Cyber infrastructure for the smart electric grid. (2020)

• Record Type: Book
• Further Information: Note: Anurag Kumar Srivastava, Carl Hauser, David Bakken, Adam Hahn.
• Authors: Srivastava, Anurag Kumar; Hauser, Carl; Bakken, David (David Edward); Hahn, Adam
• Contents: 1 Introduction to the Smart Grid 1 1.1 Overview of the electric power grid : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 1.2 What can go wrong in power grid operation : : : : : : : : : : : 12 1.3 Learning from past events : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 14 1.4 Towards a smarter electric grid : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 18 1.5 Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 20 1.6 Problems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 20 1.7 Questions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 22 2 Sense, communicate, compute and control in secure way 23 2.1 Sensing in smart grid : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 25 2.2 Communication infrastructure in smart grid : : : : : : : : : : : : 37 2.3 Computational infrastructure and control requirements in smart grid : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 38 2.4 Cyber security in smart grid : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 43 2.5 Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 45 2.6 Problems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 45 2.7 Questions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 47 3 Smart Grid Opearational Structure and Standards 49 3.1 Organization to ensure system reliability : : : : : : : : : : : : : : 53 v 3.2 Smart grid standards and interoperability : : : : : : : : : : : : : 56 3.3 Operational structure in the rest of the world : : : : : : : : : : : 58 3.4 Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 58 3.5 Problems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 59 3.6 Questions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 60 4 Communication performance and factors that a; ect it 63 4.1 Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 63 4.2 Propagation Delay : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 66 4.3 Transmission Delay : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 67 4.4 Queuing Delay and Jitter : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 69 4.5 Processing Delay : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 73 4.6 Delay in Multi-hop networks : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 73 4.7 Data Loss and Corruption : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 74 4.8 Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 76 4.9 Exercises : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 76 5 Layered communication model 81 5.1 Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 81 5.2 Physical layer : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 86 5.3 Link layer: service models : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 87 5.4 Network layer: addressing and routing : : : : : : : : : : : : : : : 92 5.5 Transport layer: datagram and stream protocols : : : : : : : : : 100 5.6 Application layer : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 107 vi 5.7 Glue protocols: ARP, DNS : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 109 5.8 Comparison between OST and TCP/IP models : : : : : : : : : 112 5.9 Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 113 5.10 Problems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 113 5.11 Questions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 115 6 Power system application-layer protocols 117 6.1 Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 117 6.2 SCADA protocols : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 118 6.3 ICCP : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 125 6.4 C37.118 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 127 6.5 Smart metering and distributed energy resources : : : : : : : : : 129 6.6 Time synchronization : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 132 6.7 Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 134 6.8 Problems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 134 6.9 Questions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 136 7 Utility IT infrastructures for control center and Fault-tolerant computing 137 7.1 Conventional control centers : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 137 7.2 Modern Control Centers : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 141 7.3 Future Control Centers : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 143 7.4 UML, XML, RDF, and CIM : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 145 7.5 Basics of Fault-tolerant computing : : : : : : : : : : : : : : : : : 154 7.6 Cloud computing : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 157 vii 7.7 Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 159 7.8 Problems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 160 7.9 Questions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 161 8 Basic security concepts, cryptographic protocols, and access control 163 8.1 Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 163 8.2 Basic Cybersecurity Concepts and Threats to Power systems : 164 8.3 The CIA Triad and Other Core Security Properties : : : : : : : 168 8.4 Introduction to Encryption and Authentication : : : : : : : : : : 178 8.5 Cryptography in power systems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 182 8.6 Access control : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 187 8.7 Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 189 8.8 Problems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 190 8.9 Questions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 191 9 Network attacks and protection 193 9.1 Attacks to network communications : : : : : : : : : : : : : : : : 193 9.2 Mitigation mechanisms against network attacks : : : : : : : : : 202 9.3 Network protection through rewalls : : : : : : : : : : : : : : : : 208 9.4 Intrusion detection : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 210 9.5 Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 214 9.6 Problems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 214 9.7 Questions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 216 viii 10 Vulnerabilities, and Risk Management 217 10.1 System vulnerabilities : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 217 10.2 Security mechanisms: Access control and Malware Detection : 229 10.3 Assurance and Evaluation : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 233 10.4 Compliance: Industrial practice to implement NERC CIP : : : : 241 10.5 Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 242 10.6 Problems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 243 10.7 Questions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 244 11 Smart grid case studies 245 11.1 Smart Grid Demonstration Projects : : : : : : : : : : : : : : : : 245 11.2 Smart grid metrics : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 249 11.3 Smart Grid Challenges: Attack case-studies : : : : : : : : : : : : 250 11.4 Mitigation using NIST Cybersecurity Framework : : : : : : : : : 257 11.5 Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 259 11.6 Problems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 259 11.7 Questions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 261
• Edition: 1st
• Publisher Details: Hoboken : Wiley-IEEE Press
• Publication Date: 2020
• Extent: 1 online resource, 23 cm
• Subjects: 621.31; Smart power grids; Smart power grids -- Data processing; Smart power grids -- Automatic control
• Languages: English
• ISBNs: 9781119460787
• Related ISBNs: 9781119460763
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