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CN116670970A - 网络系统以及网络架构的构成方法 - Google Patents

网络系统以及网络架构的构成方法 Download PDF

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CN116670970A
CN116670970A CN202180088533.8A CN202180088533A CN116670970A CN 116670970 A CN116670970 A CN 116670970A CN 202180088533 A CN202180088533 A CN 202180088533A CN 116670970 A CN116670970 A CN 116670970A
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CN
China
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power
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network
grid
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Application number
CN202180088533.8A
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尾辻泰一
岩月胜美
山田博仁
八岛政史
松井正和
越浩之
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Tohoku University NUC
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Tohoku University NUC
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

网络系统的网络架构具备：在赛博空间中，对电力网络整体进行规定的网络层以及对电力网络的局域网络进行规定的局域网络层；在物理空间中，对电力网格进行规定的网格层以及对电力网格的结构要素进行规定的物理层；在赛博空间中，对与网络层对应的信息通信网络进行规定的层以及对与局域网络层对应的信息通信网络进行规定的层；在物理空间中，对与网格层对应的信息通信网络进行规定的层以及对与物理层对应的信息通信网络进行规定的层。

Description

网络系统以及网络架构的构成方法
技术领域
本发明涉及网络系统以及网络架构的构成方法。
背景技术
实现将CPS(Cyber Physical System，赛博物理系统)的赛博空间与物理空间高度融合而成的Society5.0的智慧城市以及紧凑城市被期待能够实现城市、地域所具有的功能、服务的高效化以及高度化，并且能够兼顾脱碳等社会应该作为目标的课题的解决和基于数字化转型等的产业构造的变革所带来的经济发展。
以考虑了环境(Environment)/社会(Social)/公司治理(Governance)这3个要素的投资(ESG投资)的增加、2015年9月的联合国首脑会议中的“用于可持续发展的2030议程”(可持续的开发目标(SDGs))的选取等为背景，向声明仅使用可再生能源进行事业运营的企业能够参加的RE100(Renewable Energy 100％)的加盟数也增加。
世界的智慧城市市场在2010年到2030年的20年被推定为达到累计3100兆日元的规模，在成为其核心的能源相关市场中，预计智能网格相关约720兆日元、EV(ElectricVehicle，电动汽车)等下一代汽车相关约310兆日元、可再生能源相关约380兆日元这样的市场规模。因此，在许多国家、地域推进智慧城市化计划，其一部分已经开始移动。
下述的专利文献1提出了将包括太阳能发电、风力发电、蓄电池以及电力用蓄电系统的分散型电源、包括EV以及充电站的社会基础设施、HEMS(Home Energy ManagementSystem，家庭能源管理系统)以及BEMS(Building Energy Management System，建筑能源管理系统)、电厂通过通信网格以及电力网格相互连接的系统。特别是，专利文献1提出了如下的社会基础设施控制系统：经由光通信网络将各种基础设施连接于云计算系统，通过SCMS(Smart Community Management System，智慧社区管理系统)统一控制社会基础设施。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/172088号
发明内容
-发明所要解决的课题-
在现有的大规模社会基础设施系统即电力系统等的电力网络、信息通信网络中，对其系统操作进行集中控制，因此对于自然灾害等脆弱，容易扩大受害规模，因此，存在恢复期间长期化的顾虑。在实现Society5.0的CPS中，希望通过将为了高度地融合赛博空间和物理空间而需要的电力和信息通信的网络基盘进行融合，来强化两个网络的适应性。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种网络系统以及网络架构的构成方法，其中，电力网络与信息通信网络被更高度地融合，实现了适应性的强化。
-用于解决课题的手段-
本发明的一方式是如下的网络系统，具有在物理空间和赛博空间中规定了信息通信网络和电力网络的网络架构，所述网络架构具备：网络层，在所述赛博空间中，对由多个电力网格构成的所述电力网络整体进行规定；局域网络层，在所述赛博空间中，对作为形成所述电力网络的一部分的多个电力网格群的局域网络进行规定；网格层，在所述物理空间中，对所述电力网格进行规定；物理层，在所述物理空间中，对所述电力网格的结构要素进行规定；第一层，在所述赛博空间中，对与所述网络层对应的所述信息通信网络进行规定；第二层，在所述赛博空间中，对与所述局域网络层对应的所述信息通信网络进行规定；第三层，在所述物理空间中，对与所述网格层对应的所述信息通信网络进行规定；以及第四层，在所述物理空间中，对与所述物理层对应的所述信息通信网络进行规定。
也可以，所述局域网络层对与电力的供需或者融通相关的自主分散协调控制进行规定。
也可以，所述网络层对与电力的供需或者融通相关的集中控制进行规定。
也可以，所述网格层对所述电力网格的拓扑、与构成所述电力网格的电力要素的连接、所述电力网格的能源管理系统、与电力系统的协作、以及所述电力网格彼此之间的连接中的至少一个进行。
也可以，所述物理层对作为构成所述电力网格的电力要素的发电设备或者蓄电设备、电力变换器以及直流基线中的至少一个的功能或者性能、或者所述电力网格与电力系统的连接进行规定。
也可以，所述第一层对包括云服务器的云计算进行规定。
也可以，所述第二层规定MEC(Mobile Edge Computing，移动边缘计算)以及无线基站的功能。
也可以，所述第三层对构成所述信息通信网络的包括MEC的无线基站以及分散天线、电力要素的拓扑进行规定。
也可以，所述第四层规定还包括所述信息通信网络中的电磁波环境在内的物理RAN(Radio Access Network：无线接入网络)结构。
本发明的一方式是如下的网络架构的构成方法，将规定了物理空间和物理空间和赛博空间中的电力网络和信息通信网络的电力和信息通信的网络进行融合，规定网络层，所述网络层在所述赛博空间中，对由多个电力网格构成的所述电力网络的整体进行规定，规定局域网络层，所述局域网络层在所述赛博空间中，对作为形成所述电力网络的一部分的多个电力网格群的局域网络进行规定，规定网格层，所述网格层在所述物理空间中，对所述电力网格进行规定，规定物理层，所述物理层在所述物理空间中，对所述电力网格的结构要素进行规定，规定第一层，所述第一层在所述赛博空间中，与所述网络层对应地对所述信息通信网络进行规定，规定第二层，所述第二层在所述赛博空间中，与所述局域网络层对应地对所述信息通信网络进行规定，规定第三层，所述第三层所述在所述物理空间中，与所述网格层对应地对所述信息通信网络进行规定，规定第四层，所述第四层在所述物理空间中，与所述物理层对应地对所述信息通信网络进行规定。
-发明效果-
根据本发明，在网络系统中，规定了物理空间和赛博空间中的电力网络和信息通信网络的网络架构具备：网络层，在所述赛博空间中，对由多个电力网格构成的所述电力网络整体进行规定；局域网络层，在所述赛博空间中，对作为形成所述电力网络的一部分的多个电力网格群的局域网络进行规定；网格层，在所述物理空间中，对所述电力网格进行规定；物理层，在所述物理空间中，对所述电力网格的结构要素进行规定；第一层，在所述赛博空间中，与所述网络层对应地对所述信息通信网络进行规定；第二层，在所述赛博空间中，与所述局域网络层对应地对所述信息通信网络进行规定；第三层，在所述物理空间中，与所述网格层对应地对所述信息通信网络进行规定；以及第四层，在所述物理空间中，与所述物理层对应地对所述信息通信网络进行规定。由此，电力网络和信息通信网络被更高度地融合，因此能够实现网络的相互的协作性提高、谋求适应性的强化的网络系统。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的网络架构的结构的图。
图2是表示网络系统的适应性的一例的图。
图3是表示具有实施方式所涉及的网络架构的网络系统的结构的一例的图。
图4是表示直流网格的结构的一例的图。
图5是表示MEC服务器的结构的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，本发明并不限定于以下说明的实施方式。进而，在附图的记载中，对相同的部分适当标注相同的附图标记。
(实施方式)
<架构的结构>
图1是表示实施方式所涉及的网络架构的结构的图。网络架构1000对在赛博空间100和物理空间1200中规定的信息通信网络1010和电力网络1020进行模型化。另外，在本实施方式中，信息通信的通信标准是5G(第五代移动通信系统)或者B(Beyond)5G。另外，5G具有“超高速”、“超低延迟”、“大量同时连接”这样的特征。关于“超低延迟”，作为通信延迟时间，例如保证1毫秒左右以下。B5G是5G以后的世代的移动通信系统。
在上述的模型化中，关于电力网络1020，网络架构1000具备网络层1021、局域网络层1022、网格层1023、物理层1024以及下位层1025。这些层之间规定给定的协议和接口来进行连接。
局域网络层1022规定作为形成电力网络的一部分的多个电力网格群的局域网络。电力网格群包括多个电力网格。电力网格是构成电力网络1020的要素，具有总线型、星型、环型、网格型的拓扑。各网格由电力要素构成。在该规定中，例如包括有关于与电力的供需或者融通相关的自主分散协调控制的规定。关于自主分散协调控制将在后面叙述。
网络层1021规定多个局域网络所形成的电力网络1020的整体。电力网络1020由多个电力网格构成。在该规定中，例如包括有关于与电力的供需或者融通相关的集中控制的规定。集中控制将在后面叙述。
网格层1023规定电力网格。对电力网格的拓扑、构成电力网格的网格与电力要素的连接、电力网格的能源管理系统(Energy Management System：EMS)、与电力系统的协作、以及电力网格彼此之间的连接的至少一个进行规定。在此，在本实施方式中，电力网格是具有总线型、星型、环型，网格型的拓扑的网格，有时适当记载为直流网格。
物理层1024对电力网格的结构要素进行规定。物理层1024例如规定构成直流网格的电力要素的发电电力、供电电力、蓄电电力、消耗电力的功能和性能。在该规定中，例如包括：关于作为构成电力网格的电力要素的发电设备或者蓄电设备、电力变换器以及直流基线中的至少一个的功能或者性能的规定；关于电力网格与电力系统的连接的规定。
下位层1025规定智能基础设施。智能基础设施是指设置有电力网络1020的结构要素、信息通信网络1010的结构要素的设备、缆线隧道等建筑、土木上的要素。
在上述的模型化中，关于信息通信网络1010，网络架构1000具备第一层1011、第二层1012、第三层1013、第四层1014以及第五层1015。这些层之间规定给定的协议和接口，来进行连接。
第二层1012对与局域网络层1022对应的信息通信网络1010进行规定。在该规定中，例如包括MEC(Mobile Edge Computing，移动边缘计算)和无线基站的功能的规定。此外，在赛博空间1100中，在第二层1012与局域网络层1022之间规定给定的协议和接口，来进行连接。
第一层1011规定与网络层1021对应的信息通信网络1010。该规定包括例如包含数据中心等的云服务器在内的云计算的规定。此外，在赛博空间1100中，第一层1011与网络层1021之间规定给定的协议和接口，来进行连接。
第三层1013规定与网格层1023对应的信息通信网络1010。在该规定中，例如包括关于构成信息通信网络1010的包含MEC的无线基站、分散天线的拓扑的规定。包含MEC的无线基站、分散天线是需要电力接受的电力要素，从上述的局域网络层1022接受电力供需。此外，在物理空间1200中，在第三层1013与网格层1023之间规定给定的协议和接口，来进行连接。
第四层1014规定与物理层1024对应的信息通信网络1010。在该规定中，例如包括关于还包含信息通信网络1010中的电磁波环境在内的物理的RAN(Radio Access Network：无线接入网络)结构的规定。此外，电磁波环境是指，信息通信用的电磁波受到遮挡物等影响等、与能否确立发送机和接收机的通信相关的电磁波环境等。
第五层1015对与下位层1025对应的信息通信网络1010进行规定。在该规定中，例如包括关于基于智能基础设施的5G/B5G的监视的规定。
此外，在第四层1014连接有数据中心、V2N(Vehicle to Network，车辆到网络)、智能手机等无线信息通信终端、智能眼镜等智能设备等与5G/B5G的通信标准对应的各种信息通信要素。第一层1011与虚拟电厂(Virtual Power Plant)、领域间数据协作基盘连接。领域间数据协作基盘是如下那样的系统：例如使自动运转、基础设施、医疗等不同领域中分散存在的数据协作而作为大数据进行处理，能够进行超过了领域/组织的数据有效利用和服务提供。
这样的网络架构1000的构成方法能够通过在赛博空间1100中规定网络层1021、局域网络层1022、第一层1011、第二层1012，在物理空间1200中规定网格层1023、物理层1024、下位层1025、第三层1013、第四层1014、第五层1015来实现。另外，规定的顺序并不特别限定于该顺序。
这样的网络架构1000由于在信息通信网络与电力网络的层构造中，规定了相互具有亲和性的层，因此网络的相互的协作性提高，谋求适应性的强化。
图2是表示基于网络架构1000构建的网络系统的适应性的一例的图。在图2中，横轴表示时间，纵轴表示作为网络系统的网络的功能、性能。虚线箭头作为一个例子，关于东日本大地震之前的网络系统示出功能/性能，实线箭头关于基于网络架构1000构建的网络系统而示出功能/性能。
如图2中实线所示，在基于网络架构1000构建的网络系统中，由于灾害的发生，构成系统的多个子系统因故障等而停止，系统整体的功能/性能降低。但是，在该网络系统中，即使功能/性能降低，通过信息通信网络与电力网络的协作和两个网络的自主分散控制，未因故障等而停止的多个子系统也继续工作，系统整体并未停止。如果针对在自主分散协调控制下工作的多个子系统修理/交换了发生故障的多个子系统，则通过自主分散协调控制，同化成工作的子系统，作为系统整体工作。自主分散协调控制只能实现系统的部分最佳化，因此通过将集中控制组合，来在系统整体工作时实施系统的整体最佳化由此能够进行早期恢复，减灾效果提高，因而适应性被强化。
在此，关于适应性，有时用四个R、即Robustness(稳健性)、Redundancy(冗余性)、Resourcefulness(随机应变性)、Rapidity(迅速性)的要素来表示。关于Robustness(稳健性)，与如下对应：通过构成网络的各个要素抵抗灾害，从而实现预先对策、事后的恢复、事业继续。该要素通过后面叙述的自主控制来实现。此外，关于Redundancy(冗余性)，与如下对应：不使网络的功能集中在1处，而是使其分散，从而减少外力的影响。该要素通过后面叙述的分散控制来实现。此外，关于Resourcefulness(随机应变性)、Rapidity(迅速性)，与如下对应：在受灾后，包括从外部投入的网络资源在内来重构网络并进行早期恢复。该要素通过后面叙述的自主分散协调控制来实现。
<网络系统的结构>
图3是表示具有实施方式所涉及的网络架构1000的网络系统的结构的一例的图。网络系统100具备作为多个无线基站的无线基站1-1、1-2、···、1-N、作为多个分散天线的分散天线21-1、21-2、···、21-n1、22-1、22-2、···、22-n2、···、2N-1、···、2N-nN、以及作为多个直流网格的直流网格31-1、31-2、…、31-n1、32-1、32-2、…、32-n2、···、3N-1、···、3N-nN。在此、N、n1、n2、···nN是2以上的整数。
无线基站1-1、···、1-N是能够进行基于5G的通信标准的无线通信的基站。无线基站1-1、···、1-N作为无线基站功能，具有控制面(C-Plane)的处理功能以及用户面(U-Plane)的处理功能，以下主要对与用户面的处理功能相关的结构进行说明。
无线基站1-1、···、1-N分别形成能够与基于5G的通信标准的无线终端进行通信的小区4-1、4-2、···、4-N。小区4-1、4-2、···、4-N是无线基站1-1、···、1-N所分别形成的通信区域，也称为宏小区。
无线基站1-1、···、1-N分别包括CU(Centralized Unit，集中式单元)/DU(Distributed Unit，分布式单元)或者CU和作为MEC的结构例的MEC服务器。CU/DU或者CU在5G的通信中进行通过与无线终端的通信而发送接收的信息的数字信号处理。关于MEC服务器将在后面叙述。
此外，无线基站1-1、···、1-N也能够以从利用了商用电力系统、再生能源的发电设备供电的电力进行动作，并且利用对被供电的电力进行蓄电的蓄电池的电力进行动作。此外，蓄电池的电力也可以经由电力电缆作为用于使分散天线21-1、21-2、···、21-n1、22-1、22-2、···、22-n2、···、2N-1、···、2N-nN进行动作的电力来供给。
分散天线21-1、21-2、···、21-n1在小区4-1内例如通过光纤线缆与无线基站1-1的BBU(Base Band Unit，基带单元)连接。分散天线21-1、21-2、···、21-n1进行通过5G的无线通信交换的无线信号的发送接收处理，具有5G的无线通信中的RU(Radio Unit：无线单元)的功能。分散天线21-1、21-2、···、21-n1优选配置为覆盖整体，以使得在小区4-1内不产生不灵敏区。同样地，分散天线22-1、22-2、…、22-n2、…、2N-1、···、2N-nN分别在小区4-2、···、4-N内例如通过光纤线缆与无线基站1-2、···、1-N连接。
例如，小区是以无线基站为中心的半径2km的范围内，分散天线覆盖以分散天线为中心的半径125m的范围内。不过，表示这些范围的数值是例示，并不限定于这些。
另外，4G的BBU(Base Band Unit，基带单元)功能在5G被分割为CU/DU/RU的三个部分。由此，能够进一步促进能够灵活地对三个不同的网络实体分配计算机资源的RAN虚拟化。在5G前传中，CU/DU/RU的各功能可以根据C-RAN、D-RAN等RAN的方式进行各种分割(例如，参照与TR-1079第五代移动通信系统的前传中的光接入相关的技术报告书)。
直流网格31-1、31-2、···、31-n1、32-1、32-2、···、32-n2、···、3N-1、···、3N-nN分别配置在小区4-1、4-2、···、4-N的各自内。有时将配置在相同的小区内的直流网格统称为直流网格群。例如，直流网格31-1、31-2、···、31-n1配置在小区4-1内，构成直流网格群3-1。同样地，直流网格32-1、32-2、···、32-n2、···、3N-1、···、3N-nN分别配置在小区4-2、···、4-N内，构成直流网格群3-2、···、3-N。
直流网格31-1、31-2、···、31-n1、32-1、32-2、···、32-n2、···、3N-1、···、3N-nN分别具备例如与图4所示的直流网格31-1同样的结构。
另外，在图3中，与直流网格31-1、31-2、…、31-n1、32-1、32-2、…、32-n2、···、3N-1、···、3N-nN分别对应地配置有分散天线21-1、21-2、···、21-n1，22-1、22-2、···、22-n2、···、2N-1、···、2N-nN，但直流网格和分散天线也可以并不特别对应地配置。例如，分散天线的数量可以比直流网格的数量多也可以少。
图4是表示直流网格31-1的结构作为直流网格的结构的一例的图。另外，在图4中，还示出了直流网格31-1经由后面叙述的电力闸门5与相邻的直流网格31-2电连接的状态。直流网格31-1由多个电力要素10和连接各电力要素10的电力线20构成。各电力要素10与所连接的电力线20进行电力的授受。另外，电力要素10的数量没有特别限定。
电力要素10例如是能够进行发电、电力的供给、消耗或者充电的要素，例如是氢站、太阳能发电设备、风力发电设备等利用了再生能源的发电设备、发电机器、蓄电池、EV、接受电站、ZEB(net Zero Energy Building，净零能耗建筑)、ZEH(net Zero EnergyHouse，净零能耗住宅)、以及数据中心。另外，蓄电池是搭载于安放型蓄电池、EV的蓄电池。另外，EV包括BEV、PHEV。EV是能够移动的电力要素的一例。此外，这样的EV也被称为V2G(Vehicle to Grid，汽车到电网)。此外，直流网格也可以向分散天线供给电力。
电力要素10除了发电、电力的供给、消耗或者充电所涉及的要素之外，还具备例如检测部11、控制部12、存储部13、通信部14、电力变换部15。
检测部11在电力线20侧测定在与电力线20之间进行授受的电力的电特性值(功率、电流、电压)。检测部11例如能够使用智能电表来实现。
控制部12进行用于实现电力要素10的功能的各种运算处理，例如构成为包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)、GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)等处理器。控制部12的功能通过控制部12从存储部13读出各种程序并执行来实现。
存储部13具备保存控制部12为了进行运算处理而使用的各种程序、数据等的例如ROM(Read Only Memory，只读存储器)。此外，存储部13具备为了存储控制部12进行运算处理时的作业空间、控制部12的运算处理的结果、检测部11的测定结果等而使用的例如RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)。存储部13也可以具备HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive，固态硬盘)等辅助存储装置。
通信部14构成为包括通过5G的通信标准进行无线通信的通信模块。通信部14在与所连接的直流网格对应的分散天线、即直流网格31-1的情况下，经由分散天线21-1与无线基站1-1进行通信。通信部14是无线终端的一例。
例如，通信部14将与电力要素10的电力状态相关的信息、例如发电能力、发电状态、蓄电能力、蓄电状态或者电力负载等信息、检测部11测定出的电特性值的信息向无线基站1-1发送。
电力变换部15对电力要素10进行授受的电力进行变换。电力变换部15例如是DC/DC变换器。
返回图3，网络系统100还具备多个电力闸门(power gate)5。电力闸门5设置在相邻的直流网格彼此之间，具有为了在该直流网格彼此之间进行电力的融通而调整通过的电力的量和朝向的功能。电力闸门5不仅设置在相同的小区内的直流网格群内相邻的直流网格彼此之间，还配置在相互不同的小区中，设置在相互不同的直流网格群所包括的相邻的直流网格彼此之间。例如，设置于直流网格31-n1与直流网格32-1之间的电力闸门5是在配置于彼此不同的小区的互不相同的直流网格群所包括的相邻的直流网格彼此之间设置的电力闸门的一例。电力闸门5例如能够使用双向进行电力变换的自励式等方式的电力变换器来构成。此外，电力闸门5具备5G的无线通信的功能，也作为无线终端发挥功能，经由分散天线与后面叙述的MEC服务器进行通信。
这样，直流网格群3-1、3-2、···、3-N以及电力闸门5形成直流的电力网络。直流网格群3-1、3-2、···、3-N分别是电力局域网络的一例。
另外，在本实施方式中，直流网格31-1经由进行AC/DC变换的电力变换器6-1与商用电力系统的输电线7连接，能够供给电力。同样地，直流网格32-1、···、3N-1经由进行AC/DC变换的电力变换器6-2、···、6-N与电力系统的输电线7连接，能够供给电力。因此，在网络系统100中，构建了包括电力系统和基于直流网格群3-1、3-2、···、3-N的直流电力网络的电力网络。另外，在网络系统100中，直流网格群3-1、3-2、…、3-N分别与电力系统的输电线7连接，但也可以仅将任一个直流网格群与输电线7连接。连接有输电线7的直流网格也被称为导通网格，没有连接输电线7的直流网格也被称为截止网格。
网络系统100还具备分别设置于无线基站1-1、1-2、···、1-N的MEC服务器11-1、11-2、···、11-N以及设置于经由因特网等网络提供各种服务的云计算8的数据中心9。MEC服务器11-1、11-2、···、11-N分别具有例如与图5所示的MEC服务器11-1同样的结构。
图5是表示MEC服务器11-1的结构作为MEC服务器的结构的一例的图。MEC服务器11-1具备控制部11a、存储部11b、通信部11c。
控制部11a进行用于实现MEC服务器11-1的功能的各种运算处理，构成为包括处理器。控制部11a的功能通过控制部11a从存储部11b读出各种程序并执行来实现。
存储部11b具备保存控制部11a为了进行运算处理而使用的各种程序、数据等的例如ROM。此外，存储部11b具备用于存储控制部11a进行运算处理时的作业空间、控制部11a的运算处理的结果等的例如RAM。存储部11b也可以具备辅助存储装置。
通信部11c构成为包括进行无线以及有线的通信的通信模块。通信部11c经由无线基站1-1形成的小区4-1内的分散天线21-1、21-2、…、21-n1与直流网格31-1、31-2、···、31-n1内的电力要素进行通信。
数据中心9与MEC服务器同样地具备控制部、存储部和通信部。控制部进行用于实现数据中心9的功能的各种运算处理。存储部存储用于实现数据中心9的功能的各种信息。通信部经由云计算8，例如通过通信线缆与无线基站1-1、1-2、···、1-N进行通信。控制部、存储部以及通信部各自的结构与MEC服务器的情况相同，因此省略说明。
如上所述，在网络系统100中，通过无线基站1-1、1-2、···、1-N和分散天线21-1、21-2、···、21-n1，22-1、22-2、···、22-n2、···、2N-1、···、2N-nN来构建基于5G的无线通信的信息通信网络。进而，在网络系统100中，除了上述的基于无线通信的信息通信网络以外，还构建有加入云计算8和数据中心9的更广泛的信息通信网络。此外，如上所述，在网络系统100中，构建了包括电力系统和基于直流网格群3-1、3-2、···、3-N的直流电力网络的电力网络。因此，网络系统100是信息通信网络与电力网络融合而成的。
<控制方法>
接着，对网络系统100中的控制方法的一例进行说明。
在本实施方式中，MEC服务器11-1、11-2、···、11-N也可以分别基于从其他MEC服务器取得的信息，控制电力闸门5，使得在接近存在的多个直流网格之间融通电力。在这样的接近存在的多个直流网格之间融通电力的控制是自主分散协调控制的一例。关于MEC服务器之间的信息共享，例如由于在位于近邻的MEC服务器之间，通信延迟收在可允许的足够小的范围，因此能够以较低延迟进行信息共享。因此，接近地存在的直流网格的存在范围例如可以根据通信延迟的程度适当设定。
各电力要素10的动作由网络架构1000的网格层1023所规定的EMS控制。EMS的硬件结构能与MEC服务器相同。EMS例如与各直流网格对应地设置。EMS将确定了用于自主分散协调控制的规则的控制信息预先保持于存储部，根据该规则控制各电力要素10的动作。例如，对各电力要素10以控制信息表示的规则被确定为，根据对各电力要素10的电力接受的状态，进行直流网格31-1、31-2、···、31-n1、32-1、32-2、···、32-n2、···、3N-1、···、3N-nN各自的电力的平滑化。在直流网格31-1、31-2、···、31-n1、32-1、32-2、···、32-n2、···、3N-1、···、3N-nN中的每一个中，根据该规则执行自主分散协调控制。在直流网格31-1、31-2、···、31-n1、32-1、32-2、···、32-n2、···、3N-1、···、3N-nN的每一个中，电力状况(发电能力、发电状态、蓄电能力、蓄电状态、或者电力负载)或者电特性值时刻变动，但通过分别在直流网格31-1、31-2、···、31-n1实施上述的自主分散协调控制，能够抵消它们的变动，实现电力平滑化，能够在各个直流网格31-1、31-2、···、31-n1、32-1、32-2、···、32-n2、···、3N-1、···、3N-nN内实现电力供需的稳定化。另外，关于各个直流网格31-1、31-2、·一、31-n1、32-1、32-2、···、32-n2、···、3N-1、···、3N-nN内的控制方法，例如，也可以应用反馈控制等各种控制方法。此外，EMS经由MEC服务器从各电力要素10取得自主分散协调控制所需的信息。此外，EMS也可以构成为不仅能够执行自主分散协调控制，还能够执行后面叙述的集中控制。
另外，各电力要素10的控制的规则能够从EMS的外部进行更新。更新例如是基于从各电力要素10发送的发电能力、发电状态、蓄电能力、蓄电状态、或者电力负载等信息、检测部11测定出的电特性值的信息而更新成适合对应的电力网格的电力平滑化的规则。
此外，在本实施方式中，EMS执行如下步骤：基于分别经由对应的小区内的分散天线从直流网格的电力要素10取得的信息进行控制，以使得在配置于对应的小区内的直流网格彼此之间融通电力。这样的控制是自主分散协调控制的一例。即，EMS能够实施相邻的网格间的电力融通的控制。
例如，在配置于某一小区内的某直流网格产生电力不足的情况下，该小区的对应的直流网格的EMS为了从配置于相同的小区内的电力有富余的其他直流网格融通电力，进行电力闸门5的控制。例如在配置于小区4-1内的直流网格31-1产生电力不足的情况下，若配置于相同的小区4-1内的直流网格31-2的电力有富余，则对应的EMS通过控制小区4-1内的电力闸门5，来从直流网格31-2向直流网格31-1融通电力。EMS基于所取得的信息、例如各电力网格的电特性值等来确定电力不足的直流网格以及电力有富余的直流网格。并且，EMS对电力闸门5进行控制，以使得在所确定的直流网格彼此之间融通电力。另外，在电力不足的直流网格与电力有富余的直流网格不相邻的情况下，EMS控制电力闸门5，使得电力经过介于两个直流网格之间的直流网格以及电力闸门5而被融通。
此外，在本实施方式中，数据中心9执行如下步骤：基于从多个MEC服务器取得的信息进行控制，以使得在配置于不同的小区内的直流网格彼此之间融通电力。这样的控制也被称为集中控制。例如，在配置于某小区内的直流网格中产生电力不足，且无法在包括该直流网格的直流网格群内进行电力的融通的情况下，数据中心9在配置于其他小区内的其他直流网格群中电力有富余的情况下，进行从该电力有富余的直流网格群向电力不足的直流网格群融通电力的控制。
即，某直流网格群内或者接近的直流网格群之间的电力供需的平滑化控制(自主分散协调控制)若电力供需的平衡超过一定的限度则有时无法有效地发挥功能。例如，在电力供需的变动量超过了在直流网格群内或者接近的直流网格群之间能够调整的发电量、电力消耗量、电力负载变动量等的情况下，存在自主分散协调控制不再能有效地发挥功能的情况。在数据中心9判定为自主分散协调控制未有效地发挥功能的情况下，控制从MEC服务器进行的自主分散协调控制切换为进行如下控制的集中控制：数据中心9在直流网格群之间、或者接近地存在的多个直流网格群与除此以外的直流网格群之间融通电力。
数据中心9例如接收从各MEC服务器发送的与电力的接受平衡相关的信息，来更新与MEC服务器的识别信息建立关联地保存于存储部的数据库。数据库包括MEC服务器的识别信息、接受平衡的信息以及接受状况的信息。接受平衡例如将接受平衡满足基准的情况规定为电力的充足率为100％，以百分率表示。接受状况例如在满足率为100％以上的情况下设为“良好”，在满足率不足100％的情况下设为“不足”。
例如，在配置于小区4-1内的直流网格群3-1内的某直流网格产生了电力不足的情况下，若直流网格群3-1内的其他直流网格的电力没有富余，则MEC服务器11-1生成满足率小于100％的给定值这样的信息，作为与直流网格群3-1内的直流网格彼此之间的电力融通相关的信息，并发送给数据中心9。另一方面，关于其他小区、例如小区4-2，MEC服务器11-2在配置于小区4-2内的直流网格群3-2中电力有富余的情况下，作为与电力融通相关的信息，生成满足率为100％以上的给定值这样的信息，并发送给数据中心9。另外，这样的充足率也可以被规定为代表接近地存在的多个直流网格群的值。
在此，不一定非要包括关于电力融通的信息，具体而言是在哪个直流网格中电力不足或者电力有富余这样的信息，还存在包括在哪个小区(直流网格群)电力不足或者电力有富余这样的信息的情况。
数据中心9从MEC服务器11-1、···、11-N取得关于电力融通的信息。于是，数据中心9基于预先保存于存储部的确定了用于集中控制的规则的控制信息，对于MEC服务器11-1、···、11-N中的、参与了从能够对其他的直流网格进行电力的融通的直流网格群对电力不足的直流网格群或者接近的电力网格群的组融通电力的情况的MEC服务器，发送指令(与电力融通相关的指令)，以使得为了电力的融通而控制电力闸门5。于是，接收到指令的各MEC服务器适当控制自身应控制的电力闸门。另外，具体如何控制电力闸门5来形成用于电力的融通的路径，通过基于预先保持在各MEC服务器的存储部中的确定了用于电力融通的规则的控制信息来执行电力闸门5的控制，由此形成路径。另外，各MEC服务器所保持的规则也能够由数据中心9进行更新。在这种情况下，数据中心9基于从MEC服务器发送来的信息，生成确定了更适当的规则的控制信息，并将其发送到MEC服务器来进行更新。由此，执行直流网格群之间、或者接近地存在的多个直流网格群与除此以外的直流网格群之间的电力的融通。
这样，数据中心9通过执行控制成在直流网格群之间、或者接近地存在的多个直流网格群与除此以外的电力局域网络之间融通电力的集中控制，由此来执行小区4-2、···、4-N中的电力的整体最佳化。
如以上那样构成的网络系统100将电力网络和信息通信网络更高度地融合，并且能够在小区内进行电力融通，并且在小区间也能够进行电力融通。由此，例如即使由于灾害而局部性地电力不足，也能够通过电力融通而早期地恢复，并且抑制了局部的电力不足遍及广域、延续长期地影响的情况。此外，通过早期的电力的恢复，信息通信网络也早期恢复。此外，通过信息通信网络的恢复，电力网络也提前恢复。其结果是，网络系统100的信息通信网络与电力网络的相互的协作性高，谋求适应性的强化。
此外，在网络系统100中，通过自主分散协调控制与集中控制的切换，能够执行高效的控制。
此外，在网络系统100中，MEC服务器和数据中心能够进行如下控制：融通电力，以使得通过EMS向在电力不足而在无线通信中产生了故障的小区内的直流网格的电力要素供给电力，通过该电力的融通来使无线通信的故障恢复。由此，能够更迅速地实现基于电力网络的恢复的信息通信网络的恢复。
此外，在网络系统100中，电力要素的无线终端以及MEC服务器以保证了通信延迟时间的5G的通信标准进行通信，因此能够迅速地进行基于MEC服务器所进行的自主分散协调控制的电力的平滑化，能够抑制或者尽快地恢复电力不足。
此外，在网络系统100中，由于包括EV这样的可移动的电力要素，因此也能够通过EV的移动而向近相邻的直流网格、直流网格群融通电力。另外，由于小区、第二小区配置为距离比较近，所以EV在比较短的时间内在小区间移动，能够融通电力。
另外，在上述的自主分散协调控制或者集中控制中，MEC服务器、数据中心也可以和直流网格彼此之间的电力的融通一起控制与输电线7连接的电力变换器，以使得从电力系统供给电力。
<控制流程的一例>
对网络系统100的控制方法的一例进行说明。不过，控制方法并不限定于此。
首先，在步骤S101中，根据EMS的动作规则，执行各电力要素10的控制(自网格内电力平滑化)。此外，在直流网格群(相同的小区内的直流网格群)中，MEC服务器收集到的各直流网格的电力状况被分发到各直流网格的EMS。根据相邻的直流网格的电力状况，各直流网格的EMS根据确定了对各直流网格的电力状况进行平滑化的动作的规则来进行自主分散协调控制(相同小区内网格间电力融通)。
接着，在步骤S102中，数据中心9监视从各MEC服务器收集的各直流网格群的电力状况，判定是否存在电力状况满足给定的集中控制条件的直流网格群。在没有符合集中控制条件的直流网格群的情况下，处理进入步骤S101。在存在符合集中控制条件的直流栅群的情况下，处理进入步骤S103。另外，监视以及判定也可以由EMS进行。
接着，在步骤S103中，数据中心9实施用于在直流网格群之间融通电力的集中控制。另外，作为一例，MEC服务器也可以执行用于从电力系统接受电力供给的控制。此外，控制也可以由EMS进行。
接着，在步骤S104中，数据中心9判定符合集中控制条件的直流网格群的电力状况是否已恢复。例如，在电力状况不再符合集中控制条件的情况下，数据中心9判定为电力状况恢复。在电力状况恢复的情况下，集中控制与电力系统的协作指示被解除，处理进入步骤S101。另一方面，在电力状况未恢复的情况下，处理进入步骤S105。例如，在由于自然灾害等而电力系统发生了故障的情况下，有时电力状况不恢复而处理进入步骤S105。
接着，在步骤S105中，数据中心9基于给定的规则，将成为对象的直流网格内的电力要素控制为电源断开。作为变形例，也可以代替电源断开而减少供电量或切换为省电模式。另外，在无线环境中产生了故障的情况下，数据中心9对成为对象的无线基站的MEC服务器以及位于其近相邻的无线基站的MEC服务器指示形成自组织网络，从而修复通信网络。当步骤S105的处理完成时，处理进入步骤S101。在处理进入步骤S101的情况下，实施电力要素的电源控制以及修复后的通信环境下的自主分散协调控制，以剩余的电力要素持续提供电力/通信环境。另外，在本例中，自主分散协调控制以直流网格群为单位实施，但在以接近地存在的多个直流网格群为单位实施自主分散协调控制的情况下，也成为同样的方法。
通过优先实施自主分散协调控制，实现电力的地产地消，此外，通过以电力要素单位、网格单位、网格群单位(MEC服务器的管辖单位)或者接近地存在的多个直流网格群单位自主地实施电力的平滑化控制，即使在其一部分产生故障，也能够将其影响止于最小限度而继续控制。进而，在灾害时等，能够以没有受到损害的剩余的要素尽可能地提供电力/通信环境。此外，即使在通信基础设施产生了故障的情况下，也能够通过根据数据中心9的指示构建自组织网络来修复通信网络环境，从而在与被修复的部位对应的地域的至少一部分，通过上述的自主分散协调控制而恢复电力供给，因此有助于迅速的恢复。
另外，本发明并不限定于上述实施方式。将上述的各结构要素适当组合而构成的结构也包括在本发明中。此外，本领域技术人员能够容易地导出进一步的效果、变形例。因此，本发明的更广泛的方式并不限定于上述的实施方式，能够进行各种变更。
例如，在5G的移动通信系统中，在相邻的宏小区彼此重复的情况下，在重复的区域中可能会产生小区间电波干扰。为了防止这样的小区间电波干扰，存在相邻的无线基站彼此协作来调整电波强度的技术。该技术可以称为自主分散协调控制。若应用该技术，则例如在由于灾害而某个无线基站的功能降低或者丧失的情况下，与之相邻的无线基站提高电波强度，一定程度地覆盖功能降低或者丧失的无线基站的通信区域，使系统整体持续工作。因此，通过将这样的技术应用于实施方式中的网络系统100，也可以在信息通信网络的第二层规定由电力网络的局域网格层规定的自主分散协调控制，并应用于第三层。
-附图标记说明-
1-1、1-2、···、1-N：无线基站
3-1、3-2、···、3-N：直流网格群
4-1、4-2、···、4-N：小区
5：电力闸门
6-1、6-2、···、6-N：电力变换器
7：输电线
8：云计算
9：数据中心
10：电力要素
11：检测部
11-1、11-2、···、11-N：MEC服务器
11a、12：控制部
11b、13：存储部
11c、14：通信部
15：电力变换部
20：电力线
21-1、21-2、···、21-n1、22-1、22-2、···、22-n2、···、2N-1、···、2N-nN：分散天线
31-1、31-2、···、31-n1、32-1、32-2、···、32-n2、···、3N-1、···、3N-nN：直流网格
100：网络系统
1000：网络架构
1010：信息通信网络
1011：第一层
1012：第二层
1013：第三层
1014：第四层
1015：第五层
1020：电力网络
1021：网络层
1022：局域网络层
1023：网格层
1024：物理层
1025：下位层
1100：赛博空间
1200：物理空间。

Claims (10)

1.一种网络系统，具有在物理空间和赛博空间中规定了信息通信网络和电力网络的网络架构，其特征在于，
所述网络架构具备：
网络层，在所述赛博空间中，对由多个电力网格构成的所述电力网络整体进行规定；
局域网络层，在所述赛博空间中，对作为形成所述电力网络的一部分的多个电力网格群的局域网络进行规定；
网格层，在所述物理空间中，对所述电力网格进行规定；
物理层，在所述物理空间中，对所述电力网格的结构要素进行规定；
第一层，在所述赛博空间中，对与所述网络层对应的所述信息通信网络进行规定；
第二层，在所述赛博空间中，对与所述局域网络层对应的所述信息通信网络进行规定；
第三层，在所述物理空间中，对与所述网格层对应的所述信息通信网络进行规定；以及
第四层，在所述物理空间中，对与所述物理层对应的所述信息通信网络进行规定。
2.根据权利要求1所述的网络系统，其中，
所述局域网络层对与电力的供需或者融通相关的自主分散协调控制进行规定。
3.根据权利要求1或者2所述的网络系统，其中，
所述网络层对与电力的供需或者融通相关的集中控制进行规定。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的网络系统，其中，
所述网格层对所述电力网格的拓扑、构成所述电力网格的电力线与电力要素的连接、所述电力网格的能源管理系统、与电力系统的协作、以及所述电力网格彼此之间的连接的至少一个进行规定。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的网络系统，其中，
所述物理层对作为构成所述电力网格的电力要素的发电设备或者蓄电设备、电力变换器以及直流基线的至少一个的功能或者性能、或者所述电力网格与电力系统的连接进行规定。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的网络系统，其中，
所述第一层对包括云服务器的云计算进行规定。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的网络系统，其中，
所述第二层对移动边缘计算即MEC以及无线基站的功能进行规定。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的网络系统，其中，
所述第三层对构成所述信息通信网络的包括MEC的无线基站以及分散天线、电力要素的拓扑进行规定。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的网络系统，其中，
所述第四层对还包括所述信息通信网络中的电磁波环境的物理的无线接入网络即RAN结构进行规定。
10.一种网络架构的构成方法，将规定了物理空间和赛博空间中的电力网络和信息通信网络的电力和信息通信的网络融合，其特征在于，
规定网络层，所述网络层在所述赛博空间中，对由多个电力网格构成的所述电力网络的整体进行规定，
规定局域网络层，所述局域网络层在所述赛博空间中，对作为形成所述电力网络的一部分的多个电力网格群的局域网络进行规定，
规定网格层，所述网格层在所述物理空间中，对所述电力网格进行规定，
规定物理层，所述物理层在所述物理空间中，对所述电力网格的结构要素进行规定，
规定第一层，所述第一层在所述赛博空间中，与所述网络层对应地对所述信息通信网络进行规定，
规定第二层，所述第二层在所述赛博空间中，与所述局域网络层对应地对所述信息通信网络进行规定，
规定第三层，所述第三层在所述物理空间中，与所述网格层对应地对所述信息通信网络进行规定，
规定第四层，所述第四层在所述物理空间中，与所述物理层对应地对所述信息通信网络进行规定。
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