1.本发明涉及用于为需求方的降级（abgesetzt）需要的计算任务提供至少一个本地计算单元的本地计算能力的自动化方法和设备，其中本地计算单元至少部分地被用于控制本地发电单元。
背景技术：
2.用于借助太阳能电池或风能获得能量的设施典型地包含复杂的控制电子设备，以及计算能力和连接性。目前，这样的设施与其周围环境隔离，即访问仅经由安全门户才是可能的，并且设施陌生的服务或设备不能访问所述设施。能量设施的运营商负责可用性和能量产生。然而，小型设施经常属于也运行其他设施和设备的运营商。
3.一个示例是常常在空间上非常紧密地一起或甚至在相同区域上除了禽畜饲养或粮食种植之外还运行太阳能电池的农业企业。这些行业也需要通信和it服务，该it服务目前必须完全独立于能量基础设施来提供。
4.现在，为了运行所需的it基础设施仅仅被用于设施的运行。但是，由于这里必须完全满足关于可用性和安全性的高要求，所以这里最后绝对还有计算能力空闲的it资源可用。
5.同时，目前在利用可再生能量的分散式发电设施的运行中有如下问题：在如下时间产生能量，在这些时间不能将该能量馈入或存储到电网中。
6.在公开文献wo 2019/141587 al中描述了根据独立专利权利要求的前序部分的用于为需求方的降级需要的计算任务提供本地计算单元的本地计算能力的方法和系统。
技术实现要素：
7.本发明的任务是说明用于有效地使用本地产生的电能和计算能力的解决方案。
8.本发明的一个方面在于本地使用多余的本地产生的电能，以便允许本地存在的it基础设施执行计算任务。这一方面可以由运营商自己进行，但是另一方面运营商也可以将该it基础设施提供给更大的可能分散的it市场。
9.将能量基础设施作为边缘云和本地通信平台用于其他目的的这种使用利用已知产品是不可能的，因为出于it安全原因和网络管理原因，没有关联的服务的托管是不可能的，或者需要非常高的耗费，并且因此是不经济的。
10.因此，本发明描述如何可以借助工业边缘云技术本地高效地使用电能的方法并且在这种情况下不是将能量给予任务，而是要解决的计算任务给予可用的能量。这例如可以遵循两个不同的目的：1.本地在能量过度生产（=电力过剩）的时刻，与能量销毁相比，合理地使用过剩能量，以便保持能量网稳定，和2.只有在本地电力过度生产的时刻才在动态边缘云中提供本地计算能力，这由于通信限制利用已知的解决方案不能容易地实现。
11.术语“边缘云”变得越来越重要。在本技术的范围内，“边缘云”被称为本地模块化计算机网络。不过，这个术语并没有明确定义。关于本地模块化计算机网络的不同描述的共
同点是，该本地模块化计算机网络是布置在用户附近的计算机网络的一部分。确定的服务可以在本地被维持并且该本地模块化计算机网络可以在数据处理方面提供更好的性能。该本地模块化计算机网络可以提供对传感器和执行器的受限制的访问并且可以被包括在安全概念中。本地模块化计算机网络通常在工业上或在商业上使用。
12.在专利申请de 10 2017 207 918 al中描述了这样的用于工业应用的边缘云。
13.现在，发电单元的it典型地由多个工业pc和到外部网络的网关组成。现在，这些pc作为用于控制能量设施的独立的系统运行。所需的高可用性这里通过冗余和本地（在能量设施之内）分布的计算单元来实现。
14.为了实现在本发明中所描述的机制，现在借助于云技术、诸如kubernetes，https://kubernetes.io，将在发电单元中本地存在的it基础设施设立为边缘云。因此，在第一步骤中实现it基础设施的多租户能力（multi-miet-f
ä
higkeit）。因此，设施特定的控制软件和设施陌生的sw可以a）在安全技术上干净地被分开并且b）关于资源消耗高效地被放置和控制。
15.同时，创建动态地、诸如以容器的形式或无服务器地以功能形式提供功能性的能力。在发电单元之内的网络同样是安全关键的并且必须受到保护。这经由控制路由和带宽的工业pc之内的规则进行。优选地，这通过本技术人的如在专利申请wo 2018 206 502 a1中公开的解决方案进行。
16.在另一方面中，边缘云可以与另一边缘云逻辑互连。这尤其在设施所有者的另一现有边缘云、例如用于农业设施的边缘云的情况下是合理的。因此可以在发电单元的it之内提供企业陌生的应用，该应用经由互联网提供服务、诸如计算能力。
17.在另一方面中，多个边缘云的逻辑互连将根据当前运行的应用动态地进行，使得不需要边缘云和边缘云的相应资源之间的连接的永久提供。同时，所有互连的边缘云不必由一个应用使用。一个或多个应用在边缘云复合体上的并行运行是可实现的。
18.所描述的解决方案的优点是：
‑ꢀ
与以云为中心的解决方案相比，将能量本地转换为计算机功率并且因此减少通信需求。如果因为不存在电力消费者而在电力过度生产的情况下不能输送能量，则“精炼数据”被输送到需求方。
‑ꢀ
借助边缘云高效地使用所产生的、但是不能使用的能量。
‑ꢀ
提供分散式iot/计算岛，其可靠地并且高效地形成计算和通信环境。
‑ꢀ
持续的和能量高效的it/边缘云（避免能量传输的损失，当（情况常常如此）在电网中不存在对能量馈入的需求时，可以本地使用来自可再生源的可用能量。
‑ꢀ
分散式基础设施，该分散式基础设施对环境影响（例如可用能量）动态地作出反应并且可以相应地被使用，其方式是该分散式基础设施动态地提供其服务。
‑ꢀ
本地过剩的能量的可用性（=电力过度生产）动态地实现并且在几分钟/几小时的预测时间间隔内有条件地是可能的；这里所描述的机制可以对此作出反应并且对此进行处理。
‑ꢀ
冗余概念和针对高可用性的机制这里也可以通过在管理组件中存在的与其他分散组织的单位的相互作用来实现。
‑ꢀ
该机制也允许边缘云岛在否则差地被供给的领域、例如农业、离岸生产、渔业、
林业、环境保护中运行，并且允许在外部通信基础设施发生故障的情况下继续运行。
19.一个重要的方面是能量产生设施/发电单元的控制网络与边缘云概念的结合。因此，能量设施运营商可以通过销售计算能力和电信来做额外的生意。这样的边缘云的运行也将带来生态优点，因为所述边缘云在能量产生附近以最小损失来供给并且可以优选地消耗过剩的能量。此外，这样的整合允许构造很大程度上自给自足地工作的岛，因此在具有差的通信连接的领域中也可以提供现代it解决方案。
20.从独立权利要求的特征得出本发明。有利的改进方案和设计方案是从属权利要求的主题。本发明的其他特征、应用可能性和优点从以下描述中得出。
21.本发明要求保护一种用于为需求方的降级需要的计算任务提供至少一个本地计算单元的本地计算能力的自动化方法，其中本地计算单元至少部分地被用于控制本地发电单元，其中本地计算单元作为本地边缘云的一部分被提供，其中针对边缘云的能量供应，使用通过本地发电单元产生的电能，并且其中仅在由于能量过度生产而存在过剩的电能的时刻通过边缘云将本地计算能力提供给需求方，其中仅仅过剩的电能被用于本地计算能力的提供。
22.由此，可以在本地电力过度生产的情况下提供过剩的计算能力并且所生产的电力不必被销毁。
23.在一个改进方案中，可以通过在边缘云中构成的业务策略管理器模块根据预先给定的规则确定：过剩的电能的哪个份额并且何时能够用于执行计算任务。
24.在另一设计方案中，业务策略管理器模块可以在确定时考虑至少一个在本地发电单元之外确定的外部第一参数和至少一个在本地发电单元之内确定的内部第二参数。
25.在另一设计方案中，第二参数可以是本地发电单元的当前产生的能量数量和/或要供应的能量数量。
26.在另一设计方案中，第一参数可以是当前的天气数据、预报的天气数据、关于本地发电单元处的所计划的工作的数据和/或电能的市场价格。
27.必要时，边缘云可以作为本地能量市场中的负载提供并且因此可以从能量网取得电力。
28.业务管理器模块实现“规则引擎”，由设施的所有者或运营商经由规则引擎执行经由策略选择器模块设定的规则。
29.在一个改进方案中，可以通过在边缘云中构成的策略选择器模块对业务策略管理器模块进行参数化并提供决策规则和决策优先级。
30.在一个改进方案中，可以针对业务策略管理器模块的参数化在策略选择器模块中设立用户特定的角色。
31.在另一实施方式中，用户特定的角色可以是基础设施所有者、客户、可信赖的机器或可信赖的其他边缘云。
32.由参数化产生的决策规则的一个示例将是：如果能量可用长于两小时，所述能量否则不能被继续使用，那么在至少三小时内将边缘云的资源用于处理外部任务。
33.在另一实施方式中，边缘云可以动态地根据当前运行的应用与至少一个其他边缘云逻辑互连。
34.本发明也要求保护一种用于为需求方的降级需要的计算任务提供至少一个本地
计算单元的本地计算能力的设备，其中本地计算单元至少部分地被设立用于控制本地发电单元，其中本地计算单元被设立为本地边缘云的一部分，其中该设备设立为，将通过本地发电单元产生的电能用于边缘云的能量供应，并且其中边缘云设立为，仅在由于能量过度生产而存在过剩的电能的时刻将本地计算能力提供给需求方，其中仅仅将过剩的电能用于本地计算能力的提供。
35.在另一实施方式中，所述设备具有在边缘云中构成的业务策略管理器模块，所述业务策略管理器模块设立为，根据预先给定的规则确定：过剩的电能的哪个份额并且何时能够用于执行计算任务。
36.在另一实施方式中，业务策略管理器模块可以设立为，在确定时考虑至少一个在本地发电单元之外确定的外部第一参数和至少一个在本地发电单元之内确定的内部第二参数。
37.在另一实施方式中，该设备可以具有在边缘云中构成的策略选择器模块，所述策略选择器模块设立为，对业务策略管理器模块进行参数化并提供决策规则和决策优先级。
附图说明
38.本发明的其他特点和优点从借助示意图对实施例的以下解释中变得明显。
39.图1示出边缘云的框图，以及图2示出边缘云应用于具有农业企业的场景的框图。
具体实施方式
40.图1示出边缘云1的框图。边缘云1可以用多个组件、尤其用一个或多个本地计算单元1.1来表示，也可以称为计算机节点或边缘服务器。本地计算单元1.1代表边缘云1的本地计算能力。该本地计算单元被用于通过主机1.1.1托管（hosten）边缘云1并提供不同的虚拟私有云1.1.2（vpc），以便因此实现对计算任务的需求方特定的和隔离的处理。
41.在主机1.1.1中设立管理组件，经由所述管理组件进行边缘云1的所有本地配置设定。所述管理组件在主机1.1.1上本地执行并与“特征库模块”和“边缘云管理与运行模块”、多个其他组件相互作用。
42.在主机1.1.1中还设立了多个界面：管理界面，该管理界面被管理组件用于在设备（=计算单元1.1）和其操作系统上本地进行设定并且改变配置；部署界面，该部署界面被用于在边缘云环境中分配应用；配置界面，该配置界面被用于配置边缘云组件；特征发现界面，该特征发现界面为管理组件提供本地存在的能力的概观以及使管理组件能够激活这些能力，以及任务与服务界面，该任务与服务界面被管理组件用于在边缘云1中分配任务。
43.边缘设备管理与运行模块1.2设立为能够执行用于运行和管理边缘云1的所有机制。在边缘设备管理与运行模块中实现了多个子模块：
‑ꢀ
业务策略管理器模块1.2.1，该业务策略管理器模块实现“规则引擎”，由本地发电单元2的所有者或运营商经由该规则引擎执行经由策略选择器模块1.3（关于其的细节见下文）设定的规则。为此，使用外部第一参数、诸如当前的天气数据、天气预报数据、在连接到本地发电单元的企业的当前所计划的工作、或所产生的能量的市场价格、以及内部第二参数、诸如关于当前的能量产生或能量因素的数据，以便根据规则来决定：电力过度生产的
哪个能量份额何时应该或可以被用于所请求的计算任务以及应该馈入哪个能量份额。必要时，所提出的边缘云1可以作为本地能量市场中的负载提供并且因此可以从本地能量网取得电力。只有当存在本地电力过度生产时，才将本地计算能力提供给需求方的计算任务。
‑ꢀ
边缘云管理器模块，该边缘云管理器模块负责根据来自业务策略管理器模块1.2.1、能力管理器模块、信任管理器模块和计费模块的信息实现本地边缘云1的高效和安全运行。该边缘云管理器模块也可以与其他本地边缘云协调并且因此分配或交换任务。
‑ꢀ
能力管理器模块，该能力管理器模块给本地边缘云的各个边缘云资源提供确定的能力。但是，这些能力不一定必须总是可用。这种临时的可用性并且受其他基本条件影响的可用性都由能力管理器模块管理。由这些还有外部基本条件产生的关于可用性的结果被提供给边缘云管理器模块。
‑ꢀ
信任管理器模块，该信任管理器模块提供相应边缘云系统的一个或多个身份。这例如可以经由证书来进行。以此例如经由对交易的签名确保了：这些交易是可追踪的并且在接受任务并提供结果数据时进行可信赖的交换。
‑ꢀ
计费模块，该计费模块基于由边缘云管理器模块提供的关于在边缘云中所接受和所执行的计算任务的数据确保对具有相应的任务请求或利用其他边缘云的所执行的计算任务的结算。这优选地全自动地并且必要时经由区块链中的“智能合约”进行。
44.通过在边缘云中设立的特征库模块，各个边缘云模块的所有能力都被存储并且在需要时被提供给管理组件。这包括本地可用的能力、诸如计算能力、存储器、对ki/ml计算的支持、无线通信技术的提供或到互联网中的接入点的提供，以及可选地其他非本地可用的资源的能力，诸如其他相邻的边缘云或临时可用的资源。
45.这里，特征库模块可以在边缘设备上本地运行，可以是经由远程访问可达的，或也可以分布式地加建。特征库模块的本地特征模块包含所有在本地边缘云中可用的能力。特征库模块的可选的外部特征模块包含在需要时同样可以被使用的相邻资源的能力。
46.外部因素与要求模块设立为描述所有外部因素或参数、诸如能量的可用性、本地存在（例如在移动资源的情况下）。
47.策略选择器模块1.3设立为将业务策略管理器模块1.2.1参数化。其提供决策规则和决策优先级。这里，参数化可以由具有不同角色的用户、诸如基础设施所有者、客户、可信赖的机器、其他可信赖的边缘云执行。由参数化产生的决策规则的一个示例例如将是：如果能量可用长于两小时，所述能量否则不能被继续使用，那么在至少三小时内将边缘云的资源用于处理外部计算任务。
48.通过边缘云1的上面所描述的模块和子模块可以实现如下流程：1）检测和探测可用的能力2）检测为了提供所述能力（例如能量）所需的规则和基本条件》计划、自组织（ad-hoc）、混合等3）提供可用的能力/服务4）任务接受（被动等待计算任务）/任务寻找（如果资源可用于使用，主动寻找计算任务）。5）设立和启动其他服务、诸如用于无线电通信的本地接入点6）策略管理/启用规则/服务水平协议
7）信托（trust）/计费（收费服务的结算）8）与能量产生设施的协调（策略选择器模块1.3，见上文）。
49.图2示出本发明和根据图1的边缘云1应用于具有农业企业的场景的框图，所述农业企业在其地带上例如利用太阳能电池也运行发电。农业设施5.1和本地发电单元5.2位于在例如农民的所有物中。不仅农业设施5.1而且发电单元5.2拥有边缘云1，根据关于图1的阐述，所述边缘云的计算能力至少部分地可以被提供给需求方的计算任务3。发电单元5.2例如具有太阳能设施5.2.1，其产生的电力被输出给电力消费者（stromabnehmer）4。
50.此外，所有物5的网络可以通过未示出的无线接入来扩展。该无线接入与本地实现的边缘云1连接，并且在各个虚拟环境中运行的应用可以经由该无线接入与同该无线接入连接的设备和网络进行通信。因此，应用于是也可以在所有物的边缘云it上执行，在所述应用的情况下地理上接近设备或传感器是必要的。这里，一个示例是来自农业环境的应用的本地使用。尤其，这对于数据密集型任务来说是令人感兴趣的。
51.所描述的机制在此可以在不同的运营商模型中使用：a）由设施的所有者或运营商（例如由农民）引入，或b）设备运营商将其平台出租给第三方、例如移动无线电运营商或农业合作社。
52.计算能力的提供可以与当前的馈入报酬结合，也就是说，如果电力不能经济地被馈入到上级电网中，则设施可以尝试以计算能力的形式本地消耗更多能量并且因此在这些时间提供更多计算能力。
53.尽管详细地通过实施例进一步图示和描述了本发明，但本发明并不受所公开的示例所限制并且其他变型方案可以由本领域技术人员从中导出，而不离开本发明的保护范围。
54.附图标记列表1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
边缘云1.1
ꢀꢀꢀꢀ
本地计算单元1.1.1
ꢀꢀ
主机1.1.2
ꢀꢀ
虚拟私有云1.2
ꢀꢀꢀꢀ
边缘设备管理与运行模块1.2.1
ꢀꢀ
业务策略管理器模块1.3
ꢀꢀꢀꢀ
策略选择器模块3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
需求方的计算任务4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电力消费者5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
所有物5.1
ꢀꢀꢀꢀ
农业设施5.2
ꢀꢀꢀꢀ
本地发电单元5.2.1
ꢀꢀ
太阳能设施