[論文レビュー] The Enhancement of Communication Technologies and Networks for Smart Grid Applications

Saida Elyengui, Riadh Bouhouchi+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2014

Smart Grid Security and Resilience参考文献 16被引用数 19

ひとこと要約

本稿は、スマートグリッド応用を支援するため、ホームエリアネットワーク（HANs）、ネイバー​​フッドエリアネットワーク（NANs）、広域ネットワーク（WANs）を対象としたエンドツーエンド通信アーキテクチャを提案する。有線および無線通信技術をレビューし、スマートグリッドのニーズに適合するかを評価し、信頼性・セキュリティ・スケーラビリティに優れたスマートグリッド通信インfraストラクチャの包括的フレームワークを提示する。本研究は、分野に新たに参入する研究者にとっての基盤的知見を提供する。

ABSTRACT

The current electrical grid is perhaps the greatest engineering achievement of the 20th century. However, it is increasingly outdated and overburdened, leading to costly blackouts and burnouts. For this and various other reasons,transformation efforts are underway to make the current electrical grid smarter. A reliable, universal and secure communication infrastructure is mandatory for the implementation and deployment of the future smart grid. A special interest is given to the design of efficient and robust network architecture capable of managing operation and control of the next generation power grid. For this purpose new wired and wireless technologies are emerging in addition to the formerly applied to help upgrade the current power grid. In this paper we will give an overview of smart grid reference model, and a comprehensive survey of the available networks for the smart grid and a critical review of the progress of wired and wireless communication technologies for smart grid communication infrastructure. And we propose end to end communication architecture for Home Area Networks (HANs), Neighborhood Area Networks (NANs) and Wide Area Networks (WANs) for smart grid applications. We believe that this work will provide appreciated insights for the novices who would like to follow related research in the SG domain.

研究の動機と目的

• 老朽化した電力グリッドの限界を克服し、高度な通信技術を活用してより知的でレジilientな電力システムを実現すること。
• 次世代スマートグリッド応用を対象とした、強固で安全かつスケーラブルな通信インfraストラクチャを設計すること。
• スマートグリッド展開に適した既存の有線および無線通信技術を調査し、批判的に評価すること。
• HANs、NANs、WANsをカバーする包括的でエンドツーエンドの通信アーキテクチャを提案し、統合的なスマートグリッド運用を支援すること。
• スマートグリッド分野に新たに参入する研究者および実務家向けの包括的リファレンスを提供すること。

提案手法

• 本稿は、スマートグリッド応用を対象とした既存の通信技術（有線および無線システムを含む）について包括的なサーベイを実施する。
• スマートグリッドの参照モデルを分析し、異なるネットワークレイヤーにおける通信要件を同定する。
• 著者らは、スマートグリッドユースケースの文脈において、さまざまな通信技術の性能、信頼性、セキュリティを評価する。
• HANs、NANs、WANsを標準化されたインターフェースおよびプロトコルで統合するエンドツーエンド通信アーキテクチャを提案する。
• フレームワークは、相互運用性、スケーラビリティ、および運用および制御機能に必要なリアルタイムデータ伝送を強調する。
• ネットワーキングおよびスマートグリッドの社会的側面からの知見を統合し、実用的で安全な展開を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 次世代スマートグリッドの信頼性およびセキュリティを確保した運用に必要な通信要件は何か？
• RQ2 スマートグリッドのネットワークレイヤー（HAN、NAN、WAN）に最も適した有線および無線通信技術は何か？
• RQ3 複数のネットワークドメインにまたがるスマートグリッド応用を支援する統合的でエンドツーエンドの通信アーキテクチャをどのように設計できるか？
• RQ4 スケーラブルで安全なスマートグリッド通信インfraストラクチャを展開するにあたり、顕著な課題は何か？
• RQ5 新たな通信技術は、スマートグリッドネットワークの性能およびレジリエンスをどのように向上させるか？

主な発見

• 本稿は、リアルタイムの監視および制御に不可欠な信頼性・セキュリティ・低レイテンシ通信が、スマートグリッド運用において不可欠であると特定した。
• 有線および無線技術を組み合わせたハイブリッド通信ソリューションが、スマートグリッド展開において、性能・信頼性・コストのバランスを最良にすると判明した。
• 提案されたエンドツーエンドアーキテクチャにより、HANs、NANs、WANs間のシームレスな統合が可能となり、相互運用性およびスケーラビリティが支援された。
• 本研究は、PLC、Zigbee、Wi-Fi、LTEといった既存の通信技術が実用的であるが、スマートグリッド固有の要件に対応するための強化が求められると強調した。
• 研究は、特に無線ベースのHANおよびNAN展開において、ネットワークセキュリティおよびデータ整合性が重要な懸念事項であると判明した。
• 著者らは、大規模なスマートグリッドの採用および今後の研究に不可欠である、標準化されたレイヤード通信フレームワークの構築が重要であると結論づけた。