Integration of Iot technologies into the Smart Grid

Sensors
2022
,
22
, 2475
2 of 17
In [
21
], the authors present a review of the IoT protocols used in the SG aiming to
achieve guidelines in utilizing a proper IoT protocol that can meet the SG requirements;
addressing effective elements in applying IoT in the SG’s future trends is another contri-
bution of this paper. In [
22
], the authors discuss integration of IEC 61850 and IoT. In [
23
],
an IEC 61850 and XMPP communication-based energy management in microgrids with
integrated electric vehicles is introduced. In [
24
], the XMPP and MQTT are applied to an
IEC 61850-based grid, and the most suitable protocol for the microgrid environment is
derived by comparing two protocols.
Among the main approaches aimed at enabling interworking between REST and SG
domains, in [
25
] a mapping between CoAP and IEC 61850-based substation automation
systems in an SG environment is proposed. Based on REST, CoAP is a specialized web
transmission protocol for use with constrained nodes and constrained networks. Another
solution for the mapping of the IEC 61850 to RESTful Web Services is presented in [
26
].
Based on the state-of-the art research presented above, it can be noted that the current
literature features some approaches aiming to integrate the IEC 61850 standard with IoT
technologies, such as RESTful Web Services and MQTT. The motivation of this paper was to
contribute to the state-of-the-art research in the definition of a solution able to integrate an
IEC 61850-based Smart Grid and IoT, thus overcoming the limitations of the current solutions.
The main feature of the proposed solution is the co-existence of the following mechanisms.
First, a RESTful interface to IEC 61850 Servers is available, allowing a generic user
to access the information maintained by the IEC 61850 Server by a REST data exchange.
Then, a mechanism to map each information exchanged with the IEC 61850 Server into
JSON format was defined. Distribution of this information through a publisher/subscribe
communication model based on the use of an MQTT Broker was also defined.
Finally, a mechanism to enable the interoperability of the data exchange between a
generic user and the IEC 61850 Server is included in the proposed solution. To allow the
user to encode/decode each piece of information exchanged with the IEC 61850 Server
through the IEC 61850 Web Platform, particular services were defined to allow the user
to acquire knowledge about the data type descriptions of the data maintained by the IEC
61850 Server. The services here defined allow the user to retrieve, in the JSON standard
format, the description of data types relevant to the information maintained in the IEC
61850 Server.
To the best of the authors’ knowledge, the current literature does not present a solution
that includes all of the entire set of features explained above. The authors believe that the
combination of these features is clearly needed if a real integration between the Smart Grid
and IoT is to be achieved. In the following discussion, the reasons for this requirement are
clearly highlighted.
The RESTful interface was chosen in this research mainly due to the results available
in the current literature, which indicate the superiority of the RESTful interface compared
to other available solutions. The RESTful interface is broadly used, as the functionality of
RESTful services is very closely related to the functionality of the web; this is mainly due
to its scalability, interoperability, and the fact that it is simple and easy to understand [
26
].
RESTful APIs are widely being used in the modern web, and it is a good model for
heterogeneous systems [
27
]. Web services are categorized into two categories: REST and
Simple Object Access Protocol (SOAP). The performance of REST is superior to that of
SOAP [
28
]. RESTful APIs are directly connected with IoT devices as they allow the safe
and authorized exposure of devices to clients, and various appliances in the IT framework.
To fully benefit from the IoT, a RESTful API is required for each IoT device, because REST
ensures the smooth data transfer over network regulations and controls the authorized and
secured transactions. A RESTful API portrays a large number of classes of IoT applications
very well [
28
].
The adoption of a publisher/subscribe communication model based on the use of an
MQTT Broker for the distribution of information maintained by an IEC 61850 Server is also
a very important feature. IEC 61850 communication is based on a request/response model;

Sensors
2022
,
22
, 2475
3 of 17
the IEC 61850 Client must issue a sequence of requests to the Server in order to receive the
updates of a particular piece of information. The use of an MQTT Broker allows the user
to receive updates each time a value changes, or each time a certain time interval elapses.
This improves the efficiency of the exchange of information with a server.
Mapping each piece of information exchanged with the IEC 61850 Server into the
JSON format is also very important; this allows a generic user to receive information in an
open format instead of receiving it according to the IEC 61850 protocol.
Finally, the mechanism to allow the user to acquire knowledge about the data type
descriptions of the data maintained by the IEC 61850 Servers seems to be strategic because
interoperability is a very important feature in the IoT. It is important to point out that this
feature is totally missing in all the other approaches available in the current literature.

Download 2,35 Mb.