Der Ausbau der Energie- und Wassernetze, neue Steuerungskonzepte für eine verstärkte Einspeisung von erneuerbaren Energien (EEG) sowie erhöhte Anforderungen an die IT-Sicherheit, als Bestandteil der kritischen Infrastruktur, sind einige der Themen, welche die Netzbetreiber mit ihrer technisch orientierten IT in naher Zukunft meistern müssen.

Dabei ist spürbar, dass es immer komplexer wird, neue Anforderungen in eine über Jahrzehnte gewachsene Systemlandschaft zu integrieren und die historisch gewachsenen Grenzen zwischen den einzelnen strategischen IT-Systemen zunehmend zum Hindernis werden. Die Aufwände, Systemänderungen oder -erweiterungen in proprietären technisch orientierten IT-Systemen durchzuführen, sind durch die Abhängigkeit von wenigen Herstellern unangemessen hoch. Zeitnahes Erfüllen der Anforderungen von Energiewende und Regulierung zu adäquaten Kosten wird damit zunehmend zum Problem.

Quelle: N-ERGIE Aktiengesellschaft.

Eine Gruppe von sechs deutschen Netzbetreibern hat sich 2012/13 entschlossen, innerhalb einer Machbarkeitsstudie [1] zu untersuchen, ob die gemeinschaftliche, konsortiale Entwicklung und Bereitstellung von Open-Source-Software für den Betrieb zukünftiger Stromnetze diese Situation entscheidend verbessern kann.

Der Empfehlung dieser Studie folgend, soll im Jahr 2014 ein Zusammenschluss interessierter Netzbetreiber, Softwarehersteller, -dienstleister und Hochschulen in einem Umsetzungsprojekt den Beweis für die in der Studie gemachten Aussagen zur flexiblen und effizienten Softwareentwicklung anhand des Themas „Last- und Einspeisemanagement“ antreten. Dabei wird eine dynamische Entwicklung des Interessentenkreises nach Projektfortschritt angenommen. Ein positives Resultat ließe sich auch auf die anderen Netzsparten und weitere Netzbetreiberprozesse übertragen.

Die IT-Systemlandschaft für den Betrieb von Netzen

Die IT-Systemlandschaft für den Betrieb von Netzen entstammt einer Zeit, in der die Rechnerleistung und die Speicherkapazität wesentlich geringer und damit teurer waren als heute. Um nach und nach einzelne Arbeitsprozesse durch Computer unterstützen zu lassen, mussten Einzelsysteme konzipiert werden, die Einzelaufgaben abarbeiten konnten.

Inzwischen haben sich die Möglichkeiten der technisch orientierten IT wesentlich weiterentwickelt, geblieben ist aber die Trennung in monolithische Einzelsysteme.

Die heutige Herausforderung besteht in zunehmender Verknüpfung dieser Systeme mittels standardisierter Schnittstellen, um so auf Daten in anderen Systemen zugreifen zu können, ohne Redundanzen zu erzeugen oder gar die Daten mehrfach manuell erfassen zu müssen. Dabei steigen die Komplexität der notwendigen Schnittstellen und damit auch die Kosten in erheblichem Maße. Dies führt wegen des zu erwartenden Aufwandes entweder zum Verzicht auf die notwendigen Verbindungen oder es muss in nichtfunktionalen und nichtproduktiven Datentransfer investiert werden.

Verschärft wird diese Situation durch die Bindung an einen Lieferanten pro System: Bei der Erstellung von konventionellen, proprietären Schnittstellen sind die Netzbetreiber immer auf die Hersteller der beiden betroffenen Systeme angewiesen. Es findet kein Wettbewerb statt, der geforderte Preis und der angebotene Termin muss vom Anwender akzeptiert werden.

Das trifft natürlich genauso auf notwendige Funktionserweiterungen eines der beteiligten IT-Systeme zu. Diese Funktionserweiterungen haben gerade jetzt, mitten in der Energiewende deutlich zugenommen: Neue Funktionen werden von verschiedenen Herstellern parallel entwickelt, wobei die Entwicklungskosten mehrfach anfallen und von den Netzbetreibern auch mehrfach bezahlt werden müssen.

Die Netzbetreiber sehen sich also aktuell Herstellern gegenüber, die – nachdem der Zuschlag für die Implementierung eines IT Systems erteilt wurde  in einer „Lock-in“-Situation weitgehend konkurrenzlos über die Lebensdauer ihres Produkts den Netz-betreiber an sich binden. Ein Wechsel zu einem anderen Anbieter erzeugt schwer zu rechtfertigende Aufwände für die Datenmigration, neue Schnittstellen und verbessert die wettbewerbliche Situation letztlich nicht.

Konsortiale Entwicklung von Open-Source-Software

Konsortial entwickelte Software auf Basis von Open-Source-Software löst  nach Meinung der Studienteilnehmer  die von proprietärer Software aufgeworfenen Probleme. Die konsortial entwickelte Software gehört einer Gemeinschaft, z.B. einem als Genossenschaft organisierten Konsortium, wird aber gleichzeitig auf einer offenen Plattform unter einer Open-Source-Lizenz kostenlos bereitgestellt.

Die Bereitstellung der Software als gemeinschaftlich entwickelte Open-Source-Software kann zu einer breiten Beteiligung von unterschiedlichen Parteien, Unternehmen wie Privatpersonen, führen und damit die Software ohne unerwünschte Zwänge langfristig erheblich kostengünstiger, qualitativ hochwertiger sowie nachhaltiger und langlebiger machen [2].

Organisatorische Grundlagen

Zur Erreichung dieser Ziele organisieren sich interessierte Unternehmen in einem Konsortium. Die Aufgabe eines solchen Konsortiums ist es, die notwendigen Prozesse zu etablieren und zu steuern, die zur Entwicklung der Konsortialen-Open-Source-Software notwendig sind. Dabei ist es besonders wichtig, dass strenge Qualitätskriterien (Fehlerminimierung, Terminsicherung usw.) eingehalten werden.

Das Konsortium schafft Rechtssicherheit für die beteiligten Unternehmen, in dem es als Eigentümer der Software und allem weiteren geistigen Eigentum, z.B. der Markenrechte, auftritt. Das Konsortium sichert sich dabei die notwendigen Eigentumsrechte, indem es die Softwareentwicklung als Aufträge vergibt und steuert. Jegliche Beiträge zum Softwareprojekt, ob bezahlt oder unbezahlt, können nur mit Rechteübertragung an das Konsortium geschehen. In der Umkehrung verspricht das Konsortium, die Software unter einer geeigneten Open-Source-Lizenz dem Markt zur Verfügung zu stellen.

Die vom Konsortium in Auftrag gegebene Software wird nach den Prinzipien von Gemeinschafts-Open-Source-Software öffentlich und transparent entwickelt. Diese Form der Softwareentwicklung stellt sicher, dass kein beauftragtes Unternehmen Wissen an sich binden kann, was das Konsortium zwingen könnte, immer genau zu diesem Unternehmen zurückzukehren. Dies verändert die Verhältnisse im Markt, weg vom Lieferanten- hin zum Kundenmarkt.

Der dargestellte Prozess und die resultierende öffentliche Dokumentation aller relevanten Informationen erlaubt es, dass das Konsortium unterschiedliche Aufträge an unterschiedliche Lieferanten vergeben kann und damit ein System (im Open-Source-Software Sprachgebrauch, Ökosystem genannt) von Drittanbietern schafft, die sich mit der Software auskennen und weitergehende Dienstleistungen, z.B. Betrieb und Wartung, anbieten können. Dieses Ökosystem hat geringe Eintrittsbarrieren, so dass unterschiedliche Unternehmen  auch kleine  als Anbieter am Markt auftreten können.

Auf diese Weise werden die bekannten Probleme wie Vendor-Lock-in, mangelnde Ressourcenkapazität, Terminprobleme und zu geringe Innovationsgeschwindigkeit weitgehend vermieden.

Technische Grundlagen

Der neuartige Lösungsansatz umfasst aus Sicht der Informationstechnik zwei Aspekte: (a) die Softwarearchitektur und -plattform und (b) den Entwicklungsprozess und die dazugehörigen Werkzeuge.

Technische Plattform

Die geplante Softwarearchitektur wurde grob in der oben erwähnten Studie skizziert und soll im Rahmen eines Umsetzungsprojektes konkretisiert und umgesetzt werden. Der sogenannte SOA-Ansatz ermöglicht die Anpassbarkeit und Integration in die existierende IT-Landschaft. Die Softwarearchitektur basiert auf zwei grundlegenden Prinzipien:

  • Service-Oriented Architecture (SOA). Es wird eine dienstbasierte Architektur angestrebt, die zur Modularisierung der Software dient. Diese Modularisierung hat folgende Vorteile: (1) Komponenten sind hinter ihren Schnittstellen austauschbar, so dass immer die beste Wahl getroffen werden kann, (2) Komponenten können unabhängig voneinander entwickelt werden, so dass Innovations- und Entwicklungsgeschwindigkeit dank Entkopplung groß bleiben kann, und (3) existierende Altsoftware kann als Dienst einfacher integriert und deshalb länger genutzt werden.
  • Gemeinschaftliche Software-Entwicklung über die Bereitstellung von organisatorischen und technischen Plattformen. Statt neu anzufangen, wird unter Verwendung der SOA existierende monolithische Software inkrementell aufgebrochen und als getrennte Komponenten integriert. Neben den neuen fachlichen Anforderungen (Last- und Einspeisemanagement – siehe oben), die neue Funktionen verlangen, können also auch bestehende Funktionen integriert werden, sodass die entwickelte Software jederzeit konkret werthaltig für die beteiligten Parteien ist.

Der geplante Softwareentwicklungsprozess und die dazugehörigen Werkzeuge wurden ebenfalls in der Studie betrachtet und sollen zusätzlich im Rahmen des Umsetzungsprojekts vollständig definiert und umgesetzt werden.

Entwicklungsplattform

Das wesentliche Merkmal des Entwicklungsprozesses ist die Transparenz. Alle relevanten Projektartefakte für den Markt sind einsehbar. Dies gestattet eine breite Streuung von Wissen und verhindert den Lock-in an bestimmte Anbieter. Eingebaut wird in den Prozess nicht nur Transparenz sondern eine entsprechende Qualitätssicherung, wie nur Open-Source-Softwareentwicklung sie erreichen kann.

Öffentlich und transparent entwickelte Software ermöglicht durch Peer-Review und Viele-Augen-Prinzip, die Software schneller fehlerfreier, stabiler und sicherer zu entwickeln. Das Prinzip “Security through Obscurity” ist unter Fachexperten schon lange als nicht zutreffend diskreditiert worden. Der vermeintlichen Schwäche, dass die Software einsehbar ist und Sicherheitslücken schneller gefunden werden können, ist entgegenzuhalten, dass sehr viel mehr Personen auf der Suche nach Sicherheitslücken sind, um sie zu verhindern, dass diese ausgenutzt werden können.

Wie die Forschung von Prof. Schryen von der Universität Regensburg zeigt, ist die erhöhte Sicherheit von Software auf die Eigenarten des gewählten Softwareentwicklungsprozesses zurückzuführen. [3]

Wirtschaftliche und technische Erfolgsaussichten

Die Motivation potenzieller Interessenten und Anwender, sich an der Entwicklung und Vermarktung von Open-Source-Software zu beteiligen, ist sicherlich davon abhängig, wie die wirtschaftlichen und technischen Chancen einerseits und die Risiken dieser Idee andererseits beurteilt werden. Deshalb war es einer der wichtigen Schwerpunkte innerhalb der Studie, verlässliche Parameter für eben diese Einschätzung zu gewinnen.

Im Ergebnis wurden die wirtschaftlichen und technischen Erfolgsaussichten des vorgeschlagenen Projekts als sehr gut bewertet. Zwar ist Softwareentwicklung immer mit Risiken behaftet. Es hat sich hier aber eine Gemeinschaft gefunden, die alle notwendigen Kompetenzen  fachlich wie technisch  einbringen kann. Da die Software direkt an den anstehenden Bedürfnissen der teilnehmenden Unternehmen entwickelt wird, wird einen starken Fokus auf kontinuierliche Werthaltigkeit (und entsprechende Steuerung) erwartet.

Das vorgeschlagene Entwicklungsmodell von Gemeinschafts-Open-Source-Software mag auf den ersten Blick ungewöhnlich erscheinen. Open-Source-Software wird aber seit mehr als 20 Jahren gemeinschaftlich über Unternehmensgrenzen hinweg entwickelt. Dies bezieht sich seit Längerem nicht nur auf Endkunden-Anwendungen sondern fand Eingang in industrielle Anwendungen. Es liegen also entsprechende erfolgreiche Erfahrungswerte und Kompetenzen aus anderen Branchen vor.

So hat sich z.B. die Luftfahr- und Verteidigungsbranche im Anwenderkonsortium TOPCASED zusammengefunden und entwickelt gemeinsam Open-Source-Software,

um sich von der Abhängigkeit von einzelnen Softwareherstellern zu befreien (diese haben häufig als Unternehmen eine deutlich kürzere Lebenszeit als die Flugzeuge, die sie mit Software unterstützen sollen). Die Luftfahrtbranche stellt hierbei einen guten Vergleichspunkt dar: Die Software ist langlebig und vor allem auch sicherheitskritisch, was auch auf die Software für die deutschen Energie- und Wassernetze zutrifft.

Ein weiteres erfolgreiches Beispiel ist AUTOSAR, ein Konsortium von Automobilherstellern. Diese haben sich zusammengeschlossen, um Softwarestandards, -modelle und wieder verwendbare Komponenten für die Fahrzeugelektronik im Automobilbereich zu entwickeln. Auch hier handelt es sich um langlebige und sicherheitskritische Systeme, die durch ein offenes und transparentes Vorgehen unterstützt werden.

Erwähnt werden soll auch das sich gerade im Aufbau befindende openETCS Projekt der europäischen Bahnbranche. Dabei handelt es sich um eine sicherheitsrelevante Software-Entwicklung, die der grenzüberschreitenden Zugsteuerung dient. Das Beispiel zeigt, dass der OSS-Gedanke sich in Branchen ausbreitet, die besonders hohe Sicherheitsanforderungen an Systeme stellen.

Das für die Software im Energiesektor zu gründende Konsortium wird eine Non-Profit-Organisation sein, die im Interesse ihrer Mitglieder sowie der Öffentlichkeit agiert. Die zu entwickelnde Software ist für die beteiligten Unternehmen nicht wettbewerbsdifferenzierend. Es handelt sich um gemeinschaftlich entwickeltes Eigentum. Die Software reduziert die Kosten für die beteiligten Unternehmen, stellt dabei aber keines besser als ein anderes.

In der Machbarkeitsstudie legte sich die Projektgruppe auf eine Empfehlung für eine geeignete Open-Source-Lizenz fest, die Prozesse zur Erzeugung von gemeinschaftlich entwickelter Software und den damit verbundenen Dienstleistungen angemessen unterstützt. Unternehmen können die Software verwenden, erweitern und darauf aufsetzende Produkte und Dienstleistungen verkaufen.

Somit ermöglicht das Konsortium Wettbewerb um Dienstleistungen und Produkte und die dazugehörige Innovation auf Basis der Gemeinschaftssoftware. Dieser Wettbewerb und diese Innovation sind im Interesse des Konsortiums und seiner Mitglieder. Gleichwohl bleibt das Konsortium bei erfolgreicher Zusammenarbeit immer in der Initiativrolle und kann somit sicherstellen, dass keiner der verwertenden Anbieter so dominant wird, dass doch ein Lock-in stattfindet.

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Das Konsortium ist offen, nach geregelten Bedingungen weitere Interessenten, Netzbetreiber, Softwarelieferanten, -dienstleister und Hochschulen aufzunehmen. Eine Gelegenheit, um mit den Beteiligten persönlich ins Gespräch zu kommen bietet der OpenUp Business Day sowie das OpenUp Camp vom 14. bis 16. Februar 2014. Dort stehen für ein Wochenende lang alle zentralen Themen der Studie im Mittelpunkt und wird der Dialog zwischen Unternehmen und kreativen Köpfen und Vordenkern gesucht.


Autoren dieses Beitrags: Heinritz, Christof, N-ERGIE Netz GmbH, Nürnberg, Herdt, Peter, N-ERGIE Netz GmbH, Nürnberg, Janeck, Stephan, SWM Services GmbH, München, Regenbogen, Gerhardt, VNB-RMN GmbH & Co. KG, Darmstadt, Prof. Dr. Riehle, Dirk, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Rose, Frank, NETRION GmbH, Mannheim, Roth, Michael, RheinEnergie AG, Köln, Thoma, Detlef, VNB-RMN GmbH & Co, KG, Darmstadt, Dr. Tuchs, Michael, Enercity AG, Hannover

[1] Machbarkeitsstudie – Konsortiale Softwareentwicklung auf der Basis von Open-Source-Software, Stand Oktober 2013
[2] Riehle, D., “The Economic Case for Open Source Foundations.”, IEEE Computer, vol. 43, no. 1 (January 2010). Page 86-90.
[3] Schryen, G., “Is Open-Source security a myth? What do vulnerability and patch data say?“, Communications of the ACM, Vol. 54, No. 5, pp. 130-139, 2011.