Die RASSA Initiative der Technologieplattform Smart Grids Austria

 

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RASSA steht für Reference Architecture for Smart Grids in Austria, also eine sichere Smart Grids Referenzarchitektur für Österreich.

Ausgangslage

Durch die fortschreitende Digitalisierung, von der auch die Energiesysteme betroffen sind, wird schrittweise ein bisher nie dagewesener Grad an informationstechnischer Vernetzung erreicht. Dies führt zu zwei wesentlichen Herausforderungen für das Systemdesign: Einerseits muss die Interoperabilität zwischen verschiedenen (Teil-)Systemen und Komponenten sichergestellt werden, andererseits sind effektive Sicherheits- und Datenschutzmaßnahmen erforderlich, um diese kritische Infrastruktur vor Cyberangriffen zu schützen und die Akzeptanz der Verbraucher zu erhöhen. Nur wenn beide Herausforderungen der Technologieentwicklung bereits beim Design zukünftiger Smart Grids berücksichtigt werden, kann auf Dauer eine hohe Versorgungssicherheit garantiert werden.

Bisherige Smart-Grid-Anwendungen, Pilotprojekte und Sicherheitsuntersuchungen in Österreich und Europa behandeln zwar bereits Teillösungen des Gesamtbildes. Um die Herausforderungen von Interoperabilität und Sicherheit für die kommenden fünf bis zehn Jahre grundlegend anzugehen, ist eine einheitliche Smart-Grid-Referenzarchitektur für Österreich unerlässlich, die bereits jetzt zukünftige Anwendungsfälle berücksichtigt. Es besteht sonst die Gefahr, dass sich verschiedene Insellösungen etablieren, die dem Einsatz einer breit akzeptierten Gesamtlösung entgegenstehen. Die Referenzarchitektur wird im europäischen Kontext entwickelt.

 

Aufgabenstellung für die Referenzarchitektur

  • Die Bewältigung der Anforderungen durch die Integration von erneuerbarer Energiequellen, Elektromobilität und die Handhabung von Flexibilität macht neue Lösungsansätze notwendig.
  • Die Unterstützung bei der Planung zukünftiger Systeme und der Migration von bestehenden Legacy-Architekturen zu einer neuen Smart Grid Architektur
  • Die Digitalisierung des Energiesystems erfordert in den nächsten Jahren hohe Investitionen.
  • Die Anforderungen an Safety und Security bringen zusätzliche Komplexität ins System.
  • Neue Vorgaben an Unternehmen zur Umsetzung von Richtlinien (z.B. Informationssicherheit oder Datenschutz) legen neue Anforderungen, z.B. zur Dokumentation durchgeführter Maßnahmen, fest.

 

RASSA Initiative

 

Lösungsansatz der Referenzarchitektur

  • Die Referenzarchitektur ist die Grundlage einer modellbasierten Betrachtung des Gesamtsystems, bestehend aus Energiekomponenten und IT-Infrastruktur.
  • Die Entwicklung geeigneter Tools, hilft die komplexen Systeme systematisch zu modellieren, zu validieren und zu dokumentieren. Tools unterstützen auch die Wiederverwendbarkeit der Lösungen.
  • Die Definition wiederverwendbarer Entwurfsmuster und deren Sicherheitsanforderungen ermöglicht die standardkonforme Entwicklung sicherer Systeme.

Eine Referenzarchitektur bietet herstellerneutrale, technische Spezifikationen zu Mindestanforderungen und Schnittstellen modularer „Bausteine“ für konkrete Systemlösungen an. Die Referenzarchitektur basiert auf ausgewählten Anwendungsfällen. Sie beschreibt die Akteure, deren funktionalen Beziehungen und den dafür festgelegten Prozessen, Datenaustauschen, Sicherheits- und Standardanforderungen und Komponenten

 

Modellierung von Smart Grid Systemen

Die Entwicklung von Smart-Grid-Systemarchitekturen stellt eine komplexe Herausforderung dar, die verschiedene Stakeholder aus unterschiedlichen Domänen involviert. Um eine stakeholder-übergreifende, interdisziplinäre Entwicklung zu ermöglichen, ist ein modellbasierter Ansatz zielführend. Sie dient als Instrument, um sich auf Basis einer gemeinsame Sichtweise und Sprache über Systemzusammenhänge zu verständigen und ermöglicht einen strukturierten Entwicklungsprozess mit akkordierten Anforderungen. Mit dem Smart Grid Architecture Model (SGAM, M/490 Mandat) wurde ein solches Bezugssystem erarbeitet. Damit ist eine systematische Modellierung komplexer Systeme möglich.

 

Startpunkte für die Referenzarchitekturentwicklung:

Es existieren bereits verschiedene Referenz-Architekturen, die unter Berücksichtigung umfangreicher Sammlungen von Anwendungsfällen erstellt wurden. Den Zusammenhang der vorhandenen internationalen und nationalen Arbeiten, auf denen die Entwicklung der österreichischen Referenzarchitektur basiert, zeigt die nachstehende Abbildung.

 

 

Nutzen der RASSA - Referenzarchitektur

  • Die unterschiedlichen Blickwinkel des modellbasierten Ansatzes ermöglichen die Einbindung der unterschiedlichen Stakeholder und auch die institutionellen Anforderungen können abgebildet werden.
  • Die standardbasierte Ableitung von Anforderungen (z.B. für Security aus NIST LRM) bildet die Grundlage für die Erstellung von umfassenden state-of-the-art Anforderungsprofilen.
  • Ein digitales Modell der Architektur ermöglicht den Entwurf sicherer, komplexer Systeme und stellt die Wiederverwendbarkeit der bestehenden Komponenten sicher.
  • Die Entwicklung geeigneter Tools hilft die komplexen Systeme systematisch zu modellieren, zu validieren und zu dokumentieren.
  • Digitale Modelle unterstützen den Datenexport in andere Tools (z.B. Risikomanagement) und liefern eine Dokumentation von Schnittstellen, Protokollen und Datenmodellen.

 

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Kurzbeschreibung RASSA - Initiative

RASSA-Präsentation (dt. Version 2017)

 

 

Projekte der RASSA Initiative

RASSA Initiative

 

Projekt RASSA Stakeholderprozess (RASSA-Prozess)

Das Projekt RASSA-Stakeholderprozess bearbeitet die umfassende Konzeption eines Prozesses zur Entwicklung einer abgestimmten Smart Grids Referenzarchitektur für Österreich unter Einbeziehung aller relevanten Akteure. Die Referenzarchitektur dient als „Blaupause“ für weitere Smart-Grid-Lösungen. Ausgehend von den technisch-wissenschaftlichen Grundlagen einer Referenzarchitektur (technische Anforderungen, Stand der Technik) wird ein Prozess erarbeitet, der die Anforderungen aller relevanter Akteure vom Infrastrukturbetreiber, Industrie bis zu Bedarfsträgern zielgruppenspezifisch abholt und die notwendige Abstimmung und Vermittlung hin zu einer national akzeptierten und international ausgerichteten Referenzarchitektur erfüllt.

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RASSA Stakeholderprozess Kurzfassung (dt.)

RASSA Stakeholder process Abstract (eng.)

 

Dieses Projekt wurde vom Klima- und Energiefonds im Rahmen des Programms Stadt der Zukunft gefördert, Laufzeit 09/2014-12/2015.

 

Projekt RASSA-Architektur

Ziel des Vorhabens RASSA-Architektur ist es, eine einheitliche Referenzarchitektur für sichere Smart Grids in Österreich zu entwickeln. Das Projekt setzt auf existierende Standards und Konzepte auf, und spezifiziert in enger Abstimmung mit allen relevanten Akteuren eine Referenzarchitektur, die als Vorlage für konkrete Smart-Grid-Implementierungen dient. Indem bei der Instanziierung einzelner Komponenten die Prinzipien der Referenzarchitektur übernommen werden, können sichere und interoperable Smart-Grid-Systeme auf konsistente und effiziente Weise umgesetzt werden.

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Kurzfassung RASSA Architektur (dt.)

RASSA-Präsentation (dt. Version 2017)

 

 

Publikationen (dt.)

Für englische Publikationen bitte nach unten scrollen.

Papers

Posters

  • Definition einer Referenzarchitektur für sichere Smart Grids in Österreich. Meisel, M., Litzelbauer, M., Berger, A., Uslar, M., Langer, L. Smart Grids Week Linz, 10.5 - 13.5.2016, Online verfügbar unter: Poster I Smart Grids Week Linz 2016
  • Smart Grid Referenzarchitektur für Österreich. Kupzog, F., Jung, O., Meisel., M. Neureiter, C., Berger, A., Smart Grids Week Linz, 10.5 - 13.5.2016, Online verfügbar unter: Poster II Smart Grids Week Linz 2016
  • Smart Grid Anwendungen für EndnutzerInnen: Bestehendes Interesse und Erfolgsfaktoren, Autoren: Diamond, L.; Fröhlich, P.; Röderer, K.; Reisinger, M.; Tscheligi, M. Konferenz: Smart Grids Week Linz 10.5. - 13.5.2016. Online verfügbar unter Poster III Smart Grids Week Linz 2016
  • Methodical Reference Architecture Development Progress, Meisel, M., Wilker, S., Fabini, J., Annessi, R., Zseby, T., Müllner, M., Kastner, W., Litzelbauer, M., Gawlik, W., Neureiter, C., 5th D-A-CH+ Energy Informatics Conference 2016, (invited), ComForEn 2016 7th Symposium Communications for Energy Systems, Klagenfurt, Austria, September 29-30, 2016. Online verfügbar unter: Poster ComForEn 2016
  • Modellbasiert vs. modellgetrieben im Design einer Referenzarchitektur für sichere Smart Grids in Österreich,  Meisel, M., Wilker, S., Fasthuber, D., Jung, O., Schimaik, G., Kammerstetter, M., Müllner, M., Kastner, W., Gawlik, W., Neureiter, Ch., Lastros, G., Smart Energy Systems Week Graz, 15.5-19.5-2017, Online verfügbar unter: Poster Smart Energy Systems Week Graz 2017

 

Dieses Projekt wird vom Klima- und Energiefonds im Rahmen des Programms Energieforschung 2014 gefördert, Laufzeit 06/2015-11/2017.

 
 
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English Version: RASSA–Initiative

 

Starting Position

The advancing digitization has brought about an unprecedented degree of integration with regard to information technology. Two main challenges for system design arise within the energy sector. On the one hand, interoperability between different (sub) systems and components must be ensured. On the other hand, effective security and data protection measures are necessary to protect this critical infrastructure against cyber attacks and to increase consumer acceptance. Only if both challenges are accounted for already in the design phase of future smart grids, a high level of security of supply can be guaranteed in the long term.

Recent Austrian and European smart grid applications, pilot projects and safety investigations provided only partial solutions. In order to tackle the global challenges of interoperability and system security over the next five to ten years, the development of a uniform smart grid reference architecture for Austria is essential. Or else isolated solutions may be established, further preventing the implementation of a widely accepted holistic solution. The Austrian smart grid reference architecture will thus be developed in a European context, already taking into account future applications.

 

Objective of the RASSA-Initiative

Tasks for the reference architecture

  • Development of new solutions for the integration of higher shares of renewable energy resources and electric vehicles as well as for the use of flexibility.
  • Support for planning future systems and migrating existing legacy architectures into a new smart grid architecture.
  • Digitization of the energy system will require high investments in the coming years.
  • New requirements for safety and security lead to additional system complexity.
  • New regulation, e.g. on information security or data protection, requires companies to adjust their policies and processes, e.g. for the documentation of implemented measures.

 

 

Proposed solutions

  • The reference architecture represents the basis of a model-based view of the overall system consisting of energy components and IT infrastructure.
  • The development of suitable tools, helps to systematically model, validate and document the complex systems. Tools also support the reusability of solutions.
  • The definition of reusable design patterns and their security requirements enables the standard-compliant development of secure systems.

A reference architecture provides manufacturer-neutral technical specifications for minimum requirements and interfaces of modular ‘blocks’ for concrete system solutions. The reference architecture is based on preselected applications, actors and their functional relationships, predefined processes, data exchanges, security and standard requirements as well as components.

 

Modeling of Smart Grid Systems

The development of smart grid system architectures is a complex challenge that involves different stakeholders from different domains. In order to enable cross-disciplinary development across a range of stakeholders, a model-based approach is an important goal. It serves as an instrument for communicating through system context on the basis of a common viewpoint and language and allows for a structured development process based on accorded requirements. The Smart Grid Architecture Model (SGAM, M / 490 Mandate) represents a reference system, which supports systematic modeling processes of complex systems.

 

Starting points for the reference architecture

Different reference architectures already exist, which have been created based on extensive collections of use cases. The figure below shows the relationships between existing international and national solutions representing the basis for the development of the Austrian reference architecture.

 

 

Benefits of RASSA Reference Architecture

  • The different perspectives of the model-based approach allow for the integration of the various stakeholders. Institutional requirements can also be mapped.
  • The standard-based derivation of requirements (e.g. security from NIST LRM) forms the basis for the creation of comprehensive state-of-the-art requirements profiles.
  • A digital model of the architecture allows for the design of secure, complex systems and ensures the reusability of the existing components.
  • The development of suitable tools helps to systematically model, validate and document the complex systems.
  • Digital models support the data export to other tools (e.g. risk management tools) and provide documentation of interfaces, protocols and data models.
 

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RASSA Initiative Abstract (eng.)

Reference Architecture Presentation (eng. version 2017)

 

Publications (eng.)

  • Methodical Reference Architecture Development Progress – Beneficial Implications Developing a Secure Reference Architecture for Future Smart Grid Solutions in Austria, Meisel, M., Wilker, S., Fabini, J., Annessi, R., Zseby, T., Müllner, M., Kastner, W., Litzelbauer, M., Gawlik, W., Neureiter, C. Konferenz: 5th D-A-CH+ Energy Informatics Conference 2016, ComForEn 2016 7th Symposium Communications for Energy Systems, Klagenfurt, Austria, p.40-43, ISBN: 978-3-85133-090-8, September 29-30, 2016, Online verfügbar unter: Methodological Reference Architecture Development Progress
  • Smart Grid Architecture Model Standardization and the Applicability of Domain Language Specific Modeling Tools, Wilker, S. Meisel, M., Sauter, T., Konferenz: ISIE 2017, 26th IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Edinburgh, Scotland, UK, 19-21 June 2017. Online verfügbar (IEEE Xplore) unter: Smart grid architecture model standardization