Die neue Generation intelligenter Messsysteme

Das Jahr 2024 entwickelt sich zu einem Wendepunkt für intelligente Zähler. Europa und Nordamerika haben die Einführung dieser Technologie angeführt: 60 Prozent aller Stromzähler in Europa sind inzwischen intelligent, während der entsprechende Wert in Nordamerika mit 80 Prozent noch höher ist. Die Region Asien-Pazifik erlebte unterdessen eine Welle von großangelegten Rollouts, die zu einer Durchdringungsrate von 61 Prozent führten, so die Industrie-Forschungsgruppe Berg Insight.¹

Nimmt man intelligente Gas- und Wasserzähler hinzu – bei denen die Gesamtadoptionszahlen zwar niedriger, aber schnell steigend sind – wird die Gesamtzahl der weltweit eingesetzten intelligenten Zähler bis Ende des Jahres die Marke von 1,1 Milliarden überschreiten, laut der Industrie-Forschungsgruppe IoT Analytics.²

Dieser Anstieg ist auf eine Reihe von Schlüsselfaktoren zurückzuführen. In aller Welt setzen sich Versorgungsunternehmen ehrgeizige Nachhaltigkeits- und Effizienzziele, die sich nur durch den erfolgreichen Aufbau intelligenter Infrastrukturen erreichen lassen – und an deren Endpunkten intelligente Zähler zur Datenerfassung stehen.Denn nur durch den flächendeckenden Einsatz modernster Geräte lassen sich anpassungsfähige Netzsysteme schaffen. Sie müssen den Bedarf von Privathaushalten und der Industrie erkennen und die erforderlichen Ressourcen bereitstellen, wann und wo sie am dringendsten benötigt werden.

Smart Metering hat für beide Seiten Vorteile: Dank der transparenten Übersicht werden Endkundinnen und Endkunden dabei unterstützt, ihren Ressourcenverbrauch zu optimieren und damit Verschwendung zu reduzieren.

Smart Meter: neue Herausforderungen für die Branche

Das funktioniert allerdings nur, wenn die Technologie auf dem neuesten Stand ist. Intelligente Messsysteme sind auf eine Konnektivität angewiesen, die nicht nur ausfall- und betriebssicher, sondern auch äußerst anpassungsfähig ist. Oder um es mit den Worten der Branchenanalysten von Berg Insight zu sagen: „Das Intelligente an intelligenten Messsystemen ist die Konnektivität.“ Den passenden Konnektivitätsgrad in ihre Produkte einzubinden, eröffnet den Herstellern solcher Smart Meter große Chancen, stellt sie aber auch vor einige Herausforderungen.

Tatsächlich handelt es sich bei vielen intelligenten Messsystemen, die derzeit im Einsatz und in der Produktion sind, um Geräte der ersten Generation. Sie arbeiten mit steckbaren SIM-Karten aus Kunststoff, wie sie in herkömmlichen Smartphones verwendet werden, oder mit anderen Verbindungstechnologien wie WLAN, ZigBee oder kabelgebundenen Verbindungen. Die Abhängigkeit von diesen Technologien hat sich im Laufe der Jahre als nachteilig erwiesen, da sie die Handhabung, den Stromverbrauch und die Umweltverträglichkeit der angeschlossenen Geräte beeinträchtigen.

eSIM- und iSIM-Technologien ermöglichen einen nahtlosen Anbieterwechsel und bieten im Gegensatz zur begrenzten, auf kurze Distanzen beschränkten Abdeckung von WiFi- und ZigBee-Netzwerken eine kontinuierliche globale Abdeckung. Die Zuverlässigkeit von eSIM und iSIM wird durch die Nutzung der robusten Infrastruktur von Mobilfunknetzen erheblich verbessert, da sie im Vergleich zu WiFi und ZigBee weniger anfällig für Störungen und Hardwareausfälle sind. Dank manipulationssicherer eSIMs und iSIMs bieten Mobilfunknetze außerdem überlegene Sicherheitsfunktionen wie Verschlüsselung, sichere Datenübertragung und fortschrittliche Authentifizierungsprotokolle. Darüber hinaus ist die Nutzung von Mobilfunknetzen kosteneffizient, vor allem wenn es sich um einen Einsatz in großem Maßstab handelt. Anders als bei WiFi- oder ZigBee-Set-ups benötigen sie keine zusätzliche Hardware wie Router, Mesh-Netzwerke und Repeater.

Daher ist die Implementierung modernster Konnektivität in die Messgeräte ein entscheidender Erfolgsfaktor für die Einführung intelligenter Messsysteme der nächsten Generation. Sie ist der Schlüssel zu weniger Kosten, mehr Effizienz, mehr Flexibilität und mehr Nachhaltigkeit.

Digitale Lösungen, die auf Mobilfunknetzen basieren, wie beispielsweise eingebettete SIM-Karten (eSIMs) und integrierte SIM-Karten (iSIMs), verändern bereits das Wettbewerbsumfeld für Anbieter intelligenter Messgeräte. eSIMs und iSIMs ermöglichen die Remote-SIM-Bereitstellung (Remote SIM Provisioning; RSP) oder kontaktlose Bereitstellung (Zero Touch Provisioning; ZTP). Herkömmliche SIM-Karten, die in der Regel manuell in die Geräte eingesetzt werden müssen, und lokale kabelgebundene oder kabellose Verbindungsoptionen erforderten auch eine lokale Verwaltung.

Bei der eSIM handelt es sich um einen dedizierten Mikrochip, der in die Leiterplatte eines Geräts integriert ist. Sie kann schnell mit den spezifischen Verbindungsdaten eines ausgewählten Mobilfunknetzbetreibers (Mobile Network Operator; MNO) geladen oder bereitgestellt werden – entweder vor der Bereitstellung ab Werk oder per Fernzugriff über die Funkschnittstelle (Over-The-Air; OTA). Die Umprogrammierbarkeit digitaler SIM-Karten bedeutet auch, dass sie bei Bedarf neu bereitgestellt werden können.

Die Hersteller von intelligenten Messgeräten gehen hinsichtlich Größe, Nachhaltigkeit und Energieoptimierung noch einen Schritt weiter. Sie setzen auf eine noch ausgefeiltere Konnektivität und verwenden dafür eine iSIM, die die Netzanbindung als isolierte und hochsichere Hardwarekomponente direkt in das System-on-a-Chip (SoC) eines Geräts integriert.

Born Connected^® Smart Meter

Die Anbindung über eSIMs und iSIMs ermöglicht es Herstellern intelligenter Messgeräte, den Betrieb und die Verwaltung einer großen Anzahl von Messgeräten für ihre Kunden effizienter zu gestalten und diese dabei zu unterstützen, das Nachhaltigkeitsversprechen intelligenter Stromnetze zu erfüllen. So können sie:

• manuelle Prozesse im Zusammenhang mit physischen SIM-Karten eliminieren
  Der Einsatz von eSIMs und iSIMs senkt die Produktionskosten erheblich, da die Profile bereits im Werk automatisch geladen und bei Bedarf später, wenn die Geräte im Einsatz sind, per Fernzugriff aktualisiert werden können. Dadurch entfällt das umständliche und fehleranfällige Verfahren, bei der Einführung in jedes Gerät eine physische SIM-Karte einzulegen – oder, noch umständlicher, Teams zu entsenden, um SIM-Karten in bereits installierten Geräten auszutauschen.
• nachhaltigere SIM-Karten entwickeln
  Mit der digitalen SIM-Technologie kann auf Millionen von Plastikkarten (und die dazugehörigen Plastikschutzhüllen) im Produktionsprozess intelligenter Stromzähler verzichtet werden. Die Herstellung von schätzungsweise mehr als vier Milliarden physischen SIM-Karten pro Jahr verursacht mehr als 560.000 Tonnen CO₂ und verbraucht mehr als 18.000 Tonnen Kunststoff. Außerdem zeigen Untersuchungen, dass eine eSIM über den gesamten Produktlebenszyklus 46 Prozent weniger CO_2-Emissionen verursacht als eine herkömmliche SIM-Karte. Aufgrund der deutlich kleineren Chipfläche ist eine iSIM sogar noch umweltfreundlicher: Schätzungen gehen davon aus, dass bei ihrer Herstellung zehnmal weniger CO₂ verbraucht wird.
• weltweite Konnektivität über eine Schnittstelle bereitstellen
  Mit einer eSIM lässt sich die Konnektivität eines Messgeräts immer wieder neu programmieren. Das ist beispielsweise hilfreich, wenn eine Kundin oder ein Kundeden Anbieter wechseln oder seine intelligenten Zähler in Gebieten nutzen möchte, die von seinem Standard-Kommunikationsanbieter nicht abgedeckt werden. Eine herkömmliche steckbare SIM-Karte ist hingegen an einen einzigen Mobilfunkbetreiber oder virtuellen Netzbetreiber (MNO) gebunden. Bei einem Anbieterwechsel muss daher die bisherige SIM-Karte ausgetauscht und durch die Karte des neuen Betreibers ersetzt werden. Die Folge: (unnötige) zusätzliche Kosten und weniger Flexibilität. 

Die eSIMs von G+D sind beispielsweise mit fast allen Netzbetreibern weltweit kompatibel (alles in allem über 600 Netze). Das liegt vor allem daran, dass G+D der Lieferant der eSIMs ist, die in den iPhones von Apple verwendet werden, einschließlich der eSIM-only-Modelle 14 und 15. Die Vorteile für die Hersteller von intelligenten Stromzählern sind offensichtlich, wie Robert Leibfarth, Director Product Strategy bei G+D, sagt: „Der Verzicht auf eine physische SIM-Karte in einem intelligenten Messgerät bedeutet, dass keine Downloads vor Ort erforderlich sind, was die Logistik erheblich vereinfacht, Prozesse beschleunigt und eine schnelle Einweisung der Kunden ermöglicht.“

• digitale Profilübertragung und geringen Stromverbrauch ermöglichen
  Werden die Profile der Mobilfunkbetreiber bereits ab Werk auf die digitale SIM-Karte des Messgeräts geladen, reduziert sich der Stromverbrauch des eingesetzten Instruments auf ein Minimum. Dies ist besonders wichtig bei Gas- oder Wasserzählern, die mit Batterien betrieben werden, statt am Stromnetz zu hängen. „Wer Smart Meter herstellt, kann ein einziges Modell verwenden und schon während der Produktion die vom Kunden gewünschten Konnektivitätsdaten laden. Das optimiert die Logistik und senkt die Produktionskosten drastisch“, sagt Leibfarth. Ziel sei es, die Geräte ab Werk „Born Connected^®®“ auszuliefern.
• über eine Verwaltungsplattform die Bereitstellung optimieren
  Der Einsatz einer Service- und Managementplattform wie beispielsweise der AirOn360^® von G+D, verschafft Herstellern intelligenter Geräte einen zusätzlichen Wettbewerbsvorteil. Diese wegweisende Lösung dient der werksinternen Profilbereitstellung (In-Field Profile Provisioning; IFPP) ebenso wie der Remote-SIM-Bereitstellung (Remote SIM Provisioning; RSP) zum Laden/Aktualisieren des Geräteprofils über Funk. Dafür nutzt sie den neuen GSMA-Standard für IoT-Geräte SGP.32.
  „Ein Hersteller von intelligenten Stromzählern kann seine Fabrik über eine API mit unserem Managed Service verbinden und sich die manuellen Prozesse im Zusammenhang mit physischen SIM-Karten aus Kunststoff sparen“, sagt Leibfarth. „Damit bietet die Plattform genau die Flexibilität, die solche Unternehmen benötigen.“ Produktionslinien lassen sich problemlos umrüsten:
  Statt Tausende von Zählern für einen australischen Kunden mit Telstra-Abonnements zu bestücken, kann dasselbe Gerätemodell beispielsweise mit Vodafone-Abonnements für einen deutschen Kunden ausgestattet werden.
• sowohl den Batch- als auch den Live-Download-Modus verwenden, um Profile zu laden
  Digitale MNO-Profile lassen sich online oder offline auf Hunderttausende von Geräten übertragen. Wenn eine Unterbrechung des Ladevorgangs aufgrund eines Netzwerk- oder Stromausfalls zu befürchten ist, können Hersteller von intelligenten Messgeräten eine Batch-Funktion verwenden, um Profile von den Servern eines Anbieters herunterzuladen und digitale SIM-Profile offline einzufügen.

Mehr Komfort und Flexibilität

Der Wechsel einer herkömmlichen SIM-Karte kann sich manchmal als beschwerlich erweisen: Erst muss man eine neue SIM-Karte im Geschäft kaufen bzw. online oder telefonisch bestellen und einige Tage auf die Lieferung warten. Dann geht es an den physischen Austausch der SIM-Karte – vorausgesetzt, man hat die kleine Metallnadel nicht verloren oder eine Büroklammer zur Hand. Will man die alte SIM-Karte behalten, braucht man einen sicheren Platz für deren Aufbewahrung. 

Mit einer eSIM wird all dieser Stress vermieden. Dank sogenannter “eSIM Entitlements” (eSIM-Berechtigungen) können eSIMs in wenigen Minuten aktiviert und vollständig digital verwaltet werden, was für die Nutzerinnen und Nutzer den höchsten Komfort bedeutet. Darüber hinaus lassen sich Mobilfunkverträge nahtlos auf neue Geräte übertragen (auch von SIM auf eSIM) und mehrere eSIMs auf dem gleichen Gerät verwalten, um berufliche und private Nummern zu trennen. Es können sogar mehrere Geräte wie Wearables und Tablets zu demselben Vertrag hinzugefügt werden.

Mit der Dual-SIM-Dual-Active-Lösung von G+D bleiben Fahrerinnen und Fahrer vernetzter Fahrzeuge auch unterwegs in Verbindung und profitieren von einer starken und stabilen Netzabdeckung für Infotainmentsysteme, ohne dass der Akku des Mobiltelefons durch die Verwendung von Bluetooth belastet wird.