Verschiedene neue Anforderungen werden an die IT-Landschaft von Versorgern gestellt. Dabei steht vor allem die Integration der vorhandenen Systeme mittels Standards im Vordergrund. Dieser Beitrag stellt das Common Information Model CIM als domänenspezifischen Integrationsstandard vor und gibt einen Überblick über dessen technische Implikationen. Dabei liegt Fokus auf der nachrichten-basierten B2B-Integration über XML-Nachrichten und Web Services.
Verändernde Rahmenbedingungen durch den Wandel an den Energiemärkten
führen dazu, dass auch die IT-Landschaft innerhalb eines Versorgungsunternehmens
(auch Utility genannt) diese Veränderungen widerspiegeln muss. Dabei lassen sich
vor allem drei Faktoren identifizieren (vgl. auch [
Betrachtet man die historische Entwicklung von Systemen wie SCADA, GIS, CSS
oder DMS, so waren diese zu Beginn meist alle innerhalb eines einzigen
monolithischen Systems realisiert. Durch Spezialisierung und Komponentenbildung kam es
dazu, dass Versorger über die Jahre nur noch einzelne Komponenten verschiedenster
Hersteller einsetzten und diese miteinander kommunizieren lassen mussten. Wegen
der extrem hohen Einsatz- und Lebensdauer dieser Systeme kommen über die Zeit der
Nutzung stets neue Adapter für Verbindungen zwischen den Systemen der
verschiedenen Hersteller hinzu. Die führt zu einem Punkt-zu-Punkt Dilemma [
Weiterhin hat die neuerliche Verbreitung der dezentralen und regenerativen Energieerzeuger wie Windenergieanlagen, Brennstoffzellen oder Biogasanlagen dazu geführt, das völlig neue Daten in komplett neuen Kommunikationsprozessen ausgetauscht werden müssen. Dies führt zu einem weiteren Anstieg an Datenformaten und Verbindungen zwischen Systemen, die durch den Versorger mit seiner ITInfrastruktur bedient werden müssen.
Letzter wichtiger Einflussfaktor ist das so genannte Legal Unbundling, welches zu einer Liberalisierung des Energiemarktes beitragen soll. Ziel des informatorischen Unbundling bei einem Versorger im Strombereich wäre beispielsweise die Trennung der Daten und Informationssysteme, welche aktuell noch von den Bereichen Erzeugung und Netz genutzt werden. Das Unbundling soll für eine diskriminierungsfreie Bereitstellung von Daten für alle Marktteilnehmer sorgen. Dies führt dazu, dass natürlich auch die Formate und Schnittstellen der neuen Teilnehmer bedient werden müssen.
Basierend auf diesen Faktoren wird im Folgenden eine Lösung für das Problem der Integration von IT-Systemen innerhalb eines Versorgers am Beispiel der Stromwirtschaft vorgestellt. Dabei lässt sich das Modell sowohl auf B2B-Integration als auch auf EAI innerhalb eines Unternehmens anwenden.
Der restliche Beitrag ist wie folgt aufgebaut. Kapitel 2 gibt eine Übersicht über
eine mögliche Integrationslösung für Versorger in der Elektrizitätswirtschaft, die die
drei grundlegenden Faktoren zu Grunde legt. Basierend auf den Anforderungen an
eine Integrationslösung wird das Common Information Model CIM [
Betrachtet man die Daten, die zwischen den Systemen bei einem Versorger ausgetauscht werden müssen, muss man die klassischen drei Dimensionen zur Klassifikation von föderierten Informationssystemen heranziehen [2, S. 14ff], aus diesen Dimensionen lassen sich implizit Anforderungen an eine Lösung ableiten.
Betrachtet man die Dimension der Autonomie, so ist bei der Beteiligung von
Punkt-zu-Punkt-Verbindungen die Kommunikationsautonomie nicht mehr gegeben.
Eine Abhilfe hier könnte eine SOA schaffen [
Die Dimension der Heterogenität umfasst die syntaktische, logische und
datenmodellbasierte Heterogenität. Um die Schnittstellenheterogenität zu vermeiden, kann
eine auf Web Services basierte Lösung mit XML-Nachrichten eingesetzt werden.
Zusätzlich lässt sich die datenmodellbasierte Heterogenität durch eine Normierung der
fachlichen Objekte innerhalb der Versorgern über eine Ontologie vermeiden.
Grundsätzlich ist bei der Umsetzung einer Lösung für Versorger in diesem Schritt bereits
der Aspekt der logischen Heterogenität zu betrachten. Durch die Verwendung von
Schemata innerhalb einer SOA-basierten Lösungen müssen auf Basis der Fachobjekte
verschiedenste Artefakte des Modells definiert werden [
Die Verteilung als letzte Dimension betrachtet vor allem die physikalische Verteilung der Datenquellen bzw. in unserem Fall der Komponenten. Durch den Einsatz einer SOA werden diese Grenzen zwischen den Komponenten überwunden.
Eine Lösung auf Basis von Web Services und einer SOA berücksichtigt
zusammenfassend ausreichend sämtliche Dimensionen für eine service-basierte Integration
[
Das Common Information Model CIM (IEC 61970 Familie) wurde Mitte der 90er
Jahre am EPRI Institut in den USA entwickelt. Es handelt sich beim CIM um eine so
genannte Domänenontologie, d.h. ein Datenmodell, welches Objekte für den Bereich
der Energiewirtschaft und deren Relationen untereinander erfasst und zur Verfügung
stellt. Dabei werden Konzepte und ein Vokabular für den Einsatz in verschiedensten
Bereichen der IT-Landschaft von Energieversorgungsunternehmen (EVU) zur
Verfügung gestellt. Ende der 90er Jahre ging die Verantwortlichkeit für das CIM in die
Hände der IEC (International Electrotechnical Commission) über, die das CIM weiter
pflegte und in eine internationale Norm überführte [
Das CIM umfasst dabei Objekte und Relationen, die einzelnen Paketen zugeordnet werden können. Enthalten sind beispielsweise Objekte zur Darstellung von Stromnetztopologien wie Transformator, Leitungen, Leistungsschalter, Umspannwerksbereiche und Lastkurven, aber auch kaufmännische Objekte wie Verträge, Kunden oder Fährpläne. Das CIM ist durch seine Breite und Tiefe das am besten detaillierte Datenmodell im EVU- und Multi-Utilities-Bereich und ohne Mitbewerber am Markt. Neben dem CIM als Ontologie bzw. PIM (Platform-Independent Model) werden zusätzlich noch in der Norm IEC 61968 noch typische Austauschprozesse und Daten für spezifische Systeme wie etwa GIS, CSS oder DMS definiert. Diese Daten modellieren auf Basis des CIM XML-Serialisierungen von fachlichen Objekten und bilden so ein PSM (Platform-Specific Model) im Sinne einer MDA.
Weitere vertiefenden Informationen zum CIM und seinen Fachobjekten finden sich
in Appelrath et al. [
Das EPRI Institut legte zu Beginn der Erstellung des grundlegenden Datenmodells für das CIM ER-Diagramme fest, durch einen stetigen Zuwachs an Objekten kamen mehr und mehr Konstrukte hinzu, die die Übersicht erschwerten. Es wurde beschlossen, das CIM in die UML (Unified Modeling Language) zu überführen. Dabei wurde die Entscheidung getroffen, das CIM innerhalb der proprietären Software Rational Rose (heute IBM Rose) zu pflegen und weiter zu normieren. Treten Änderungen am CIM auf (z.B. durch Änderungsvorschläge der Nutzer des Standards), werden diese durch ein technisches Komitee der IEC eingepflegt und wieder in Form einer Rational Rose *.MDL (auch „Petal“ genannt) Datei zur Verfügung gestellt.
Für das CIM existieren verschiedene Artefakte, die sich aus den jeweiligen
Nutzungsbereichen für das CIM ergeben. Das CIM wird vor allem im Bereich des
nachrichten-orientierten Datenaustausches zwischen Systemen innerhalb der
ITLandschaft eines Versorgers eingesetzt [
Es ist daher sinnvoll, für die Definition der ausgetauschten Nachrichten im XMLFormat entsprechende Schemata zur Verfügung zu stellen. Während die vordefinierten Nachrichten des IEC 61968 Standards direkt auch innerhalb der Normung festgelegt werden, um kompatible und standardisierte Schnittstellen zu erhalten, lassen sich durch die Umsetzung eines MDA Ansatzes auf Basis des CIM auch eigene Nachrichten mit CIM-kompatibler Semantik erzeugen.
CIM Modell
als UML (61970-30X) Compliant
Syntax (W3C Standard)
CIM XMI
Modell (61970-501)
CIMTool Erzeugt Code
Spezifischer Code bsp.weise
Generierung relationales
Schema
Code
Artefakte XML Schemata
für spezifische Nachrichten Abb. 1. Schema der Erzeugung von PSM oder Code aus dem CIM als PIM
Aus dem Rational Rose Modell lassen sich XMI-Modelle für das gesamte CIM exportieren, die auch die spezifischen Vererbungen und Abhängigkeiten des CIM widerspiegeln. Aus der XMI Serialisierung lassen sich durch Transformationen über Tools (z.B. AndroMDA, openArchitectureWare, CIMTool oder MDI Workbench) direkt auf Basis derselben fachlichen Modelle die verschiedenen im Prozess benötigten Codeobjekte erzeugen.
Dabei kann es sich beispielsweise um Code zur Erzeugung von CIM-kompatiblen Datenbanktabellen für einen SQL Server handeln oder aber um einen Ausschnitt aus dem CIM, der eine einzelne Nachricht für einen EAI Prozess darstellt. Dabei können so auf Basis der fachlichen Mappings direkt aus dem Modell Nachrichtenschemata erzeugt werden, die immer standardkompatibel sind und direkt in einem orchestrierten Prozess auf einer EAI-Plattform deployed werden können. Durch verschiedene Validierungstools lassen sich die erzeugten Nachrichten auch gegen die Standardschema der IEC validieren.
Innerhalb einer SOA im EVU lassen sich unter Verwendung des umfangreichen CIM nun sämtliche relevanten Objekte semantisch standardisieren. Fehlen bestimmte Attribute oder Objekte, lassen sich diese einfach in einem projektspezifischen UML Modell in Rose einbauen, ein Export in XMI durchführen und durch Tools die entsprechenden Nachrichten generieren. Sind nur zusätzliche Objekte nötig, lassen sich diese durch die Namespace-Mechanismen in XML sehr schnell mittels Werkzeugen wie XML Spy in die Nachrichten einpflegen.
Durch die Möglichkeit der schnellen Codegenerierung bietet das CIM für
EAI/B2BI Projekten für Energieversorger einen echten Fortschritt bei dem Versuch,
einen semantische Integration und Standardisierung vorzunehmen. Neben dem
Einsatz des CIM in diesem Bereich gibt es noch weitere Einsatzzwecke, die in [
Betrachtet man das CIM, so erfüllt es ideal die aktuell an die IT-Landschaft eines EVU gestellten Anforderungen, da es innerhalb einer SOA direkt als fachlicher Standards für die Anwendungsintegration eingesetzt werden kann. Durch die umfangreiche Toolunterstützung (u.a. Open Source Tools) und die Nutzung eines MDA Vorgehensmodells können viele relevante Codeobjekte direkt erzeugt werden, ohne dass umfangreiche Mehrfacharbeiten oder manuelle Anpassungen nötig werden. Die XML Nachrichten des CIM lassen sich über Web Services innerhalb eines SOAP Umschlags austauschen, ein spezieller EAI-Message-Header für die Nachrichten wurde durch die IEC definiert. Dennoch ist das CIM bislang vor allem lediglich in den USA und in China populär und dort in verschiedenen Bereichen bereits gesetzlich vorgeschrieben.
Zu einer weiteren Verbreitung des CIM können vor allem seine anderen Anwendungsgebiete und Formate beitragen. Neben dem vor allem im Integrationsbereich genutzten XML Schema für Nachrichten existieren noch RDF Schemata für das CIM, welche besonders bei der Darstellung von Stromnetztopologien genutzt werden und dort wegen der besseren Ausdrucksmöglichkeiten von RDF Vorteile bieten. Es existieren Werkzeuge zur graphischen Modellierung von Stromnetztopologien, weiterhin sind Standards für die Darstellung der CIM/RDF Topologiedaten mittels SVG und GML bereits in der ersten Phase der Normung.
Die IEC arbeitet an einer Harmonisierung des CIM mit anderen Standards im
Bereich der EVU (beispielsweise Feldebenenkommunikation auf Basis des IEC 61850
Standards), dabei dient das CIM als Basis für eine semantische Integration. Ein
Ansatz, das CIM als Basis für die semantische Integration zu nutzen ist das OWL Full
Modell des CIM. Modelliert man andere Standards in OWL, lassen sich über
Mapping-Ansätze die verschiedenen Konzepte aufeinander abbilden und so die Daten
letztlich integrieren [
Der Autor dankt der EWE AG, Oldenburg für die anteilige Finanzierung der im Rahmen dieses Beitrags vorgestellten Arbeiten.