mini|Zertifiziertes Smart-Meter-Gateway mit LTE-Modem Das Smart-Meter-Gateway (SMGW) (engl. Smart Meter: intelligentes Messsystem; Gateway: Portal, Durchgang) bildet das zentrale Kommunikations- und Datenspeicherelement eines Intelligenten Messsystems. Es verbindet digitale Stromzähler, sogenannte moderne Messeinrichtungen und weitere technische Anlagen sicher mit einem Kommunikationsnetz und dient als technische Schnittstelle zur Speicherung und Übermittlung von Messdaten. Smart-Meter-Gateways müssen strenge Zertifizierungskriterien des Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) erfüllen, insbesondere hinsichtlich Datenschutz und IT-Sicherheit.
Erst durch die Kombination von moderner Messeinrichtung und Smart-Meter-Gateway entsteht ein intelligentes Messsystem, das für bestimmte Verbrauchs- und Erzeugungsgrenzen verpflichtend ist. Smart-Meter-Gateways sind ein wichtiger Baustein im Rahmen der Energiewende und der damit verbundenen notwendigen Digitalisierung der Stromnetze. Sie sind eine Voraussetzung dafür, dass ein dezentrales Energiesystem basierend auf erneuerbaren Energien wie Wind- und Solaranlagen zuverlässig funktioniert. Das Smart-Meter-Gateway nimmt dabei eine Schlüsselrolle für die sichere, standardisierte und sektorenübergreifende Digitalisierung der Energieversorgung ein.
Ein Smart-Meter-Gateway speichert die Messwerte der Zähler für Strom, Gas und Wasser und übermittelt je nach Tarifanwendungsfall (TAF) die Daten in gewissen Abständen an den Energieversorger. Durch die Anbindung von Messstellen an Kommunikationsnetze ermöglicht das Gateway eine kontinuierliche, zeitnahe und detaillierte Erfassung und Übermittlung von Verbrauchs- und Einspeisedaten. Diese Daten ermöglichen Marktteilnehmern, Netzbetreibern und Regulierungsbehörden eine präzise Abbildung des tatsächlichen Energieverbrauchs und der Einspeisung.
Rechtliche Grundlagen Im Rahmen der Digitalisierung der Energiewende trat 2016 das Messstellenbetriebsgesetz in Kraft. Dieses regelt den Markt für den Betrieb von Messstellen und die Ausstattung der leitungsgebundenen Energieversorgung mit modernen Messeinrichtungen und intelligenten Messsystemen. Das BSI erhielt im Jahr 2010 vom Bundeswirtschaftsministerium den Auftrag, zwei Schutzprofile und eine Technische Richtlinie für die Kommunikationseinheit eines intelligenten Messsystems zu erarbeiten. Das Forum Netztechnik/Netzbetrieb hat im Rahmen des Projektes „MessSystem 2020“ ab April 2012 ein Lastenheft für standardisierte Smart-Meter-Gateways ausgearbeitet.
In Deutschland ist der Einsatz von Smart Metern gesetzlich verpflichtend, wobei der Datenschutz eine zentrale Rolle spielt. Die Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO) bildet dabei den übergeordneten Rechtsrahmen als unmittelbar anwendbares Europarecht, der durch das Messstellenbetriebsgesetz konkretisiert wurde. Das Smart-Meter-Gateway fungiert dabei als technische Schutzinstanz, indem es die Kommunikation zwischen Messgerät, Netzbetreiber und weiteren Marktteilnehmern verschlüsselt und kontrolliert. Die Datenübertragung ist auf das gesetzlich erlaubte Maß beschränkt. In einem normalen Haushalt wird beispielsweise nur ein aggregierter Tageswert übertragen. Diese technische und rechtliche Begrenzung dient dem Schutz der Privatsphäre und verhindert die Erstellung detaillierter Verbrauchsprofile ohne ausdrückliche Einwilligung.
Die Verarbeitung der Messdaten erfolgt ebenfalls auf Basis einer gesetzlichen Verpflichtung. Eine Einwilligung des Anschlussnutzers ist für dafür nicht erforderlich und auch nicht vorgesehen. Für weitergehende Nutzungen wie die Weitergabe von Verbrauchsprofilen an Dritte oder personalisierte Angebote ist jedoch eine ausdrückliche Einwilligung notwendig. Das Prinzip der Datensparsamkeit wird sowohl rechtlich als auch technisch durch das Smart-Meter-Gateway und die BSI-Zertifizierung erzwungen.
Anfang März 2021 stoppte das nordrhein-westfälische Oberverwaltungsgericht Münster im Eilverfahren vorerst die Verpflichtung zum Einbau von intelligenten Stromzählern für grundzuständige Messstellenbetreiber. Mit Inkrafttreten des Gesetzes zum Neustart der Digitalisierung der Energiewende (GNDEW) im Mai 2023 wurde der Rechtsrahmen an entscheidenden Stellen erweitert und verändert. Ab dem 1. Januar 2025 startet der gesetzlich verpflichtende Rollout von Smart Metern für die grundzuständigen Messstellenbetreiber erneut. Das Gesetz ermöglicht es den Messstellenbetreibern bereits vor dem Start des verpflichtenden Rollouts intelligente Zähler einzubauen. Zum 30. September 2025 hatten die grundzuständigen Messstellenbetreiber eine Quote von 20,2 % aller Pflichteinbaufälle erzielt, entsprechend etwa 940.000 Messlokationen.
Systemarchitektur mini|hochkant=1.5|Systemarchitektur Smart Meter Gateway Die Kommunikation zwischen dem Smart-Meter-Gateway und den berechtigten Marktteilnehmern erfolgt über verschiedene Netzwerke: das Wide Area Network (WAN) für die externe Kommunikation, das Local Metrological Network (LMN) für die Verbindung zu den Zählern sowie das Home Area Network (HAN) für die Schnittstelle zum Endkunden und zu steuerbaren Geräten. Über das Smart-Meter-Gateway können nicht nur Verbrauchsdaten ausgelesen, sondern auch Steuerungsbefehle an Anlagen gesendet werden. Dies ist insbesondere für die Netzstabilität und die Integration erneuerbarer Energien von Bedeutung. Das Smart-Meter-Gateway hat in diesem Gefüge dafür Sorge zu tragen, dass alle Kommunikationsverbindungen verschlüsselt werden und dass nur bekannten Teilnehmern und Geräten vertraut wird.
Lokales metrologisches Netzwerk Die Lokale-metrologische-Netwerk-Schnittstelle kann nach der Technischen Richtlinie sowohl als Nahbereichs-Funkschnittstelle (wireless Mbus) oder als serielle Schnittstelle ausgeführt sein. Über die Lokale-metrologische-Netwerk-Schnittstelle kommuniziert das Smart-Meter-Gateway mit den angebundenen Zählern (Strom, Gas, Wasser, Wärme) eines oder mehrerer Netzverbraucher. Die Zähler kommunizieren ihre Messwerte über das Local Metrological Network an das Smart-Meter-Gateway.
Home Area Network mini|Smart-Meter-Gateway; WAN-Kommunikation über GPRS; Mitte rechts die HAN-Schnittstelle Die HAN-Schnittstelle ist als Ethernetschnittstelle ausgeführt und dient zur Einbindung des Smart-Meter-Gateways ins Heimnetz des Kunden. An dieser können zum Beispiel steuerbare Geräte wie intelligente Hausgeräte oder ein Energieerzeuger angeschlossen werden. Zur HAN-Schnittstelle gehört auch ein Controllable-Local-System-(CLS-)Interface, das den Fernzugriff auf regelbare Erzeuger wie Photovoltaikanlagen oder Batteriespeicher und unterbrechbare Verbrauchseinrichtungen wie Ladesäulen und Nachtspeicherheizungen ermöglicht. Das Smart-Meter-Gateway stellt dabei sicher, dass jeglicher Zugriff von außen auf steuerbare Geräte im Haushalt verschlüsselt erfolgt.
Außerdem kann der Kunde über die HAN-Schnittstelle seine Verbrauchs- und bei einer Erzeugungsanlage auch die Einspeisewerte abfragen. Er kann hierzu das Smart-Meter-Gateway über Ethernet mit einem PC oder Tablet verbinden.
In der Praxis hat es sich herausgestellt, dass das Smart-Meter-Gateway als verplombtes System ausgeführt ist. Also je eine Schnittstelle zum digitalen Stromzähler und eine Schnittstelle meist zum Mobilfunknetz hat. Am digitalen Stromzähler befindet sich eine Infrarot-Schnittstelle, die für den Kunden offen ist. Steuerbare Geräte werden dagegen durch einen zweiten Stromzähler (Kunden-Smart-Meter) des Kunden gesteuert.
Wide Area Network Die WAN-Schnittstelle ist als IP-Schnittstelle ausgeführt. Aus Gründen der Sicherheit gehen sämtliche Kommunikationsverbindungen vom Smart-Meter-Gateway aus. Diese können bei Bedarf oder zu festgelegten Zeitpunkten durch das Gateway etabliert werden. Um aber auch auf spontane Ereignisse reagieren zu können, kann das Smart-Meter-Gateway über einen Wake-Up Dienst zu einem Verbindungsaufbau veranlasst werden. Über die WAN-Schnittstelle ist das Smart-Meter-Gateway in eine Public-Key-Infrastruktur eingebunden und jegliche Kommunikation ist mit TLS verschlüsselt. Die Datenübertragung kann mit verschiedenen Techniken erfolgen. Stand September 2024 gibt es beispielsweise Smart-Meter-Gateways mit LTE-Modem, GPRS, CDMA, IEEE 1901-Breitband-Powerline oder Ethernet-Anschluss.
Sichere Lieferkette Das Bundesamt für Informationssicherheit hat in einem „Anforderungskatalog zur MSB-Lieferkette“ die Anforderungen an die Sicherheit und Integrität von Smart-Meter-Gateways während der gesamten Lieferkette von der Herstellung bis zum Einbau zusammengefasst. Dadurch sollen Smart-Meter-Gateways auf dem Weg vom Hersteller über die Lagerung und den Transport bis zur Montage vor Manipulation geschützt werden. So soll sichergestellt werden, dass nur unveränderte Smart-Meter-Gateways ihren Montageort erreichen. Damit wird eine Anforderung des Schutzprofils BSI-CC-PP-0073 erfüllt. Dazu muss der Messstellenbetreiber (MSB) ein Sicherheitskonzept für seine konkrete MSB-Lieferkette erstellen und daraus geeignete Sicherheitsmaßnahmen ableiten. Mithilfe der geplanten Sicherheitsmaßnahmen sollen Sicherheitsvorfälle verhindert werden können.
Die Steuerung der Lieferkette erfolgt mittels eines elektronischen Lieferscheins. Dieser enthält nicht nur Lieferinformationen, sondern überträgt auch die für die Inbetriebnahme und Verwaltung der Gateways notwendigen Konfigurationsdaten. Diese Konfigurationsdaten werden sowohl bei der Bestellung als auch bei der Lieferung verschlüsselt und signiert ausgetauscht. Die Verschlüsselung erfolgt nach kryptographischen Standards. Der Austausch der hierfür benötigten digitalen Zertifikate ist über eine Public-Key-Infrastruktur geregelt.
Das Smart-Meter-Gateway selbst besitzt ein Gehäusesiegel, so dass ein unbefugtes Öffnen des Geräts erkennbar ist. Zusätzlich wird über einen Selbsttest die Integrität der Firmware und die Funktionsfähigkeit der kryptographischen Operationen überprüft. Begleitende organisatorische und technische Maßnahmen sind die Beschränkung des Zugangs zu den Geräten und die Schulung des Personals.
Gateway-Administration Die Administration der Gateways, also die Konfiguration, Überwachung, Wartung und das Management der digitalen Zertifikate, obliegt dem sogenannten Gateway-Administrator. Der Gateway-Administrator sorgt dafür, dass das Smart-Meter-Gateway ordnungsgemäß funktioniert, die richtigen Marktteilnehmer Zugriff auf die Daten erhalten und notwendige Software-Updates eingespielt werden. Er ist auch für die Verwaltung der Zugriffsrechte und die Einbindung von externen Marktteilnehmern zuständig, die beispielsweise Schaltbefehle über das Gateway an angeschlossene Anlagen senden möchten.
Der Smart-Meter-Gateway-Administrator muss bestimmte Mindestanforderungen an die Informationssicherheit erfüllen. Diese Anforderungen gelten auch für Marktteilnehmer, die die Aufgaben des Administrators selbst übernehmen oder als Dienstleister für Dritte anbieten. Auch sie müssen ein vergleichbares Niveau an Informationssicherheit gewährleisten. Dazu sind einheitliche organisatorische und technische Anforderungen sowie geeignete Sicherheitsmaßnahmen erforderlich. Diese Mindestanforderungen sind in der Technischen Richtlinie BSI-TR-03109-6 festgelegt. Damit ein Messstellenbetreiber als Gateway-Administrator tätig sein darf, muss er sich einem Zertifizierungsprozess gemäß § 25 MsbG unterziehen.