Performance evaluation of wireless machine-to-machine communications for smart grid applications

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der Einsatz von Mobilfunksystemen zur zuverlässigen, sicheren und flächendeckenden Anbindung kommunikations- technischer Komponenten in zukünftigen Verteilnetzen analysiert. Insbesondere die Einbindung verteilter und volatiler Energieressourcen und ein intelligentes Lastmanagement auf Niederspannungsebene erfordern ein flächendeckendes Monitoring- und Kontrollsystem, welches aufgrund des hohen Mengengerüstes durch Funktechnologien bereitgestellt werden kann. Somit wird die bedarfsgerechte Planung und Dimensionierung der Mobilfunknetze zu einem immer wichtiger werdenden Grundstein zukünftiger IKT-basierter Energieversorgung. Hierbei stellen die zu realisierenden Installationsszenarien aus kommunikationstechnischer Sicht eine besondere Herausforderung dar, da diese für eine Vielzahl von M2M-Endpunkten unter schwierigen Installationsszenarien (Indoor und Keller) hohe Dienstgüteanforderungen erfüllen müssen. Die vorliegenden Betrachtungen zielen hierbei zunächst auf eine detaillierte Analyse der zukünftigen kommunikationstechnischen Anwendungen und Komponenten im Verteilnetz ab, um eine bedarfsgerechte kommunikationstechnische Evaluierung der Mobilfunktechnologien und eine verkehrstheoretische Prognose des zu erwartenden Datenaufkommens durchzuführen. Eine Evaluierung der Zugangstechnologien erfolgt hierbei mittels detaillierter simulativer und analytischer Kanalmodellierung der realitätsnahen Installationsszenarien mit der Zielsetzung Planungsparameter der Funkfeldcharakteristik abzuleiten. Neben den etablierten Mobilfunktechnologien kommen auch alternative Ansätze für den Betrieb dedizierter Netze in exklusiven Frequenzbereichen zum Einsatz, für die neue Kanalmodelle zur Gebäudedurchdringung entwickelt und analysiert werden. Die Ergebnisse zeigen dabei, dass bei der funktechnischen Anbindung eine zusätzliche Kellerdämpfung von bis zu 30 dB zu berücksichtigen ist, die die Nutzung von sub-GHz Bänder erfordert. Durch die verschlechterten Kanalbedingungen werden die Auswirkungen auf die zu erwartenden technologieabhängigen Datenraten in unterschiedlichen Umgebungen abgeleitet und eine Eignung mittels einer Verkehrsanalyse nur für aktuelle Standards der vierten Generation und jünger festgestellt.