RevPi Flat von Kunbus: IoT-Gateway auf Basis von Raspberry Pi für die Energiebranche (Quelle: Kunbus)
Digitalisierung und Vernetzung werden in einem dezentral geprägten Energiesystem immer wichtiger. Sie sollen nicht nur eine weiterhin hohe Versorgungssicherheit gewährleisten, sondern auch völlig neue Geschäftsmodelle und Versorgungsstrukturen ermöglichen. Beispiele hierfür sind ein intelligentes Energiemanagement zur Eigenverbrauchsoptimierung, ein optimiertes Lademanagement oder der Peer-to-Peer-Energiehandel.
Für all diese Anwendungen sind sichere Kommunikationslösungen erforderlich, die sich flexibel und schnell an die Anforderungen unterschiedlicher Einsatzbereiche anpassen lassen. Das neue IoT-Gateway RevPi Flat der Kunbus GmbH erfüllt diese Anforderungen (Bild 1). »Das auf dem Raspberry Pi 3+ Compute Module und Linux basierende frei programmierbare Hutschienenmodul überzeugt mit echter Industrietauglichkeit. Mit einer Vielzahl an Schnittstellen eröffnet es vor allem für die Energiebranche neue, kosteneffektive sowie flexibel anpassbare Einsatzmöglichkeiten«, beschreibt Boris Crismancich, Business Development Manager bei Kunbus, die wesentlichen Eigenschaften der IoT-Plattform.
Open-Source-Hardware-Plattform Revolution Pi
Dabei ist der RevPi Flat keine reine Neuentwicklung, sondern er basiert auf der seit Jahren im Industriebereich bewährten modularen Open-Source-Hardware-Plattform Revolution Pi von Kunbus – einer auf dem Raspberry Pi aufbauenden Lösung zur Umsetzung von Automatisierungs- und IIoT-Projekten. Doch die Anforderungen in Industrie und Energiewirtschaft sind durchaus unterschiedlich, wie Kunbus in einem Projekt mit der Oxygen Technologies GmbH erfahren hat, das im Jahr 2018 gestartet ist. Das Unternehmen bietet mit Elements eine IoT-Datenplattform, um über ein flexibles Handels- und Steuerungssystem Stromerzeuger und -verbraucher zu einer Strom-Community zusammenschließen zu können. Zur Einbindung, Steuerung und Überwachung der dafür notwendigen dezentralen Anlagen wie Wechselrichter, Speicher oder Ladestationen suchte das Unternehmen eine geeignete Kommunikationslösung. Die Wahl fiel auf das RevPi Compact, das quasi als Edge-Controller beziehungsweise IoT-Gateway die Sensor- und Aktordaten der an das Peer-to-Peer-Energiesystem angeschlossenen Anlagen sicher in eine Cloud übermittelt.
RevPi Flat als angepasste Lösung für die Energiebranche
»In diesem Projekt konnten wir die besonderen Anforderungen der Energiebranche kennenlernen, und wir haben uns dann entschlossen, mit dem RevPi Flat eine angepasste Lösung speziell für die Anwendungen im Energiebereich zu entwickeln«, betont Michael Suhre, Head of Product Management bei Kunbus. Vor allem die Aspekte Formfaktor, Sicherheit und erforderliche Schnittstellen standen dabei im Fokus. »Der Formfaktor ist im Haushaltsbereich durchaus anders als bei industriellen Anwendungen. Mit dem RevPi Flat haben wir jetzt eine Lösung, die für die Hutschiene im Haushaltsbereich angepasst wurde«, betont Suhre.
Sicherheitsfunktionen per Trusted Platform Modul
Um die besonderen Sicherheitsaspekte der Energiewirtschaft als kritische Infrastruktur berücksichtigen zu können, wurde im RevPi Flat ein Trusted Platform Modul (TPM) von Infineon mit umfassenden Sicherheitsfunktionen integriert. Es gewährleistet Datenschutz sowie sichere Speichervorgänge und bietet Schutz vor externen Soft- und Hardwareattacken. Auch wurde bei diesem Gerät – anders als bei den Industrieprodukten der Revolution-Pi-Reihe – bewusst auf eine Micro-USB-Buchse zum Aufspielen eines neuen Software-Images verzichtet. »Das vom Kunden entwickelte Image wird bei uns im eigenen Produktionsprozess direkt auf das Gerät aufgespielt, und das Gerät wird dann versiegelt an den Kunden versendet. So können wir die Manipulation der Software verhindern«, beschreibt Crismancich. Updates sind mehrstufig möglich:
- Der Kernel und Standard-Applikationen können über eine SSH-Verbindung zum Gerät und dem Standard-Linux-Befehl apt-get aktualisiert werden.
- Umgebungen wie IoT Edge (Microsoft Azure) bringen Funktionen für das Applikations-Update aus der Cloud mit.
- Für Partitions-Updates, also das gesamte System, kann ein Fail-Safe-OTA implementiert werden, zum Beispiel mit mender.io.
Der umfassende Sicherheitsgedanke ist für Kunbus besonders wichtig, denn der RevPi Flat soll möglichst flexibel und für eine Vielzahl an Anwendungen im Energiebereich eingesetzt werden können, ohne dass Kunbus die jeweiligen Einsatzbereiche seiner Kunden im Detail kennt. »Jeder Kunde von uns entwickelt bei den Anwendungen sein Image selbst. Was deren Software genau macht, können wir nur erahnen, aber wir wissen es nicht genau«, so Suhre. Mit dem integrierten TPM lassen sich jedoch alle Sicherheitsaspekte abdecken. »Jede Hardware lässt sich kopieren, jede IP lässt sich kopieren, aber das TPM lässt sich nicht kopieren. So ist gewährleistet, dass man durch die eindeutige Zuordnung immer mit dem richtigen Device kommuniziert«, betont Crismancich. »Auch können bei der Übertragung der Parameter typische Verschlüsselungsalgorithmen verwendet werden, wie elliptische Kurven oder andere kryptografische Verfahren. All dies kann der Anwender integrieren, wenn es für den jeweiligen Anwendungsfall erforderlich ist«, ergänzt Suhre.