Drahtlose Sensoren arbeiten zuverlässig in Versorgungsnetzen

Nach Angaben der auf Hightech-Projektmanagement spezialisierten Eurescom GmbH, Heidelberg, geraten Infrastrukturnetze zunehmend ins Visier von Hackern, aber auch Störungen durch Verschleiß machen Netzbetreibern zu schaffen. Die Infrastrukturnetze sicher zu machen sei daher „eine wesentliche gesellschaftliche Herausforderung“, heißt es sowohl seitens Eurescom als auch von der Europäischen Kommission. Mit finanzieller Unterstützung der EU und zusammen mit Partnern aus mehreren EU-Staaten forschten die Heidelberger drei Jahre lang im Projekt „WSAN4CIP – wireless sensor and actuator networks for the protection of critical infrastructures „. Diesen Monat werden die Ergebnisse präsentiert.

Drahtlose Sensoren: Störungen lassen sich besser lokalisieren

„Was wir aufgebaut haben, werden wir im Februar beim Projekt-Review an einem Umspannwerk des portugiesischen Versorgers EDP Distribuição – Energia live zeigen“, sagte Projektkoordinator Uwe Herzog gegenüber den VDI nachrichten. „Im Prinzip haben wir eine Reihe von Sensoren gebaut und jeweils im einzelnen Objekt verteilt. Diese messen bestimmte Signale und leiten sie über sichere drahtlose Kommunikationswege weiter, z. B. per WLAN . Eine Zentrale arbeitet die Signale grafisch auf“, so Herzog. Statt wie bisher Leitungsstrecken von etwa 20 km zur Fehlersuche abzufahren, ließen sich Störungen durch die Sensornetze nun viel besser lokalisieren.

Die meisten Sensoren seien aus Standardkomponenten und zusätzlicher Sicherheitstechnik aufgebaut worden. Dass diese immer noch bewusst mechanisch zerstört werden könnten, gibt Herzog zu. Doch fehlten deren Signale, gebe es Störungsmeldungen, die vor Ort zu überprüfen seien. „Auch die Knoten, wo die Daten der Sensoren zusammenlaufen, können manipuliert werden“, zählte Herzog zu den Hauptschwierigkeiten, die es in der Projektphase zu lösen galt. „Unsere Schwerpunkte war die sichere und robuste Kommunikation und die Speicherung der Daten auf den Knoten.“

So galt es beispielsweise auf Störungen im Funkfrequenzbereich zu reagieren, die Komponenten abhörsicher und das Routing sicher zu machen. „Weil beispielsweise Hochspannungsmasten nicht für eine Software-Aktualisierung besucht werden können, brauchten wir dafür die passende Technik. Das muss wiederum sicher erfolgen, damit die Software nicht böswillig manipuliert werden kann“, erklärte Projektkoordinator Herzog.

Frankfurter Wasser- und Abwassergesellschaft: Drahtlose Sensoren messen Wasserdruck und Wasserfluss

Auf den Erfolg in einem Wassernetz der FWA Frankfurter Wasser- und Abwassergesellschaft, Frankfurt (Oder), ist er besonders stolz: „Ein hoher Schutz der kritischen Infrastruktur durch eine drahtlose Sensoren- und Stellgliederlösung ist wesentlich leichter, schneller und weniger kostenintensiv ist als bei einer drahtgebundenen Lösung.“ Denn die FWA hatte zuvor bereits mit hohen Kosten ein Sicherheitssystem per Glasfaserkabel eingerichtet.

Nun überwachen drahtlose Sensoren den Zugang, registrieren potenzielle Eindringlinge und messen den Wasserdruck sowie den Wasserfluss. Die Daten werden jeweils im Bedarfsfall weitergeleitet. Wenn ein Alarm beispielsweise einen plötzlich abfallenden Wasserdruck signalisiert, könne dies sowohl ein Hinweis auf einen unbeabsichtigten Wasserrohrschaden als auch auf einen bösartigen Angriff sein. Das sei dann vor Ort gezielt zu prüfen.

Ähnlich sieht es aus, wenn Sensoren in einer Umspannstation eine zu hohe Temperatur messen. Daher übertragen die WSAN4CIP-Sensoren nach Angaben von Eurescom „schnell und verlässlich Information über Störungen im Stromversorgungsnetz und wo sie aufgetreten sind“. Im Alarmfall gelange das Servicepersonal so schnell zur Störung.

Drahtlose Sensoren: Bei Energieversorger EDP modellhaft getestet

Modellhaft wurde das beim Energieversorger EDP getestet. Das System könne z. B. den Zustand der Auslösespule für den Stromkreisunterbrecher und die Öltemperatur des Stromtransformators sowie die Aktivität in allen drei Phasen der Mittel- und Niederspannungsleitungen messen, um den Ort von Stromleitungsstörungen zu entdecken, heißt es. Durch eine Infrarotkamera funktioniere das auch bei Hotspots der Mittel- und Niederspannungstransformatoren. Zur Auswertung aller überwachten Parameter wird das in der Energiewirtschaft standardisierte SCADA-System (Supervisory Control and Data Acquisition) benutzt, wofür die Forscher eine Schnittstelle entwickelt haben.

„Weil manche Sensoren zugänglich sind, kann man nie behaupten, dass Manipulation ganz unmöglich ist. Aber unser System ist ziemlich sicher“, zeigte sich Herzog von den Projekt-Ergebnissen überzeugt. Denn 100 %-Sicherheit gebe es nirgends. Nun läge es an den Herstellern, die im Projekt erarbeiteten Lösungen, deren Spezifikation auf der Projektwebseite verfügbar sind, aufzugreifen und in kommerzielle Produkte umzusetzen, sagte Herzog. So könne die Industrie dazu beitragen, die Infrastruktursicherheit preiswerter zu machen.