JP2020089256A - 光通信システム、通信装置および通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通信装置の処理負荷を抑制しつつ、光通信経路が分断された場合であっても、通信不能となる通信装置を抑制することができる光通信システムを得ること。【解決手段】リング型の光通信経路により複数の通信装置１が接続される光通信システムであって、光通信経路は、電力系統における複数の配電線にわたって設けられ、通信装置１は、光通信経路を用いた光通信を行うことが可能な光通信部１１と、初期状態では、電力系統の監視に用いられる第１の情報を光通信部１１から送信させる信号処理部１２と、無線通信を行うことが可能な無線通信部１４とを備え、信号処理部１２は、光通信経路の分断が検出されかつ光通信経路上で隣接する２つの通信装置１のうち少なくとも一方と光通信が不可である場合に、無線通信部１４に、電力系統の監視に用いられる第２の情報を送信させる。【選択図】図５

Description

本発明は、複数の通信装置を備える光通信システム、この光通信システムにおける通信装置および通信方法に関する。

開閉器に関する情報の伝達などの電力系統における通信において、伝送路障害が発生すると、変電所などに設置される親局装置に、電力系統に設けられた子局装置からの情報が送信されなくなる。これにより、親局装置は電力系統の状態を示す情報の収集が困難になり、電力系統における開閉器の制御などに支障をきたす。このため、電力系統における通信では、通信経路の冗長化が望まれる。

特許文献１には、配電系統においてリクローザ間の通信で用いる通信経路として、標準の通信経路だけでなく、有線通信と無線通信とを含む複数の通信経路のなかから選択した代替経路を設定しておく技術が開示されている。これにより、特許文献１に記載のリクローザは、標準の通信経路に伝送路障害が発生した場合でも、代替経路を用いて通信を行うことができる。

近年、電力系統において光通信の導入が進められつつある。電力系統における通信に従来の冗長経路を持たない光通信を用いると、単一の伝送路障害が発生した時に通信の維持ができない問題があった。一方、電力系統における通信にリング型光通信システムを用いると、停電や伝送路断などの単一障害に対しては冗長経路で通信継続することができる。ただし、従来のリング型光通信システムにおいては、停電や伝送路断などの単一障害に対しては冗長経路で通信継続することができるが、複数地点の電源断などの障害に対処するためにはリング経路での通信を維持するために光再生中継用のバックアップ電源などを持つ必要がある。また電源断時に各装置が中継できなくなることを回避するため、光スイッチで光バイパスする事例があるが、複数の装置を光バイパスすると過剰に光損失が累積してしまい、バックアップ電源などを用いた光再生中継は必要である。また、リング型光通信システムでは、ファイバケーブルが複数箇所電断線した場合には通信の維持ができなかった。

特開２０１２−１３４９６７号公報

電力系統におけるセンサーデータなどを転送するリング型光通信システムでは、複数地点で、電源断などの障害が発生した場合に、上述したようにリング構成が分断されてしまい、正常な子局装置があったとしてもこの子局装置は親局装置との間で通信を行うことができないという問題がある。特に、災害発生時などでは複数箇所で停電が発生することがあり、このような場合には複数の通信装置が、電源が供給されないことによって機能を停止する。停電を復旧させるためには、電力系統の状態を把握する必要があるが、複数の通信装置の機能停止によって複数箇所で伝送路障害が発生することになり、リング構成が分断され、正常な子局装置からの情報収集も困難になる。

また、上記特許文献１に記載の技術を用いて、複数地点の電源断などの障害による光通信経路の分断に対応できるようにすることを想定すると、障害の発生していないときに、各通信装置が、定期的に、使用可能な利用経路を調べて利用可能な代替経路およびそれらの系統の費用関数を決定して通信経路のランキングを決定することになる。このため、通信装置における処理負荷が高くなるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力系統で用いられるリング型の光通信システムであって、通信装置の処理負荷を抑制しつつ、光通信経路が分断された場合であっても、通信不能となる通信装置を抑制することができる光通信システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の通信装置を備え、リング型の光通信経路により複数の通信装置が接続される光通信システムであって、光通信経路は、電力系統における複数の配電線にわたって設けられ、複数の通信装置のそれぞれは、光通信経路を用いた光通信を行うことが可能な光通信部と、初期状態では、電力系統の監視に用いられる第１の情報を光通信部に送信させる信号処理部と、を備える。複数の通信装置のうち少なくとも一部は、無線通信を行うことが可能な無線通信部、を備え、無線通信部を備える通信装置の信号処理部は、光通信経路の分断が検出されかつ光通信経路上で隣接する２つの通信装置のうち少なくとも一方と光通信が不可である場合に、無線通信部に、電力系統の監視に用いられる第２の情報を送信させる。

本発明によれば、通信装置の処理負荷を抑制しつつ、光通信経路が分断された場合であっても、通信不能となる通信装置を抑制することができるという効果を奏する。

光ネットワーク例（光リング／無線経路および電力系統）を示す図 光ネットワーク例における通信経路の論理トポロジを示す図 実施の形態の光通信システムの構成例を示す図 光通信システムの通信経路の論理トポロジを示す図 通信装置の構成例を示す図 複数箇所で停電が発生した場合の本実施の形態の配電系統の状態を示す図 図６に示した状態における光通信システムの通信経路の論理トポロジを示す図 通信装置における通信経路の切替処理手順の一例を示すフローチャート 監視制御装置の構成例を示す図 位置情報の一例を示す図 故障判定部における停電箇所の推定手順の一例を示すフローチャート

以下に、本発明の実施の形態にかかる光通信システム、通信装置および通信方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

本実施の形態の光通信システムは、光通信経路に加え、無線通信経路によって近隣装置との通信冗長経路を提供する通信システムである。すなわち、本実施の形態の光通信システムは、光通信経路を形成可能な複数の通信装置、を備え、複数の通信装置のうちの少なくとも一部の通信装置は無線通信経路により通信可能である。無線通信の経路は光通信経路と一致する必要はない。無線通信経路は、仮に低速であっても、システム制御などに用いる重要信号に対し、信頼性の高い通信手段を低コストで提供できる。

たとえば面的に広がる多数の装置を光リングNW（ネットワーク）で収容する場合、物理的に近接する装置が光ネットワーク上では必ずしも隣接せず、光通信経路では中継数が多くなる場合がある。光通信経路が遠い場合は、光通信路を維持するために累積光損失を補償するための光再生中継が必須となり、電源設備が必要となる。電源設備としては例えばバッテリーが用いられるが、バッテリーによる動作可能時間はその容量による限度があり、障害の長期化等によりバッテリーによる動作可能時間を超過すると再生中継が不可となり、光リングNWの通信が維持できなくなる。本発明による場合、物理的に近接する装置間で無線通信経路を見つけることにより、無線経路を介して通信接続することができる。光リングNWにて光再生中継を行なって光通信経路を維持しなくても、無線経路を見つけて通信することができるため、システムコストを抑圧することが可能となるとともに、電源設備の稼働時間に制限されずに通信を行うことが可能となる。

本実施の形態の光通信システムは、たとえば電力制御系などへの適用を想定している（図１）。図１は、光ネットワーク例（光リング／無線経路および電力系統）を示す図である。センサーなどで取得した大量の情報を上位システムへ通信するために、信号速度の速いPON（Passive Optical Network)型やリング型の光通信システムを用いるケースがある。また同時に配電系統では、停電復旧機能として上流で開閉器が操作された後に配電系統に沿った下流で電力復帰したことを検知し、通信経路を介して電源状態を伝達することが求められ、その電源復帰順序や通信経路は変化する可能性がある。例えばリングなどの光ネットワークの複数地点でファイバ断線した場合には、通信装置への電源が回復しても通信経路を確保できない。図２は、光ネットワーク例における通信経路の論理トポロジを示す図である。また光リングを迂回した通信経路で通信するためにリング全体で光中継伝送を行う必要があり、光再生中継を行うノードでは高価なバックアップ電源が必須となっていた。また光リング網構成と配電系統構成が一致していない場合には、配電系統で物理的には近接していても、光ネットワーク上では通信経路が遠く、大きな光通信経路の光損失を補償するために、バックアップ電源を用いた光再生中継が必須となる場合があった。本実施の形態の光通信システムは、電力制御系への適用に限定されず、画像やセンシング情報などをはじめとして他の情報を伝送する光通信システム、他の機器などを制御する光通信システムに適用されてもよい。

本実施の形態の光通信システムは、仮に光伝送路が断線していたり、また仮に光再生中継器に電源がなく光リング経路が非導通であっても、通信装置への電源が復旧した際に冗長経路を無線経路で見つけて冗長経路を確保することにより、重要信号に対する通信を確保することができる。これにより、安価で高耐性の通信NWを実現でき、高価なバックアップ電源を不要にすることができる。光ネットワークの構成については、PON型、リング型などのトポロジに対して有効であり、特定のトポロジには限定されない。

たとえば図１の適用事例に於いては、無線経路により接続している装置間は、物理的に近接しているが、光リングでは多数の停電中の中継ノードを介しており、光通信経路では再生中継を行わないと通信できない。

電源供給が断たれた光ネットワークにおいて段階的に電源復旧する場合、電源復旧した装置が光ネットワーク上で隣接しない場合がある。光リングを介して通信を行おうとした場合、停電時にも通信を行えるようにするため装置における光再生中継が必要となり、バックアップ電源をもつ必要がある。各装置を光バイパスすることも考えられるが、光ネットワークの構成次第では多数のノードを中継してしまい、累積する光損失を補償するためにやはりバックアップ電源による再生中継装置が必要となってしまう。

一方、配電系で時限順送処理を行う場合、隣接する開閉器の物理的な距離は近く、無線通信路で直接通信することが可能である。よって光通信経路では届かない場合でも、電源供給を受けた装置が近隣の装置間で無線通信経路を発見すれば制御用の通信を行う事が可能となり、光再生中継用のバッテリーを削減することが可能となる。

システム全体で電源が復旧した後は、光ネットワーク全体が機能するため、光通信経路で大容量のデータ通信を行う事ができる。本無線経路には例えば制御用に920MHz帯特小無線を用いることができる。また、無線通信路を用いた光ネットワークは、障害時だけでなく、光ネットワークを段階的に構築している途中で光経路全体が完成するまでの過渡的な期間において、光通信路でつなぐことができない区間を無線経路でつなぐことによってネットワークを機能させることもできる。

次に、本発明の実施の形態の詳細と具体例について説明する。図３は、本発明にかかる実施の形態の光通信システムの構成例を示す図である。図３に示した光通信システムは図１と同様の構成であるが、説明のために符号を付したものである。図３に示す本実施の形態の光通信システム２は、電力系統である配電系統において用いられる光通信システムである。光通信システム２は、通信装置１−１〜１−２９を備える。光通信システム２は、通信装置１−１〜１−２９間が光ファイバで環状に接続されるリング型光通信システムである。すなわち、光通信システム２は、リング型の光通信経路により複数の通信装置である通信装置１−１〜１−２９が接続される光通信システムである。

図３に示した配電線３−１〜３−６は、上位系統から供給される電力に対して電圧変換を行う高圧変圧器５に接続され、高圧変圧器５から出力される電力を伝送する。以下、配電線３−１〜３−６において、電力の経路として高圧変圧器５のある側を上流側と呼び、反対の方向を下流側と呼ぶ。高圧変圧器５は変電所４に設置される。配電線３−１〜３−６には、電路の開閉を行う開閉器７が設けられている。図３では、図の簡略化のため１つの開閉器７に符号を付しているが、配電線３−１〜３−６に配置された同形状の矩形は全て開閉器７である。

図３に示すように、通信装置１−１〜１−２９のうち通信装置１−１は、例えば、変電所４に設置される。通信装置１−１は、配電線３−１〜３−６すなわち配電系統の監視および制御を行う監視制御装置６に接続される。通信装置１−１は、他の通信装置１−２〜１−２９から情報を収集するとともに、他の通信装置１−２〜１−２９へ制御情報を送信する親局装置である。通信装置１−２〜１−２９のそれぞれは、親局装置である通信装置１−１と通信を行う子局装置である。子局装置である通信装置１−２〜１−２９は、開閉器７ごとに設置される。図３に示すように、通信装置１−２〜１−２９のそれぞれは、開閉器７の近くに併設され、または開閉器７と一体化されている。通信装置１−２〜１−２９のそれぞれは、対応する開閉器７を制御する。開閉器７および対応する通信装置１−２〜１−２９は、例えば電柱に設置されるが、設置される場所に特に制約はない。

以下、通信装置１−１〜１−２９のそれぞれを、個別に区別せずに示すときは通信装置１と記載し、配電線３−１〜３−６のそれぞれを、個別に区別しないときには配電線３と記載する。図３では、変電所４内の開閉器７も含めて開閉器７を３１台図示しているが、開閉器の数は、図３に示した例に限定されない。通信装置１の数も開閉器７の数に応じた数であればよく、図３に示した例に限定されない。配電線３の数も図３に示した例に限定されない。なお、子局装置である通信装置１は、正しくは配電線３に設けられている開閉器７の近くに設けられているのであり配電線３に設けられているわけではないが、以下では、記載を簡略化するため、配電線３に設けられている開閉器７の近くに設けられている通信装置１を配電線３上に設けられているとも表現する。

図４は、光通信システム２の通信経路の論理トポロジを示す図である。図３と図４を比較するとわかるように、通信経路の論理トポロジ上で隣接する通信装置１が、１つの配電線３に沿って隣接しているとは限らない。例えば、配電線３−２には、上流側から順に通信装置１−２、通信装置１−４、通信装置１−７、通信装置１−１２、通信装置１−１１が設けられている。一方、図３および図４からわかるように、論理トポロジ上は、この順に接続されているわけではない。通信装置１−５と通信装置１−６は、配電線３上でも、通信経路の論理トポロジ上でも隣接しているが、通信装置１−２と通信装置１−４は、配電線３上では隣接しているが、通信経路の論理トポロジ上では隣接していない。また、光通信システム２は、複数の配電線３にわたって配置されている。すなわち、光通信システム２の光通信経路は、電力系統における複数の配電線３にわたって設けられている。このように、通信経路の論理トポロジ上の通信装置１の位置と、配電系統上の位置とは、対応しているとは限らない。すなわち、複数の通信装置１のうち少なくとも一部は、光通信経路において隣接する通信装置と、配電線３に沿って隣接する通信装置１とが異なる。なお、図３では、各配電線３を模式的に直線で示しており、図３は地理上の位置を示すわけではない。

次に、通信装置１の構成について説明する。図５は、通信装置１の構成例を示す図である。図５は、通信装置１が子局装置である例を示しているため、通信装置１が開閉器７と併設されている。通信装置１の構成は、親局装置も子局装置と同様である。通信装置１は、光通信部１１、信号処理部１２、電源部１３および無線通信部１４を備える。また、通信装置１は、開閉器７と接続される。開閉器７は、配電線３と入力側と出力側との２か所で接続され、通信装置１からの指示にしたがって入力側と出力側を接続または開放することで、電路を閉または開にする。また、開閉器７は、配電線３の短絡事故、地絡事故などにより過電流を検出した場合などには自律的に電路を開にする。また、開閉器７は、配電線３の電流、電圧などを測定し、測定値を通信装置１へ出力する。このように、開閉器７は、計測機能を有するセンサー付き開閉器と呼ばれる開閉器である。

光通信部１１は、リング型の光通信経路を用いた光通信を行うことが可能である。光通信部１１は、光受信機、光送信機および通信制御回路などで構成され、光ファイバ８を介して、光信号の送受信を行い、受信した光信号を電気信号に変換して信号処理部１２へ出力する。また、光通信部１１は、信号処理部１２から出力される電気信号を光信号に変換して光ファイバ８へ送出する。さらに、光通信部１１は、光通信が断となったことを検出する機能を有する。具体的には、光通信部１１は、光通信経路の分断を検出する第１の判定機能を有するとともに、光通信経路上で隣接する２つの通信装置１のそれぞれとの間の光通信の可否を判定する第２の判定機能を有する。第１の判定機能は、例えば、子局装置の場合には、通信相手の装置である親局装置からの応答の待ち時間がタイムアウトとなったときに、すなわち親局装置からの応答が一定時間内に受信できない場合に、光通信の分断と判定する機能である。なお、通信の分断は、光通信経路において複数箇所に障害が生じたときに発生する。リング型の光通信システム２では、一般に、片方向の通信が不可であると逆回りの通信が行われる。したがって、光通信経路に１か所の障害が発生しても通信の継続は可能である。しかし、光通信経路において複数箇所に障害が生じると、分断されてしまう経路が生じ、通信できない部分が発生する。第２の判定機能は、例えば、隣接する通信装置１から受信した光信号のレベルを監視し、光信号のレベルが閾値未満となると隣接する通信装置１との間の光通信が不可と判定する機能であってもよいし、隣接する通信装置１へ光信号を送信し応答がタイムアウトしたときに隣接する通信装置１との間の光通信が不可と判定する機能であってもよい。また、光通信システム２は、右回りと左回りの両方向の通信が可能であり、光通信部１１は、光通信の断を検出すると、逆回りで通信を行う。光通信部１１は、第１の判定機能では、右回りと左回りの両方向とも応答がタイムアウトした時に光通信の分断と判定する。光通信部１１は、第１の判定機能によって光通信経路の分断を検出した場合、および第２の判定機能により隣接する２つの通信装置１のうち少なくとも１つと光通信が不可であると判定した場合、判定結果を信号処理部１２へ通知する。

信号処理部１２は、光通信部１１を介して、親局装置である通信装置１から受信した制御情報に基づいて、開閉器７へ接続または開放を指示する信号を出力する。また、信号処理部１２は、開閉器７から、配電線３の電流、電圧などの測定値を取得すると、測定値を含む第１の情報を、光通信部１１を介して親局装置である通信装置１へ送信する。第１の情報は、電力系統の監視に用いられる情報の一例であり、上述した測定値以外に開閉器７の状態を示す情報などが含まれていてもよい。また、第１の情報には、測定値の他に送信元の通信装置１の識別情報が含まれる。さらに、信号処理部１２は、光通信部１１を介して、受信した信号が自装置宛てでない場合には、受信した信号を、光通信部１１を介して光ファイバ８へ送出することにより転送する。信号処理部１２は、初期状態では、第１の情報を光通信部１１に送信させる。また、信号処理部１２は、光通信部１１からの通知に基づいて、光通信経路の分断が検出されかつ光通信経路上で隣接する２つの通信装置１のうち少なくとも一方と光通信が不可である場合に、無線通信部１４に、第２の情報を送信させる。第２の情報は、電力系統の監視に用いられる情報であり、少なくとも送信元の通信装置１の識別情報を含む。第２の情報は、第１の情報と同一内容の情報であってもよい。第２の情報は、第１の情報より情報量が少ないものであってもよい。

電源部１３は、通信装置１の各部へ電源を供給する。ここでは、電源部１３は、配電線３から供給される電力を用いて通信装置１の各部へ電源を供給する例を説明するが、電源部１３はバッテリーも備えていてもよい。

無線通信部１４は、無線通信を行うことが可能であり、アンテナおよび送受信回路などで構成される。無線通信部１４は、信号処理部１２から出力される第２の情報を、無線信号として送信する。また、無線通信部１４は、他の通信装置１から無線信号を受信すると、受信信号の宛先が自装置である場合には、受信信号を信号処理部１２へ出力する。無線通信部１４は、受信信号の宛先が自装置でない場合には、宛先に応じて、受信信号を他の通信装置１へ転送する。各通信装置１の無線通信部１４が、このような転送を行うことで、複数の通信装置１により無線マルチホップネットワークが構成される。無線マルチホップネットワークにおける経路制御は、通常の無線マルチホップネットワークと同様の経路制御プロトコルにより行われてもよいし、後述するようにあらかじめ定められたポリシーにしたがって行われてもよい。なお、無線通信部１４は、光通信が断であるか否かにかかわらず、無線信号を受信可能な状態であるとする。

以上のように、子局装置は、配電線３に設けられた開閉器７に接続され、接続された開閉器７から取得した情報を第１の情報として親局装置を宛先として光通信経路により送信する。また、子局装置は、他の子局装置から、第１の情報を受信すると、受信した第１の情報を親局装置へ向けて光通信経路へ転送する。

また、親局装置である通信装置１−１の構成は、図３に示した通信装置１と同様であるが、通信装置１−１は、監視制御装置６に接続される親局装置であり、変電所４に設置される場合対応する開閉器７を必ずしも直接制御する必要はない。しかしながら、通信装置１−１も、子局装置と同様に、配電線３に設けられた開閉器７を制御する機能を有していてもよい。通信装置１−１の光通信部１１および無線通信部１４の機能は、子局装置の光通信部１１および無線通信部１４と同様である。通信装置１−１の信号処理部１２は、監視制御装置６と通信を行う機能を有し、光通信部１１を介して子局装置から受信した第１の情報を監視制御装置６へ送信する。また、通信装置１−１の信号処理部１２は、監視制御装置６から、子局装置宛ての制御情報を受信すると、光通信部１１を介して、子局装置に宛てて該制御情報を送信する。また、通信装置１−１の信号処理部１２は、無線通信部１４を介して子局装置から受信した第２の情報を監視制御装置６へ送信する。また、通信装置１−１の信号処理部１２は、子局装置から無線通信部１４を介して第２の情報を受信すると、この子局装置宛ての制御情報を、無線通信部１４を介して無線信号として送信してもよいし、無線信号と光信号の両方で送信してもよい。

以上の動作により、光通信が両方向とも断となった場合、すなわち光通信システム２の複数箇所で障害が発生した場合でも、各子局装置は、親局装置との間の通信経路を確保することができる。また、各子局装置は、光通信が両方向とも断となった場合のみ、一般的な経路制御プロトコルにしたがってまたは定められたポリシーにしたがって無線信号の送受信を行えばよいので、冗長経路確保のための処理負荷を抑制することができる。

次に、本実施の形態の動作例について説明する。上述した図３および図４は、配電系統内に障害が発生しておらず、光通信システム２の光通信経路内でも障害が発生していない通常時の状態を示しており、各配電線３の開閉器７は閉（ＯＮ）の状態に制御される。変電所４の高圧変圧器５から配電線３を介して、配電線３に接続される図示しない需要家へ電力が供給されている。また、光通信システム２を構成する通信装置１−１〜１−２９は、リング型の光通信経路により通信を行っている。

次に、大規模な災害などによって複数の配電線３で地絡などが発生し、複数箇所で停電が生じた場合について説明する。図６は、複数箇所で停電が発生した場合の本実施の形態の配電系統の状態を示す図である。図６では、複数の開閉器７のうち停電により電源が供給されなくなり開（ＯＦＦ）状態となった開閉器７にハッチングを施さず、電源が供給されており閉（ＯＮ）状態の開閉器７にハッチングを施している。また、図６では、停電により電源が供給されなくなり機能を停止した通信装置１にハッチングを施さず、電源が供給されており機能している通信装置１にハッチングを施している。また、図６では、配電線３のうち給電されていない区間を破線で示し、給電されている区間を実線で示している。また、図６では、光通信システム２のうち機能している光通信経路を実線で示し、機能していない光通信経路を破線で示している。

図６に示した例では、配電線３−３には高圧変圧器５から電力が供給されているが、配電線３−２，３−６には、高圧変圧器５から電力が供給されていない。また、配電線３−３の下流の配電線３−４，３−５では、通信装置１−１３，１−２２，１−２１，１−２０に対応する開閉器７には電力が供給されている。また、通信装置１−１３，１−２２，１−２１，１−２０にも電力が供給されており、通信装置１−１，１−２９，１−５，１−６にも電力が供給されている。したがって、通信装置１−１，１−２９，１−５，１−６，１−１３，１−２２，１−２１，１−２０は正常に機能している。しかし、これら以外の通信装置１は、電力が供給されていないため、通信を行うことができない。

図７は、図６に示した状態における光通信システム２の通信経路の論理トポロジを示す図である。図７においても、停電により電源が供給されなくなり機能を停止した通信装置１にハッチングを施さず、電源が供給されており機能している通信装置１にハッチングを施している。光通信経路によって通信が可能な区間は、通信装置１−５から通信装置１−６までの区間と、通信装置１−２０から通信装置１−２２までの区間と、通信装置１−１から通信装置１−２９までの区間と、の３区間である。したがって、通信装置１−１と光通信経路によって通信可能な子局装置は通信装置１−２９のみである。他の子局装置は、通信装置１との間で光通信経路による通信はできない。

したがって、監視制御装置６は、通信装置１−２〜１−２８から送信される測定値を受信できず、また通信装置１−２〜１−２８に接続される各開閉器７の状態も把握できない。一方で、上述した通り、実際には、通信装置１−５，１−６，１−１３，１−２２，１−２１，１−２０も実際には正常に動作しており、対応する開閉器７にも電力が供給されている。すなわち、監視制御装置６は、光通信経路を用いた情報の収集だけでは、どの区間で停電しており、どの区間で停電していないかを把握することができない。このような停電の発生時には、停電の要因を解消させるために、作業者を現地に派遣することになる。光通信経路を用いた情報の収集だけでは、実際には正常に動作している区間があっても、上述したようにほとんどの区間で停電が生じていると判断される可能性がある。したがって、作業者を、実際には正常である区間に派遣する可能性があり、作業時間の浪費が生じる可能性がある。停電からの速やかな復旧のためには、作業者を派遣する場所を絞り込むことが望ましい。

なお、通信装置１の電源部１３がバッテリーを備える場合には、通信装置１は、バッテリーによりある程度の時間、通信を行うことができる。しかしながら、大規模な災害時などでは全ての停電の復旧には時間を要するため、通信装置１はバッテリーにより動作可能な時間を超過して通信ができなくなることが想定される。

そこで、本実施の形態では、上述したように、通信装置１が無線通信機能も有することで、正常に動作している通信装置１間の無線経路を冗長経路として用いて、子局装置と親局装置の間の通信を実現できる可能性を高める。

図８は、通信装置１における通信経路の切替処理手順の一例を示すフローチャートである。通信装置１は、初期状態では、光通信部１１による通信を行っており、光通信部１１による通信を行っている状態で、図８に示した処理を実施する。なお、光通信システム２における光通信経路に障害が無い場合、通信装置１−１から通信装置１−２９には、通信装置１−２９宛ての制御情報のほか、通信装置１−２９を経由して通信装置１−１と通信を行う通信装置１−２８宛ての制御情報も送信される。さらに、通信装置１から通信装置１−２９には、通信装置１−２８だけでなく通信装置１−２９を経由して、通信装置１−１と通信を行う全ての子局装置宛ての制御情報が送信される。このように、各通信装置１−１は中継装置としても機能する。子局装置から通信装置１−１へ向かう方法の通信においても同様である。

図８に示すように、通信装置１の光通信部１１は、光通信の断を検出する（ステップＳ１）。なお、ここでは、光通信の断とは、光通信の分断が検出され、かつ、隣接する２つの通信装置１の少なくとも一方と光通信が不可であることを示す。

光通信の断を検出すると（ステップＳ１ Ｙｅｓ）、通信装置１は、選択ポリシーに従って無線通信の相手を選択する（ステップＳ２）。具体的には、光通信部１１は、光通信におけるタイムアウトを検出すると信号処理部１２へ通知し、信号処理部１２が、選択ポリシーに従って無線通信の相手を選択する。この選択ポリシーとしては、電波状態の最も良い通信装置１を選択するというポリシー、通信装置１までの通信経路が最短となる通信装置１を選択するというポリシー、またこれらに重み付けをした値により選択するポリシーが例示できる。

また、選択ポリシーとして、無線通信の接続先の通信装置１の候補があらかじめ設定される方法もある。例えば、配電線３に沿って隣接する通信装置１を、通信相手の候補として定めておいてもよい。停電からの復旧時を考慮すると、変電所４から下流へ向けて順次電力が復旧していく。したがって、配電線３に沿って上流側から光通信経路が復旧される可能性が高い。このため、自装置の配電線３上の上流側の隣接装置と通信が可能であればよい。このように、固定で通信相手を定めておくことで、無線通信経路の確立に要する時間を省くことができる。また、通信相手の装置の候補を複数定めておき、これらの複数の通信装置に優先順位をつけておき、信号処理部１２は、優先順位の高い順に複数の候補のなかから通信相手の装置を選択してもよい。すなわち、複数の候補のそれぞれに優先順位が付与され、無線通信部１４は、優先順位の高い候補から順に無線通信の確立処理を実施するようにしてもよい。選択ポリシーとしては、これらに限定されず、様々な判断基準を用いることが可能である。また、通信装置１は、１つの他の通信装置１を無線通信の相手として選択してもよく、複数の他の通信装置１を無線通信の相手として選択してもよい。

なお、信号処理部１２が、電波状態に基づいて通信装置１を選択する場合、例えば、無線通信部１４に、ブロードキャストにより応答を要求する無線信号を送信させ、応答を受信したときの受信信号の強度を電波状態として求めることができる。また、通信装置１までの通信経路が最短となる通信装置１を選択する場合、通信装置１は、例えば、無線マルチホップネットワークにおける経路探索において得られるホップ数などに基づいて通信経路の長さを判断する。なお、通信装置１ごとに、通信装置１までの通信経路が最短となる通信装置１を固定で設定しておいてもよい。

ステップＳ２の後、信号処理部１２は、無線通信により情報を送信し（ステップＳ３）、処理を終了する。このとき送信する情報は、上述した第２の情報である。ステップＳ１でＮｏと判断した場合、通信装置１はステップＳ１の処理を繰り返す。なお、一時的な障害により光通信が断になっている可能性もあるため、通信装置１は、ステップＳ１でＹｅｓと判断した場合も、周期的に光信号の送信を行い、図８に示す処理を繰り返す。

また、信号処理部１２は、光通信により通信装置１からの応答がなかった場合でも、隣接装置との通信が可能な場合は、隣接する通信装置１との間では光通信を使用してもよい。すなわち、子局装置は、光通信の分断と判定した場合、光通信経路上で隣接する２つの通信装置１のうち一方の隣接装置と光通信が可能であって他方の隣接装置と光通信が不可であるときには、一方の隣接装置との間では光通信部１１による光通信を行うとともに、無線通信部１４による無線通信を行ってもよい。この場合、隣接する通信装置１との間で光通信が不可である通信装置１は、他の通信装置１から光通信で受信した情報も含めて全て無線通信によって送信することになる。このときに光通信で送信される情報は、上述した第１の情報であってもよいし第２の情報であってもよい。また、子局装置は、光通信の分断と判定した場合、光通信経路上で隣接する２つの通信装置の両方と光通信が可能であるときには、光通信部１１による光通信を行ってもよい。このように、光通信が可能な区間は可能な限り光通信経路を用いることで、低遅延、大容量の光通信を、有効に活用することができる。また、無線通信の使用区間を抑制することで、無線通信で発生する送信信号の衝突を抑制し、無線区間の遅延抑制、無線リソースの効率的な利用を実現できる。

ここで、無線通信経路の構築の例について説明する。ここでは、通信装置１が、電波状態に基づいて通信相手を選択する例を説明する。図６および図７に示した例において、通信装置１−２９は、通信装置１−２８との間の光通信が断になったことを検出すると、周辺の通信装置１の電波状態に基づいて、通信相手を選択する。ここでは、通信装置１−２９の近隣の通信装置１のなかで、通信装置１−５が通信装置１−２９と距離的に最も近いとする。通信装置１−２９が受信する無線信号の強度も、近隣の通信装置１のなかで最も高いとする。このため、通信装置１−２９は、通信装置１−５を通信相手として選択して、通信装置１−５宛ての無線通信を開始する。なお、図７に示すように、通信装置１−５と通信装置１−２９との間には、光通信の論理トポロジ上は４台の通信装置１が存在している。しかしながら、上述したように、通信装置１−５と通信装置１−２９は無線経路としては隣接する位置に存在している。

通信装置１−５は、通信装置１−２９から無線信号を受信すると、受信した信号が自装置宛ての情報であればその情報を処理し、自装置宛てでない信号を光通信により通信装置１−６へ転送する。なお、通信装置１−５から通信装置１−１との間は、光通信経路ではリングのどちらの方向も途中で途切れている。このため、通信装置１−５は、光通信の断と判断して無線通信を開始してもよい。ただし、上述したように、通信装置１は、隣接する通信装置１との間で光通信を行うことができる場合には、隣接する通信装置１へ光通信により信号を送信してもよい。ここでは、通信装置１−５は、光通信により通信装置１−６へ転送することとする。通信装置１−６は、通信装置１−５から受信した信号を無線通信により送信する。なお、このように、光通信が可能な区間では光通信を行うようにする場合、この区間の両端の装置は光通信と無線通信の両方を行うことになる。子局となる各通信装置１−２〜１−２９と親局の通信装置１−１との間の通信経路の構築には、例えば公知の技術であるＡＯＤＶ（Ａｄ ｈｏｃ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ）プロトコルが用いられる。

例として、通信装置１−１が通信装置１−２２宛てに下り方向の通信を開始する場合、基本的な経路構築の動作の概要は以下のようになる。通信装置１−１は、送信元である自身のＩＰアドレスと宛先である通信装置１−２２のＩＰアドレスとを含むＲＲＥＱ（経路要求：Ｒｏｕｔｅ ＲＥＱｕｅｓｔ）メッセージを、光通信、無線通信を含むすべての使用可能な通信経路を用いてブロードキャストする。

図６に示した構成例の場合、このメッセージは通信装置１−２９で受信される。通信装置１−２９は、ＲＲＥＱメッセージの宛先が自装置ではない場合、再度ブロードキャストを行う。このとき、通信装置１−２９は通信装置１−１から受信したことを経路表に記憶しておく。この経路表が、通信装置１−２９からの上り方向の通信で用いられるため、通信装置１−２９からの上り方向の経路は通信装置１−１への経路となる。

通信装置１−２９からブロードキャストされたＲＲＥＱメッセージは、通信装置１−５で受信される。通信装置１−５では、ＲＲＥＱメッセージの宛先が自装置ではないため、再度ブロードキャストを行う。このとき、通信装置１−５では、通信装置１−１を送信元とするパケットを通信装置１−２９から受信したことを経路表に記憶しておく。この経路表が、通信装置１−５からの上り方向の通信で用いられるため、通信装置１−５からの上り方向の経路は通信装置１−２９を介した通信装置１−１への経路となる。

通信装置１―５からブロードキャストされたＲＲＥＱメッセージは、通信装置１−６で受信され、同様な処理が行われる。通信装置１−２２は通信装置１−６からＲＲＥＱメッセージを受信し、宛先が自身のＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレスであることを確認すると、通信装置１−１を送信元とするパケットを通信装置１−６から受信したことを経路表に記憶しておくとともに送信元である通信装置１−１へＲＲＥＰ（経路応答：Ｒｏｕｔｅ ＲＥＰｌｙ）メッセージを送信する。このとき、通信装置１−２２は、通信装置１−１への宛てのメッセージを経路表により通信装置１−６へ送信する。

ＲＲＥＰメッセージを通信装置１−２２から受信した通信装置１−６は、経路表により通信装置１−１宛てのメッセージは通信装置１−５に送信すればよいことがわかるので通信装置１−５へＲＲＥＰメッセージを転送する。ＲＲＥＰメッセージを受信した通信装置１−５の動作も同様である。またこのとき、通信装置１−５は、ＲＲＥＰメッセージを受信したことで自装置から通信装置１−２２への通信は通信装置１−６へ送信すればよいことがわかるので、この情報を経路表に追加する。これにより、通信装置１−５は、以降は通信装置１−２２宛ての通信を行う際はブロードキャストを行わず通信装置１−６宛てにユニキャストで転送すればよいことになる。

以降、同様に各通信装置は自身の経路表を辿ってＲＲＥＰメッセージを逆方向（上り方向）へ転送していく。ＲＲＥＰメッセージが通信装置１―１へ到達すると、通信装置１−１と通信装置１−２２との間の通信経路が双方向で確立することになり、以降は任意のデータ通信が可能となる。このようにして、各通信装置はメッセージの送信元、宛先と自装置で作成する経路表から転送先を決定する。

この動作については経路が光通信か無線通信であるかには依存しないため、転送先である通信装置との通信手段は光通信もしくは無線通信の使用可能な方で行えばよく、光通信と無線通信が混在した経路の構築が可能である。

通信装置１−６から送信された無線信号は、通信装置１−２２で受信され、通信装置１−２２から通信装置１−２１，１−２０へ光通信により伝送される。また、通信装置１−６から送信された無線信号は、通信装置１−１３でも受信される。これにより、図６および図７に示した通信装置１のうち正常に動作している全ての通信装置１へ、通信装置１−１から送信された制御情報が送信されることになる。同様に逆向きの通信も行われる。

これによって、通信装置１−１は、通信装置１−５，１−６，１−１３，１−２０，１−２１，１−２２から送信された信号を受信することができる。したがって、監視制御装置６はこれらの通信装置１から、これらの信号を受信することにより、通信装置１−５，１−６，１−１３，１−２０，１−２１，１−２２が正常に動作していることを把握することができる。

また、監視制御装置６は、正常に動作している通信装置１からの信号を受信することにより、配電線３における停電箇所すなわち故障箇所を推測することができる。図９は、監視制御装置６の構成例を示す図である。図９に示すように監視制御装置６は、通信部６１、開閉器制御部６２、故障判定部６３、故障解析部６４および記憶部６５を備える。通信部６１は、通信装置１などの他の装置との間で通信を行う。開閉器制御部６２は、開閉器７を制御するための制御情報を生成し、制御情報を対応する子局装置宛てに通信部６１を介して光通信システム２へ送信する。制御情報は通信装置１を介して上述したとおり、各子局装置へ転送される。通信部６１は、各子局装置から第１の情報または第２の情報を受信しているか否かに基づいて各子局装置の動作状態を示す情報を記憶部６５へ格納する。動作状態を示す情報は各子局装置が通信可能であるか否か、すなわち応答があるか否かを示す情報であり、通信部６１は、一定時間以上第１の情報または第２の情報を受信できない場合に通信不能であると判断する。また、通信部６１は、各子局装置から受信した第１の情報および第２の情報を記憶部６５に格納する。

故障判定部６３は、記憶部６５に格納された各子局装置の動作状態を示す情報に基づいて、各配電線３における故障の有無を判定するとともに故障が生じたときには故障箇所を推定する。故障解析部６４は、第１の情報、すなわち配電線の電圧、電流などの測定値に基づいて、故障予知、故障分析などの解析を実施する。

故障判定部６３は、図６および図７で示したように停電が生じた場合には各配電線３における停電箇所を推測する。故障判定部６３は、例えば、各配電線３における通信装置１の位置を示す位置情報と、記憶部６５に記憶されている各子局装置の動作状態を示す情報とを用いて停電箇所を推測する。位置情報は、記憶部６５に格納されている。図１０は、位置情報の一例を示す図である。図１０に示すように、位置情報には、配電線３ごとに、上流側から下流側への配置位置の順に通信装置１の識別情報が格納される。配電線３においてある箇所の開閉器が閉になるとその開閉器より下流では全て停電となるので、故障判定部６３は、最上流の通信装置１から順にどの通信装置１までが通信可能であるかを把握することにより、停電箇所を推定することができる。

すなわち、本実施の形態では、子局装置は、第２の情報を、無線通信により親局装置を宛先として送信し、親局装置は、子局装置から受信した第１の情報および第２の情報を監視制御装置６へ送信する。そして、第１の情報および第２の情報は、監視制御装置６における配電線３内の停電箇所の推定に用いられる。

図１１は、故障判定部６３における停電箇所の推定手順の一例を示すフローチャートである。故障判定部６３は、記憶部６５に記憶されている各子局装置の動作状態を示す情報に基づいて、応答がない通信装置があるか否かを判断する（ステップＳ１１）。応答がない通信装置１がある場合（ステップＳ１１ Ｙｅｓ）、故障判定部６３は、通信装置１の配電線３上の位置を求める（ステップＳ１２）。詳細には、故障判定部６３は、位置情報を検索して、応答の無い通信装置１がどの配電線３の上流から何番目の通信装置１であるかを求める。次に、故障判定部６３は、応答のない通信装置１より下流の通信装置１から応答があったか否かを判断する（ステップＳ１３）。応答のない通信装置１より下流の通信装置１から応答があった場合（ステップＳ１３ Ｙｅｓ）、故障判定部６３は、ローカルな故障と判断し（ステップＳ１６）、処理を終了する。応答のない通信装置１より下流の通信装置１から応答がない場合（ステップＳ１３ Ｎｏ）、停電と判断し（ステップＳ１４）、停電区間の最上流の位置を特定し（ステップＳ１５）、処理を終了する。ステップS１１で、応答がない通信装置がないと判断した場合（ステップＳ１１ Ｎｏ）、故障判定部６３は、ステップＳ１１を再び実施する。

以上のように、監視制御装置６が、停電区間の最上流の位置を特定することにより、より効率的に、停電の復旧作業を行うことができる。

なお、上述した例では、冗長経路として、通信装置１を用いた無線通信経路を用いる例を説明したが、配電線３による電力線通信経路、スマートメータネットワークなど他の通信経路を併用してもよい。スマートメータネットワークは、自動検針のための検針装置であるスマートメータにより構成されるマルチホップネットワークである。電力線通信を用いる場合には、あらかじめ配電線３に接続されて電力線通信および無線通信を行う通信装置を設けておく。これにより、電力線通信の経路を、災害時に光ファイバに障害が生じた場合の冗長経路として用いることもできる。また、スマートメータネットワークを経由する場合には、例えば、通信装置１がスマートメータと同様の手順でスマートメータネットワークに参入することにより、スマートメータネットワークにはこれらの通信装置１がスマートメータネットワークに参入することを許可するように設定しておく。

なお、上述した例では、全ての通信装置１が光通信機能と無線通信機能を有するようにしたが、無線通信機能を一部の通信装置１が有するようにしてもよい。無線通信機能を一部の通信装置１が有する場合、全ての通信装置１の動作状態を把握することはできないが、おおよその停電箇所の推定を行うことはできる。なお、この場合、無線通信機能を備えない通信装置１は、光通信経路の分断を検出しても、隣接した通信装置１のうち少なくとも一方との間で光通信が可能であれば、隣接した通信装置１のうち少なくとも一方に第１の情報または第２の情報を送信する。

また、通信装置１とは別に、無線通信機能を有する中継装置を、通信装置１とは別の場所に設けておくようにしてもよい。通信装置１間の距離が離れている場合、無線信号が相手に到達しない可能性があるが、中継装置を設けておくことにより、無線信号が到達する可能性を高めることができる。中継装置は光通信機能を有していなくてもよい。

以上のように、本実施の形態では、電力系統で用いられるリング型の光通信システム２を構成する通信装置１が無線通信機能を有し、光通信の断を検出した場合に、無線信号により情報を送信するようにした。このため、本実施の形態の光通信システム２は、通信装置１の処理負荷を抑制しつつ、複数地点の障害時に通信不能となる通信装置１を抑制することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１−１〜１−２９ 通信装置、２ 光通信システム、３−１〜３−６ 配電線、４ 変電所、５ 高圧変圧器、６ 監視制御装置、７ 開閉器、８ 光ファイバ、１１ 光通信部、１２ 信号処理部、１３ 電源部、１４ 無線通信部、６１ 通信部、６２ 開閉器制御部、６３ 故障判定部、６４ 故障解析部、６５ 記憶部。

Claims (12)

1. 複数の通信装置を備え、リング型の光通信経路により前記複数の通信装置が接続される光通信システムであって、
   前記光通信経路は、電力系統における複数の配電線にわたって設けられ、
   前記複数の通信装置のそれぞれは、
   前記光通信経路を用いた光通信を行うことが可能な光通信部と、
   初期状態では、前記電力系統の監視に用いられる第１の情報を前記光通信部に送信させる信号処理部と、
   を備え、
   前記複数の通信装置のうち少なくとも一部は、
   無線通信を行うことが可能な無線通信部、
   を備え、
   前記無線通信部を備える前記通信装置の前記信号処理部は、
   前記光通信経路の分断が検出されかつ前記光通信経路上で隣接する２つの前記通信装置のうち少なくとも一方と光通信が不可である場合に、前記無線通信部に、前記電力系統の監視に用いられる第２の情報を送信させることを特徴とする光通信システム。
2. 前記複数の通信装置のうち少なくとも一部は、前記光通信経路において隣接する前記通信装置と、前記配電線に沿って隣接する前記通信装置とが異なることを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
3. 前記複数の通信装置のうちの１つは親局装置であり、
   前記親局装置以外の前記複数の通信装置である子局装置は、前記配電線に設けられた開閉器に接続され、接続された前記開閉器から取得した情報を前記第１の情報として前記親局装置を宛先として前記光通信経路により送信し、他の前記子局装置から、前記第１の情報を受信すると、受信した前記第１の情報を前記親局装置へ向けて前記光通信経路へ転送することを特徴とする請求項１または２に記載の光通信システム。
4. 前記親局装置は、前記電力系統の監視および制御を行う監視制御装置に接続され、
   前記無線通信部を備える前記子局装置は、前記第２の情報を、前記親局装置を宛先として送信し、
   前記親局装置は、前記子局装置から受信した前記第１の情報および前記第２の情報を前記監視制御装置へ送信し、
   前記第１の情報および前記第２の情報は、前記監視制御装置における前記配電線内の停電箇所の推定に用いられることを特徴とする請求項３に記載の光通信システム。
5. 前記無線通信部を備える前記子局装置における前記光通信部は、前記親局装置からの応答が一定時間内に受信できない場合に前記光通信の分断と判定し、
   前記無線通信部を備える前記子局装置は、前記光通信の分断と判定した場合、前記光通信経路上で隣接する２つの前記通信装置のうち一方の隣接装置と光通信が可能であって他方の隣接装置と光通信が不可であるときには、前記一方の隣接装置との間では前記光通信部による光通信を行うとともに、前記無線通信部による無線通信を行うことを特徴とする請求項３または４に記載の光通信システム。
6. 前記通信装置は、前記光通信の分断と判定した場合、前記光通信経路上で隣接する２つの前記通信装置の両方と光通信が可能であるときには、前記光通信部による光通信を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の光通信システム。
7. 前記第２の情報は、前記第１の情報より情報量が少ないことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光通信システム。
8. 前記無線通信部を備える前記通信装置には、前記無線通信の接続先の前記通信装置の候補があらかじめ設定されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の光通信システム。
9. 前記候補は複数であり、複数の前記候補のそれぞれに優先順位が付与され、
   前記無線通信部は、前記優先順位の高い前記候補から順に前記無線通信の確立処理を実施することを特徴とする請求項８に記載の光通信システム。
10. 前記候補は、配電線に沿って隣接する前記通信装置であることを特徴とする請求項８に記載の光通信システム。
11. リング型の光通信経路により複数の通信装置が接続される光通信システムにおける前記通信装置であって、
    前記光通信経路は、電力系統における複数の配電線にわたって設けられ、
    前記光通信経路を用いた光通信を行うことが可能な光通信部と、
    無線通信を行うことが可能な無線通信部と、
    初期状態では、前記電力系統の監視に用いられる第１の情報を前記光通信部に送信させる信号処理部と、
    を備え、
    前記信号処理部は、前記光通信経路の分断が検出されかつ前記光通信経路上で隣接する２つの前記通信装置のうち少なくとも一方と光通信が不可である場合に、前記無線通信部に、前記電力系統の監視に用いられる第２の情報を送信させることを特徴とする通信装置。
12. 複数の通信装置を備え、リング型の光通信経路により前記複数の通信装置が接続される光通信システムにおける通信方法であって、
    前記光通信経路は、電力系統における複数の配電線にわたって設けられ、
    前記複数の通信装置のそれぞれが、初期状態において、前記電力系統の監視に用いられる第１の情報を前記光通信経路により送信する第１ステップと、
    前記複数の通信装置のうち少なくとも一部が、前記光通信経路の分断が検出されかつ前記光通信経路上で隣接する２つの前記通信装置のうち少なくとも一方と光通信が不可である場合に、前記電力系統の監視に用いられる第２の情報を無線通信により送信する第２ステップと、
    を含むことを特徴とする通信方法。

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