommunikationsadapter. Der Aufbau der Verbindung kann von einer Recheneinheit des Kommunikationsadapters gesteuert werden. Dabei wird durch die LMN-Bus-Kante eine Kaskade mit dem weiteren Kommunikationsadapter im lokalen metrologischen Netz gebildet.
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Die Verfahrensschritte können dabei zumindest teilweise gleichzeitig oder zeitlich nacheinander ablaufen, wobei die Reihenfolge der Verfahrensschritte nicht auf die durch die Auflistung definierte Reihenfolge begrenzt ist, sodass einzelne Schritte in unterschiedlicher Reihenfolge durchführbar sind.
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Durch das Bilden der Kaskade der Kommunikationsadapter kann die Reichweite des lokalen metrologischen Netzwerkes erhöht und die Kosten im Vergleich zu einem direkten Anschluss der Datenaufnehmer an das Gateway oder lediglich einen Kommunikationsadapter signifikant reduziert werden. Durch die Möglichkeit der Einbindung einer Vielzahl an Datenaufnehmern wird zudem die Intelligenz des Netzes erhöht.
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Somit bringt ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter, und/oder ein erfindungsgemäßes Kommunikationssystem beschrieben worden sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt zur Signalübertragung, insbesondere zur Datenübertragung zu einem Smart-Meter-Gateway, vorgesehen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Kommunikationsadapter diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Somit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter, ein erfindungsgemäßes Kommunikationssystem und/oder ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind. Bei dem Verfahren kann es sich insbesondere um ein computerimplementiertes Verfahren handeln.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1: eine Ansicht eines Gebäudes mit einem erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter sowie einem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem,
- 2: eine Übersicht der Netzwerkstruktur des erfindungsgemäßen Kommunikationsadapters sowie des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems, und
- 3: eine Übersicht der Datenstrukturen und Protokolle des erfindungsgemäßen Kommunikationsadapters sowie des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems.
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In der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden für die gleichen technischen Merkmale auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt einen Kommunikationsadapter 100, welcher mit einem Gateway 200 über eine LMN-Kante 30, also eine Verbindung innerhalb des lokalen metrologischen Netzwerkes, in das Netzwerk eingebunden ist. Der Kommunikationsadapter 100 kann auch als sogenannter Submeter-LMN-Adapter 100 für die Kommunikation zwischen einem Zähler 400 aus einem Submeter-Netzwerk und einem Smartmeter Gateway 200 ausgeführt sein.
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Wie in der 1 angedeutet ist, kann der Kommunikationsadapter 100 in einem Gebäude 500 bzw. einer Liegenschaft 500 angeordnet sein. Dabei kann ein weiterer Kommunikationsadapter 101, mit dem der Kommunikationsadapter 100 in der Darstellung der 1 über die LMN-Bus Kante 20 verbunden ist, sich auf einer anderen Etage 510 befinden oder durch eine Wand 520 von dem Kommunikationsadapter 100 getrennt sein. Es kann sich bei dem weiteren Kommunikationsadapter 101 immer auch um einen erfindungsgemäßen Kommunikationsadapter 100 handeln. Durch die Hintereinanderschaltung von Kommunikationsadaptern 100 bzw. weiterer Kommunikationsadaptern 101 entsteht eine Kaskade 50.
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Der Kommunikationsadapter 100 umfasst eine Erfassungsschnittstelle 120 zumindest zur Anbindung von Datenaufnehmern 400, die insbesondere zumindest als Zähler 400 oder Sensoren 400 ausgeführt sein können. Diese Anbindung findet über eine Datenverbindung 10 statt, welche zumindest als Drahtverbindung, insbesondere Stromleitungsverbindung, oder Funkverbindung ausgeführt sein kann.
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Des Weiteren verfügt der Kommunikationsadapter 100 mindestens über eine Adapterschnittstelle 110, welche dazu ausgeführt ist, mit einem weiteren Kommunikationsadapter 101 über eine LMN-Bus-Kante 20 verbunden zu werden. Die Adapterschnittstelle 110 kann als drahtgebundene LMN-Schnittstelle ausgeführt sein. Ferner kann die LMN-Bus-Kante 20 zumindest als Stromleitungsverbindung oder Funkverbindung ausgeführt sein.
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Außerdem verfügt der Kommunikationsadapter 100 über eine Gatewayschnittstelle 130 zur Anbindung an das Gateway 200, welches insbesondere als Smart Meter Gateway 200, vorzugsweise als Smart Meter Gateway 200 gemäß der technischen Richtlinie BSI TR-03109-1 in der Version 1.1 vom 17. September 2021 oder der aktuell geltenden entsprechenden Norm, ausgeführt sein kann. Durch diese Gatewayschnittstelle 130 ist die LMN-Kommunikation zum Gateway 200 aufbaubar und der Kommunikationsadapter 100 in das lokale metrologische Netz 60 eingespeist. Die Erfassungsschnittstelle 120, die Gatewayschnittstelle 130 und die Adapterschnittstelle 110 können sowohl als ausschließlich virtuelle Einheiten bzw. Interfaces als auch als physikalisch ausgeformte Schnittstellen 110, 120, 130, insbesondere als Stecker bzw. Buchse ausgebildet sein. Dabei kann sowohl für jede Schnittstelle 110, 120, 130, eine eigene physikalisch ausgeformte Schnittstelle als auch eine gemeinsame physikalisch ausgeformte Schnittstelle vorgesehen sein.
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Das Gateway 200 kann, wie in 1 dargestellt, über eine Wide-Area-Network-Verbindung 40 mit einem Backend 300 verbunden sein. Auch diese Wide-Area-Network-Verbindung 40 kann als funk- oder drahtgebundene Verbindung 40 ausgeführt sein.
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Die Netztopologie des Kommunikationssystems 1000, in das der Kommunikationsadapter 100 einbindbar ist, ist in der 2 vereinfacht dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass die in einer Kaskade 50 verschalteten Kommunikationsadapter 100 bzw. die weiteren Kommunikationsadapter 101 ausgehend vom Gateway 200 eine Bustopologie bilden. Die Datenaufnehmer 400 können wiederum in einer Sterntopologie an die Kommunikationsadapter 100 bzw. die weiteren Kommunikationsadapter 101 angebunden sein.
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Zur Erweiterung der Netztopologie des lokalen metrologischen Netzwerkes in Form einer Kaskade 50 bzw. eines Feldbusses können die Erfassungsschnittstelle 120, die Gatewayschnittstelle 130 und die Adapterschnittstelle 110 unterschiedlich auf dem Adapter ausgeprägt werden. Zum Beispiel kann ein auswechselbares Datenschnittstellenmodul für verschiedene Zwecke zum Einsatz kommen und beispielsweise eine weitere drahtgebundene LMN-Schnittstelle zur Anbindung weiterer Kommunikationsadapter 100, 101 per RS485 in Reihenschaltung beinhalten. PLC-Schnittstellen zur Übertragung der LMN-Kommunikation über die Stromleitung oder Funkschnittstellen zur Errichtung eines Funknetzes mit kaskadenförmiger Topologie (Daisy Chain) können ebenfalls vorgesehen sein.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der Kommunikationsadapter 100 auf der Seite des Datenaufnehmers 400 multiprotokollfähig ausgeführt ist. Mit anderen Worten führt der Kommunikationsadapter 100 notwendige Protokollkonvertierungen durch. Es kann vorgesehen sein, dass der Kommunikationsadapter 100 die Messgrößen des jeweiligen Datenaufnehmers 400 zumindest extrahiert oder sie in das Zielformat des Gateways 200 für die Übertragung auf der LMN-Verbindung transformiert. Zumindest die Protokollkonvertierung, die Extraktion oder die Transformation können durch eine Recheneinheit 140 des Kommunikationsadapters 100 durchgeführt werden, welche in 2 schematisch dargestellt ist.
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In 3 sind schließlich die Datenströme innerhalb des Kommunikationssystems 1000 vereinfacht visualisiert. Wie dort zu erkennen ist, kann der Kommunikationsadapter 100 dazu ausgeführt sein, unverschlüsselte oder verschlüsselte Daten im Ursprungsformat von Datenaufnehmern 400 zu empfangen. Diese Daten können insbesondere gemäß Open Metering System (OMS) spezifiziert sein und vom Kommunikationsadapter 100 entschlüsselt werden. Der Kommunikationsadapter 100 kann ebenfalls dazu ausgeführt sein, Daten im Smart Message Language (SML) Format, vorzugsweise von einem Hauptzähler 410 zu empfangen. Es kann vorgesehen sein, dass der Kommunikationsadapter 100 die empfangenen Daten in Object Identification System (OBIS) Kennzahlen aus den Standards EN62056-6-1 und EN13757-1 umwandelt.
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Der Kommunikationsadapter 100 kann ferner die empfangenen oder verarbeiteten Daten an einen Kommunikationsadapter 100 oder einen weiteren Kommunikationsadapter 101 durchschleusen oder an das Gateway 200 weiterleiten.
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Der Hauptzähler 410 kann zumindest als Hauptstromzähler 411 oder Hauptgaszähler 412 ausgeführt sein. Diese Übertragung kann insbesondere beim Hauptstromzähler 411 vorzugsweise bedrahtet stattfinden, da hier lediglich ein einziges Kabel notwendig ist. Für den Hauptgaszähler 412 kann besonders vorteilhaft eine Funkverbindung mit dem Gateway 200 im Open Metering System Format vorgesehen sein.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der Kommunikationsadapter 100 diese Daten zumindest transformiert oder sie in das Zieldatenformat des Gateways 200 über die gesicherte LMN-Kante 30 übermittelt.
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Ebenfalls kann ein Kommunikationsadapter 100 eine Gerätenummer (auch Geräte-ID genannt) haben. Das Gateway 200 kann den Kommunikationsadapter 100 über die Geräte-ID ansprechen. Die Daten des Datenaufnehmers 400 können im Kontext die verfügbaren Messgrößen im Kommunikationsadapter 100 darstellen, die vom Gateway 200 abgefragt werden können.
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Der Kommunikationsadapter 100 kann als Hardware mit oder ohne installierte Software ausgeführt sein. Es kann, wie in der 2 dargestellt, vorgesehen sein, dass der Kommunikationsadapter 100 eine Recheneinheit 140, einen Arbeitsspeicher 141, einen Datenspeicher 142 sowie eine Betriebs- oder Applikationssoftware aufweist.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Kommunikationsadapter 100 dazu ausgeführt ist, prioritäre Ereignisse bzw. Status der Datenaufnehmer 400 zu erkennen. Diese prioritäre Ereignisse bzw. Status können vom Kommunikationsadapter 100, insbesondere dessen Recheneinheit 140 verarbeitet werden und diese per Adhoc-Versand an das Gateway 200 versendet wird. Im Kommunikationssystem 1000 kann vorgesehen sein, dass das Gateway 200 diese prioritäre Ereignisse bzw. Status per Adhoc-Versand vorrangig ans Backend 300 transportiert.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass das Kommunikationssystem 1000 und insbesondere das Gateway 200 zur Übertragung von hochfrequenten Daten an das Backend 300 ausgeführt ist. Dabei stellt das Gateway 200 geeignete Verarbeitungsmechanismen, z. B. über Regelwerke und insbesondere kundeneigene Profile bereit, die die Daten von dem Kommunikationsadapter 100 zur Weiterleitung an das Backend 300 hochzyklisch abfragen und empfangen.
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Dabei ist ferner denkbar, dass das Gateway 200 mittels Regelwerken Schwellenwerte bei der Überschreitung bzw. Unterschreitung von bestimmten Messgrößen, die durch die Dateneingänge der Datenaufnehmer 400 gebildet werden, in Form von Statusmeldungen oder Befehlen an das Backend 300 versendet.
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Das Gateway 200 kann dazu ausgeführt sein, erhaltene Daten, insbesondere im SML oder OMS Format zu entschlüsseln. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass das Gateway 200 die Daten gemäß der Companion Specification for Energy Metering (COSEM) aufbereitet, um diese, insbesondere an das Backend 300, weiterzuleiten.
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Im Backend 300 können die Daten in Kanälen 310, vorzugsweise in Form von Object Identification System (OBIS) Kennzahlen, ermittelt werden. Über Profile 311 kann das Backend 300 zumindest das Gateway 200 entsprechend konfigurieren oder Anwendungsfälle 312 (auch als TAF abgekürzt), insbesondere für den (Haupt)Strom 313 und das (Haupt)Gas 314 senden.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Datenverbindung
- 20
- LMN-Bus-Kante
- 30
- LMN-Kante
- 40
- Wide-Area-Network-Verbindung
- 50
- Kaskade
- 60
- Netz
- 100
- Kommunikationsadapter
- 101
- weiterer Kommunikationsadapter
- 110
- Adapterschnittstelle
- 120
- Erfassungsschnittstelle
- 130
- Gatewayschnittstelle
- 140
- Recheneinheit
- 141
- Arbeitsspeicher
- 142
- Datenspeicher
- 200
- Gateway
- 300
- Backend
- 310
- Kanal
- 311
- Profil
- 312
- Anwendungsfälle
- 313
- Anwendungsfall (Haupt)Strom
- 314
- Anwendungsfall (Haupt)Gas
- 400
- Datenaufnehmer
- 410
- Hauptzähler
- 411
- Hauptstromzähler
- 412
- Hauptgaszähler
- 500
- Gebäude
- 510
- Etage
- 520
- Wand
- 1000
- Kommunikationssystem
