A testbed based performance evaluation of smart grid wireless neighborhood area networks routing protocols

Smart Grid networks have a data communication network associated with the electrical energy distribution infrastructure. This network connects all the sub- scribers’ homes with the data control centers of the supplying companies, which in turn have access to the global Internet network. They are in charge of transporting the needed information between the elements that comprise the electricity network and the control centers. A part of these networks is the so-called Neighborhood Area Networks (NANs), which transports the data from the subscriber’s home to some data concentrators. This article presents a comparison of the performance of different routing protocols that can be used in this part of the data network, when a wireless technology is selected. For this comparison, a hardware testbed has been implemented, with a simple initial configuration, which allows the comparison of the OLSR v1, OLSR v2 and HWMP protocols. The numerical results are presented in terms of network throughput, protocol overhead, number of retransmissions, net- work transit and packet transfer times.This work was supported by the Spanish Research Council under project MAGOS (TEC2017-84197-C4-3-R), and Juan Pablo Astudillo León is the recipient of a full scholarship from the Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación (SENESCYT), Ecuador.Peer ReviewedPostprint (published version

A review on various Smart Grid Technologies used in Power System

Electrical infrastructure is expanding day by day due to which smart grid gives better vision for electrical reliability. Various parameters like quality and quantity of power transmitted should be available with the electricity board which can be achieved using smart sensing, metering and communication technologies. If all the above requirements are met in power system then it is called smart grid (SG). SG also helps consumers to manage the load patters and also to manage their expenses. The main component of SG is the communication technology to share data between consumers and grid since grid operators requires real time data to schedule their supply. The Wireless Sensor Network (WSN) uses Aggregation Protocol with Error Detection (APED) to improve the security of data. The SG with SCADA is facilitated by data acquisitions which includes the meter reading, system conditions, etc. that are monitored and transmitted at regular intervals in real time. This paper reviews the modern technologies used in smart grid communication based on IEEE 802.15.4 standard to the SG and how it is modified to ensure effective, efficient and economical and secured communication of the huge real time data from the smart meters

Формирование сечений телекоммуникационных сетей для анализа их устойчивости с различными мерами связности

Проблема анализа устойчивости и как ее составных частей надежности и живучести является довольно востребованной как в области телекоммуникаций, так и в других отраслях, занимающихся разработкой и эксплуатацией сложноразветвленных сетей. Наиболее подходящей моделью сети для подобного рода задач оказывается модель, использующая постулаты теории графов. При этом предположение о случайном характере отказов отдельных звеньев телекоммуникационной сети позволяет ее рассматривать в виде обобщенной модели Эрдеша–Реньи. Хорошо известно, что вероятность выхода из строя элементов может трактоваться в форме коэффициента готовности и коэффициента оперативной готовности, а также в виде других показателей, характеризующих работоспособность элементов телекоммуникационной сети. Большинство подходов рассматривают лишь случай двухполюсной связности, когда необходимо обеспечить взаимодействие двух конечных адресатов. В современных телекоммуникационных сетях на первый план выходят услуги типа виртуальных частных сетей, для которых организуются многоточечные соединения, не укладывающиеся в понятие двухполюсной связности. В этой связи в работе предлагается расширить подобный подход для анализа многополюсной и всеполюсной связностей. Так, подход для двухполюсной связности базируется на методе, использующем в качестве основы матрицу связностей, и, по сути, предполагающий последовательный перебор всех сочетаний вершинных сечений, начиная с истока и стока. Данный способ приводит к включению в общий состав сечений не минимальных, что потребовало введения дополнительной процедуры проверки добавляемого сечения на безызбыточность. Подход для всеполюсной связности базируется на методе, использующем в качестве основы матрицу связностей, и, по сути, предполагающий последовательный перебор всех сочетаний вершинных сечений, не включая одну из вершин, считаемую терминальной. Более простым решением оказался контроль добавляемого сечения на уникальность. Подход для многополюсной связности аналогичен использованному при формировании множества минимальных всеполюсных сечений и отличается, лишь процедурой отбора используемых для образования матрицы сечений комбинаций, из всего множества которых сохраняются лишь те, которые содержат полюсные вершины. В качестве тестовой сети связи используется магистральная сеть Ростелеком, развернутая с целью формирования потоков в направлении "Европа – Азия". Показано, что многополюсные сечения являются наиболее общим понятием относительно двухполюсных и всеполюсных. Не смотря на возможность подобного обобщения, в практических приложениях целесообразно рассматривать именно частные случаи вследствие их меньшей вычислительного сложности

Формирование сечений телекоммуникационных сетей для анализа их устойчивости с различными мерами связности

The problem of stability analysis and its components of reliability and survivability is quite popular both in the field of telecommunications and in other industries involved in the development and operation of complex networks. The most suitable network model for this type of problem is a model that uses the postulates of graph theory. At the same time, the assumption of the random nature of failures of individual links of the telecommunications network allows it to be considered in the form of a generalized Erdos–Renyi model. It is well known that the probability of failure of elements can be interpreted in the form of a readiness coefficient and an operational readiness coefficient, as well as in the form of other indicators that characterize the performance of elements of a telecommunications network. Most approaches consider only the case of bipolar connectivity, when it is necessary to ensure the interaction of two end destinations. In modern telecommunications networks, services such as virtual private networks come to the fore, for which multipoint connections are organized that do not fit into the concept of bipolar connectivity. In this regard, we propose to extend this approach to the analysis of multi-pole and all-pole connections. The approach for two-pole connectivity is based on a method that uses the connectivity matrix as a basis, and, in fact, assumes a sequential search of all combinations of vertex sections, starting from the source and drain. This method leads to the inclusion of non-minimal cross-sections in the general composition, which required the introduction of an additional procedure for checking the added cross-section for non-excess. The approach for all-pole connectivity is based on a method that uses the connectivity matrix as a basis, and, in fact, assumes a sequential search of all combinations of vertex sections, not including one of the vertices considered terminal. A simpler solution was to control the added section for uniqueness. The approach for multipolar connectivity is similar to that used in the formation of the set of minimal all-pole sections and differs only in the procedure for selecting the combinations used to form the cross-section matrix, of which only those containing pole vertices are preserved. As a test communication network, the Rostelecom backbone network is used, deployed to form flows in the direction of "Europe-Asia". It is shown that multipolar sections are the most general concept with respect to two-pole and all-pole sections. despite the possibility of such a generalization, in practical applications it is advisable to consider particular cases due to their lower computational complexity.Проблема анализа устойчивости и как ее составных частей надежности и живучести является довольно востребованной как в области телекоммуникаций, так и в других отраслях, занимающихся разработкой и эксплуатацией сложноразветвленных сетей. Наиболее подходящей моделью сети для подобного рода задач оказывается модель, использующая постулаты теории графов. При этом предположение о случайном характере отказов отдельных звеньев телекоммуникационной сети позволяет ее рассматривать в виде обобщенной модели Эрдеша–Реньи. Хорошо известно, что вероятность выхода из строя элементов может трактоваться в форме коэффициента готовности и коэффициента оперативной готовности, а также в виде других показателей, характеризующих работоспособность элементов телекоммуникационной сети. Большинство подходов рассматривают лишь случай двухполюсной связности, когда необходимо обеспечить взаимодействие двух конечных адресатов. В современных телекоммуникационных сетях на первый план выходят услуги типа виртуальных частных сетей, для которых организуются многоточечные соединения, не укладывающиеся в понятие двухполюсной связности. В этой связи в работе предлагается расширить подобный подход для анализа многополюсной и всеполюсной связностей. Так, подход для двухполюсной связности базируется на методе, использующем в качестве основы матрицу связностей, и, по сути, предполагающий последовательный перебор всех сочетаний вершинных сечений, начиная с истока и стока. Данный способ приводит к включению в общий состав сечений не минимальных, что потребовало введения дополнительной процедуры проверки добавляемого сечения на безызбыточность. Подход для всеполюсной связности базируется на методе, использующем в качестве основы матрицу связностей, и, по сути, предполагающий последовательный перебор всех сочетаний вершинных сечений, не включая одну из вершин, считаемую терминальной. Более простым решением оказался контроль добавляемого сечения на уникальность. Подход для многополюсной связности аналогичен использованному при формировании множества минимальных всеполюсных сечений и отличается, лишь процедурой отбора используемых для образования матрицы сечений комбинаций, из всего множества которых сохраняются лишь те, которые содержат полюсные вершины. В качестве тестовой сети связи используется магистральная сеть Ростелеком, развернутая с целью формирования потоков в направлении "Европа – Азия". Показано, что многополюсные сечения являются наиболее общим понятием относительно двухполюсных и всеполюсных. Не смотря на возможность подобного обобщения, в практических приложениях целесообразно рассматривать именно частные случаи вследствие их меньшей вычислительного сложности

On Reliability of Smart Grid Neighborhood Area Networks

With the integration of the advanced computing and communication technologies, smart grid system is dedicated to enhance the efficiency and the reliability of future power systems greatly through renewable energy resources, as well as distributed communication intelligence and demand response. Along with advanced features of smart grid, the reliability of smart grid communication system emerges to be a critical issue, since millions of smart devices are interconnected through communication networks throughout critical power facilities, which has an immediate and direct impact on the reliability of the entire power infrastructure. In this paper, we present a comprehensive survey of reliability issues posted by the smart grid with a focus on communications in support of neighborhood area networks (NAN). Specifically, we focus on network architecture, reliability requirements and challenges of both communication networks and systems, secure countermeasures, and case studies in smart grid NAN. We aim to provide a deep understanding of reliability challenges and effective solutions toward reliability issues in smart grid NAN

A joint multi-path and multi-channel protocol for traffic routing in smart grid neighborhood area networks

In order to improve the management mechanisms of the electric energy transport infrastructures, the smart grid networks have associated data networks that are responsible for transporting the necessary information between the different elements of the electricity network and the control center. Besides, they make possible a more efficient use of this type of energy. Part of these data networks is comprised of the Neighborhood Area Networks (NANs), which are responsible for interconnecting the different smart meters and other possible devices present at the consumers' premises with the control center. Among the proposed network technologies for NANs, wireless technologies are becoming more relevant due to their flexibility and increasing available bandwidth. In this paper, some general modifications are proposed for the routing protocol of the wireless multi-hop mesh networks standardized by the IEEE. In particular, the possibility of using multiple paths and transmission channels at the same time, depending on the quality of service needs of the different network traffic, is added. The proposed modifications have been implemented in the ns-3 simulator and evaluated in situations of high traffic load. Simulation results show improvements in the network performance in terms of packet delivery ratio, throughput and network transit time.Peer ReviewedPostprint (published version

Towards a Low-Cost Remote Memory Attestation for the Smart Grid

In the smart grid, measurement devices may be compromised by adversaries, and their operations could be disrupted by attacks. A number of schemes to efficiently and accurately detect these compromised devices remotely have been proposed. Nonetheless, most of the existing schemes detecting compromised devices depend on the incremental response time in the attestation process, which are sensitive to data transmission delay and lead to high computation and network overhead. To address the issue, in this paper, we propose a low-cost remote memory attestation scheme (LRMA), which can efficiently and accurately detect compromised smart meters considering real-time network delay and achieve low computation and network overhead. In LRMA, the impact of real-time network delay on detecting compromised nodes can be eliminated via investigating the time differences reported from relay nodes. Furthermore, the attestation frequency in LRMA is dynamically adjusted with the compromised probability of each node, and then, the total number of attestations could be reduced while low computation and network overhead can be achieved. Through a combination of extensive theoretical analysis and evaluations, our data demonstrate that our proposed scheme can achieve better detection capacity and lower computation and network overhead in comparison to existing schemes

A survey of smart grid architectures, applications, benefits and standardization

The successful transformation of conventional power grids into Smart Grids (SG) will require robust and scalable communication network infrastructure. The SGs will facilitate bidirectional electricity flow, advanced load management, a self-healing protection mechanism and advanced monitoring capabilities to make the power system more energy efficient and reliable. In this paper SG communication network architectures, standardization efforts and details of potential SG applications are identified. The future deployment of real-time or near-real-time SG applications is dependent on the introduction of a SG compatible communication system that includes a communication protocol for cross-domain traffic flows within the SG. This paper identifies the challenges within the cross-functional domains of the power and communication systems that current research aims to overcome. The status of SG related machine to machine communication system design is described and recommendations are provided for diverse new and innovative traffic features