5G und Mikronetze könnten gut zusammenpassen

Melden Sie sich an für tägliche Nachrichten-Updates von CleanTechnica per E-Mail. Oder folgen Sie uns auf Google News!

NREL untersucht Einrichtung und Sicherheit von 5G für Mikronetze mit einer 5G-Sandbox

Ob es nun Zufall oder sorgfältige Planung ist, die Infrastrukturen sowohl der Strom- als auch der Telekommunikationsnetze bewegen sich in eine ähnliche Richtung: in Richtung Rand. Solarmodule auf einem Dach sind wie 5G-Türme in einem Wohngebiet – in beiden Fällen basieren diese wichtigen Systeme zunehmend auf verteilten Anlagen.

Um die neueste Generation der drahtlosen Kommunikation und ihre Vorteile für Energiesysteme zu untersuchen, baute das National Renewable Energy Laboratory (NREL) eine 5G-Forschungsplattform innerhalb eines nachgebauten militärischen Mikronetzes und unterzog sie Resilienzszenarien und Cyberangriffen. Die Ergebnisse wurden in einem Bericht mit dem Titel „5G sicher mit Strom versorgt und widerstandsfähig„Sie fanden heraus, dass 5G-Funktionen verteilte Steuerungen sowie konfigurierbare Sicherheit und Ausfallsicherheit für Stromsysteme unterstützen können.

Das Projekt wurde vom Büro des Unterstaatssekretärs für Forschung und Entwicklung des US-Verteidigungsministeriums (DOD) als Teil des FutureG-Programmdessen Ziel es ist, das Land auf Telekommunikationsplattformen der nächsten Generation vorzubereiten, insbesondere in Bezug auf die Aspekte Sicherheit, Automatisierung und Belastbarkeit. Die Ergebnisse gehen jedoch weit über die Verteidigung hinaus: NREL zeigte, wie Versorgungsunternehmen 5G zum Vorteil der Netzwerksicherheit, Wiederherstellung und Kosten nutzen könnten. Und jetzt können die Partner mit einem realistischen Kommunikationstestgelände bei NREL sicherstellen, dass die Versorgungsunternehmen in umkämpften Umgebungen funktionieren, wenn sie am dringendsten benötigt werden.

Keine Kabel, kein Problem

Eine kleine Verzögerung ist während eines Streams ärgerlich, kann aber bei kritischen Energievorgängen lähmend sein. Die Zielgeschwindigkeit für die autonome Wiederherstellung der Stromversorgung beträgt acht Millisekunden – das ist extrem schnell. Festverdrahtete Glasfaserkabel sind die Alternative, aber bei einem solchen Wachstum bei verteilten Energiegeräten wird das Verlegen von Glasfaserkabeln in einem Mikronetz schnell unerschwinglich. Stattdessen untersuchte das Projektteam, wie die ultraniedrige Latenz von 5G diese Lücke schließen könnte.

„Aus Sicht der Netzintegration benötigen viele Geräte eine geringe Latenz und eine hohe Zuverlässigkeit, um erfolgreich koordiniert zu werden“, sagte Tony Markel, leitender Forscher und Projektleiter bei NREL. „Ein grundlegender Unterschied zwischen 4G und 5G ist die Art und Weise, wie sich die Daten bewegen; Datenressourcen können näher am Rand liegen. Was wäre, wenn wir die Leistung von Edge-Computing und reduzierte Latenz nutzen würden, um die Netzkomponenten zu einem effektiveren System zu machen?“

Die Forscher des NREL erreichten einen Teil der Effektivität von 5G, indem sie das Mikronetz so konzipierten, dass sowohl die Kommunikation als auch kritische Lasten mit Strom versorgt werden. Dazu gehörte eine zusätzliche Widerstandsebene, die durch den Einsatz von Edge-Controllern hinzugefügt wurde, um den Betrieb der Mikronetzkomponenten aufrechtzuerhalten, selbst wenn einige Kommunikationsverbindungen nicht verfügbar waren.

Da sowohl Belastbarkeit als auch Energiemanagement für die Missionen des NREL und des DOD von entscheidender Bedeutung sind, hat sich bei dieser Arbeit gezeigt, dass die Kombination aus 5G, verteilten Steuerungen und einem auf erneuerbaren Energien basierenden Mikronetz eine leistungsstarke Kombination darstellt.

Netzwerkstabilität, vorrangiger Datenverkehr und Private Slicing: Einige Vorteile von 5G

Um 5G unter realistischen Betriebsbedingungen zu testen, hat das NREL sein Mikronetz so modelliert, dass es einen Militärstützpunkt in Kalifornien widerspiegelt. Identische Solaranlagen, Batteriesysteme, Fahrzeugladegeräte und Schutzausrüstung wurden mit Schnittstellen über das 5G-Netzwerk modelliert. Viele Szenarien wurden getestet, darunter Netzausfälle und verschiedene Cyberangriffe.

„Bei unseren Testszenarien ging es nicht nur darum, das Stromnetz und die Mikronetze widerstandsfähig zu steuern, sondern auch darum, das 5G-Netz selbst mit Strom zu versorgen. Wenn wir das Netz für eine stabile Stromversorgung am Laufen halten können, bleibt das Kommunikationsnetz betriebsbereit“, sagte Brian Miller, Leiter der elektrischen Energiesystemtechnik.

Zu den Szenarien gehörten der Ausfall eines Mobilfunkmasts, der Absturz und die Wiederherstellung eines Mikronetz-Controllers, unsicherer, aus dem Ausland betriebener Netzwerkverkehr und Überlastungen durch andere Netzwerkgeräte.

„Edge Computing, Priorisierung des Netzwerkverkehrs und Private Slicing haben alle funktioniert“, sagte Miller und besprach die 5G-Funktionen, die sie im Test-Mikronetz implementiert haben. „Wir konnten mit diesem Netzwerk einwandfrei arbeiten. So konnten wir beispielsweise dank der Priorisierung auch dann präemptiv vorgehen, wenn der Kommunikationsverkehr maximal ausgelastet war, sodass es so ist, als ob wir dedizierten Zugriff auf kritische Systeme hätten.“

Die Latenz war jedoch weniger beeindruckend. Vielleicht könnten die Forscher mit Millimeterwellen-5G-Bändern einen deutlich schnelleren Datenaustausch erreichen, aber das geografisch verteilte Mikronetz erforderte die größere Reichweite der Sub-6-GHz-Bänder. Die Latenz war niedrig, aber nicht ultraniedrig genug, um die Wiederherstellung der Stromversorgung ohne auch nur eine Unterbrechung der Stromversorgung reibungslos zu koordinieren, wie es eine Batterie-Backup-Einheit normalerweise tun würde.

In Bezug auf die Sicherheit konzentrierten sich die Forscher auf jede 5G-Komponente und fanden viele Möglichkeiten, das Netzwerk sicherer gegen Angreifer zu machen, die bereits Fuß fassen konnten. Da 5G auf handelsüblicher Serverhardware und virtualisierten Tools und Funktionen basiert, erfordert jede Komponente eine gründliche Cyber-Bewertung und -Optimierung, um zu verhindern, dass Bedrohungsakteure Daten ändern oder Parameter von Energiesystemen lesen. Zu wissen, dass die Netzwerkkomponenten und Datenflüsse sicher sind, ist der erste Schritt, um 5G für zukünftige Anwendungen mit verteilten Assets vertrauen zu können.

Eine neue Laborkapazität

Diese 5G-Laborfähigkeit ist ein Beispiel für die Zusammenarbeit zwischen Regierungsbehörden bei einer Technologie, die gegenseitige Belastbarkeit erreicht. 5G ist für das US-Verteidigungsministerium von besonderer Bedeutung, da es zahlreiche Szenarien für den schnellen Einsatz unterstützen kann, wie etwa Expeditionsoperationen auf Luftwaffenstützpunkten, agile Kampfeinsätze und mehr. Nach weiteren Tests werden diese Ergebnisse als Grundlage für militärische Dienste dienen, um die Infrastruktur zu verbessern. Im weiteren Sinne trägt die 5G-Forschung zu belastbaren Stromnetzen im Inland und zu Innovationen in den USA bei.

„Wir planen, dieses Projekt als Entwicklungsplattform für Forschungskapazitäten zu nutzen, die in der Advanced Research on Integrated Energy Systems (ARIES) Cyber ​​Range repliziert werden können“, sagte Markel. „Der 5G-Kern, Multi-Access-Edge-Computing und private Slices bilden die Grundlage für Forschungspläne zur groß angelegten sicheren Integration erneuerbarer Energien.“

ARIES ist die ideale Forschungsumgebung für Versorgungsunternehmen, Geräteentwickler, Energiedienstleister und alle Netzforscher, um ihre eigenen Systeme zu testen und 5G-Lösungen zu validieren, ohne den Einschränkungen unterliegen zu müssen, die Tests direkt im öffentlichen Netz mit sich bringen.

„Die Industrie hat diese Bemühungen vorangetrieben, indem sie eine modulare und offene 5G-Architektur geplant hat, und wir erforschen neue Möglichkeiten, ihre Funktionen im Stromnetz zu nutzen“, sagte Markel. „Millionen von Energiegeräten werden miteinander verbunden, und unsere Forschung zeigt den Weg zu verteilten, widerstandsfähigen, sicheren und energieeffizienten Abläufen auf der Grundlage von 5G.“

Lernen NREL-Stellenangebote im Bereich 5G für Cybersicherheit.

Von Conner O’Neil, NREL.