O presente trabalho visa propor metodologia inovadora e abrangente que permita a avaliação sistêmica das diversas funcionalidades envolvidas no conceito de Redes Elétricas Inteligentes Smart Grids - (REI). Tal metodologia possibilita a avaliação de políticas de implementação destas funcionalidades de acordo com as características atuais das empresas, tendo como balizador central o benefício social fundamentado na visão dicotômica entre Concessionária e Consumidor. A metodologia proposta parte de modelagem inovadora de representação da rede e das funcionalidades emergentes de REIs, culminando em modelo de otimização que visa propor roadmaps tecnológicos fundamentados em avaliações de custos e benefícios de implantação. A importância das contribuições contidas na presente tese reside no fato de que o conceito de REI vem ganhando destaque nos cenários nacional e internacional, sendo apontado por especialistas do mundo todo como uma possível quebra de paradigma no setor elétrico. O referido conceito traz consigo uma série de funcionalidades e novas formas de integração e relacionamento entre os diversos agentes do setor. Tais funcionalidades necessitam de conceituação clara e objetiva, assim como metodologias de análise dos benefícios e dos custos decorrentes de sua aplicação nos respectivos segmentos do sistema de distribuição. Funcionalidades de REIs impactam tanto os processos de gestão do sistema de distribuição como os procedimentos de planejamento, operação e engenharia, além de permitirem ao consumidor, com possível papel adicional de produtor, maior gerência sobre seu consumo de energia. Diante de um cenário com diversos agentes, com alternância de papéis e com intensa interação entre si, somado às funcionalidades sistêmicas e de rede propiciadas pelos avanços tecnológicos crescentes, é fundamental uma análise global que estabeleça políticas ótimas de implantação das funcionalidades de REI, buscando a maximização do benefício social associado. Destarte, o produto principal desta tese, qual seja o modelo de proposição de plano ótimo de implantação de funcionalidades de REI, considerando os custos de implantação e os benefícios associados, não só ao setor elétrico, mas à sociedade como um todo, consiste em ferramenta valiosa para o planejamento de empresas concessionárias de distribuição na definição de roadmaps tecnológicos. Além disso, tal ferramenta permitirá a realização de estudos nacionais que fundamentem o balizamento de políticas públicas para o tema. / This thesis proposes an innovative and comprehensive methodology that allows the systematic evaluation of various functionalities involved in the concept of Smart Grids. Such methodology enables the proposition and evaluation of different policies for the implementation of smart grid functionalities according to the current characteristics of the utilities. Furthermore, the methodology is basically centered on the social benefits that consider a dichotomy view regarding Utility and Customer. This methodology considers an innovative model for network representation and Smart Grid emerging functionalities. Based on that, it leads to an optimization model that produces technologic roadmaps that take into account the evaluation of costs and benefits for the policies implementation. The importance of the contributions in this thesis lay in the fact that the concept of smart grids has been gaining attention in the national and international scenes, being pointed out by experts around the world as a possible paradigm break for the electricity sector. This concept brings a number of functionalities and new forms of integration and relationships amongst the various agents. These functionalities require clear and objective concepts, as well as methods for cost-benefit analysis regarding their implementation on the various segments of the distribution system. Smart grid functionalities impact most of the management processes in a distribution company as well as planning, operation and engineering procedures. Besides that customers are enabled to better manage their energy consumption, especially when playing the role of producers as well. Facing a scenario with several agents playing different roles with intense interaction, as well as systemic functionalities propitiated by advances in technology, one should devise a global analysis in order to establish optimal policies to implement Smart Grid functionalities, pursuing maximization of associated social benefits. In such a context, the main product of this thesis is an innovative model that produces optimal cost effective plans regarding the deployment of Smart Grid functionalities. Such a product is to be applied not only in the electricity sector but in society as a whole, consisting in a valuable planning tool for distribution utilities to define technological roadmaps as well as countrywide studies for the proposition of new public policies for smart grid implementation.

O presente trabalho visa propor metodologia inovadora e abrangente que permita a avaliação sistêmica das diversas funcionalidades envolvidas no conceito de Redes Elétricas Inteligentes Smart Grids - (REI). Tal metodologia possibilita a avaliação de políticas de implementação destas funcionalidades de acordo com as características atuais das empresas, tendo como balizador central o benefício social fundamentado na visão dicotômica entre Concessionária e Consumidor. A metodologia proposta parte de modelagem inovadora de representação da rede e das funcionalidades emergentes de REIs, culminando em modelo de otimização que visa propor roadmaps tecnológicos fundamentados em avaliações de custos e benefícios de implantação. A importância das contribuições contidas na presente tese reside no fato de que o conceito de REI vem ganhando destaque nos cenários nacional e internacional, sendo apontado por especialistas do mundo todo como uma possível quebra de paradigma no setor elétrico. O referido conceito traz consigo uma série de funcionalidades e novas formas de integração e relacionamento entre os diversos agentes do setor. Tais funcionalidades necessitam de conceituação clara e objetiva, assim como metodologias de análise dos benefícios e dos custos decorrentes de sua aplicação nos respectivos segmentos do sistema de distribuição. Funcionalidades de REIs impactam tanto os processos de gestão do sistema de distribuição como os procedimentos de planejamento, operação e engenharia, além de permitirem ao consumidor, com possível papel adicional de produtor, maior gerência sobre seu consumo de energia. Diante de um cenário com diversos agentes, com alternância de papéis e com intensa interação entre si, somado às funcionalidades sistêmicas e de rede propiciadas pelos avanços tecnológicos crescentes, é fundamental uma análise global que estabeleça políticas ótimas de implantação das funcionalidades de REI, buscando a maximização do benefício social associado. Destarte, o produto principal desta tese, qual seja o modelo de proposição de plano ótimo de implantação de funcionalidades de REI, considerando os custos de implantação e os benefícios associados, não só ao setor elétrico, mas à sociedade como um todo, consiste em ferramenta valiosa para o planejamento de empresas concessionárias de distribuição na definição de roadmaps tecnológicos. Além disso, tal ferramenta permitirá a realização de estudos nacionais que fundamentem o balizamento de políticas públicas para o tema. / This thesis proposes an innovative and comprehensive methodology that allows the systematic evaluation of various functionalities involved in the concept of Smart Grids. Such methodology enables the proposition and evaluation of different policies for the implementation of smart grid functionalities according to the current characteristics of the utilities. Furthermore, the methodology is basically centered on the social benefits that consider a dichotomy view regarding Utility and Customer. This methodology considers an innovative model for network representation and Smart Grid emerging functionalities. Based on that, it leads to an optimization model that produces technologic roadmaps that take into account the evaluation of costs and benefits for the policies implementation. The importance of the contributions in this thesis lay in the fact that the concept of smart grids has been gaining attention in the national and international scenes, being pointed out by experts around the world as a possible paradigm break for the electricity sector. This concept brings a number of functionalities and new forms of integration and relationships amongst the various agents. These functionalities require clear and objective concepts, as well as methods for cost-benefit analysis regarding their implementation on the various segments of the distribution system. Smart grid functionalities impact most of the management processes in a distribution company as well as planning, operation and engineering procedures. Besides that customers are enabled to better manage their energy consumption, especially when playing the role of producers as well. Facing a scenario with several agents playing different roles with intense interaction, as well as systemic functionalities propitiated by advances in technology, one should devise a global analysis in order to establish optimal policies to implement Smart Grid functionalities, pursuing maximization of associated social benefits. In such a context, the main product of this thesis is an innovative model that produces optimal cost effective plans regarding the deployment of Smart Grid functionalities. Such a product is to be applied not only in the electricity sector but in society as a whole, consisting in a valuable planning tool for distribution utilities to define technological roadmaps as well as countrywide studies for the proposition of new public policies for smart grid implementation.

La croissance du réseau Internet, l'émergence de nouveaux besoins par l'avènement des terminaux dits intelligents (smartphones, tablettes tactiles, etc.) et l'apparition de nouvelles applications sous-jacentes induisent de nombreuses mutations dans l'usage de plus en plus massif des technologies de l'information dans notre vie quotidienne et dans tous les secteurs d'activités. Ces nouveaux usages ont nécessité de repenser le fondement même de l'architecture réseau qui a eu pour conséquence l'émergence de nouveaux concepts basés sur une vue "centrée sur l'usage" en lieu et place d'une vue "centrée sur le réseau". De fait, les mécanismes de contrôle du réseau de transport doivent non seulement exploiter les informations relatives aux plans de données, de contrôle et de gestion, mais aussi les connaissances, acquises ou apprises par inférence déductive ou inductive, sur l'état courant du réseau (trafic, ressources, rendu de l'application, etc.) de manière à accélérer la prise de décision par les éléments de contrôle du réseau. Les travaux faits dans le cadre de cette thèse concernent ce dernier aspect et rejoignent plus généralement ceux tournés sur les réseaux autonomiques. Il s'agit dans cette thèse de mettre en oeuvre des méthodes relatives à la gestion, à la distribution et à l'exploitation des connaissances nécessaires au bon fonctionnement du réseau de transport. Le plan de connaissances mis en oeuvre ici se base à la fois sur l'idée de développer une gestion au sein d'une structure hiérarchisée et adaptative où seuls certains noeuds sélectionnés sont en charge de la dissémination des connaissances et l'idée de relier ces noeuds au travers d'un ensemble de réseaux couvrants spécialisés permettant de faciliter l'exploitation de ces connaissances. Comparée aux plateformes traditionnellement utilisées, celle développée dans le cadre de cette thèse montre clairement l'intérêt des algorithmes élaborés au regard des temps d'accès, de distribution et de partage de charge entre les noeuds de contrôle pour la gestion des connaissances. A des fins de validation, cette plateforme a été utilisée dans deux exemples d'application: le Cloud computing et les smartgrids / The growth of the Internet, the emergence of new needs expressed by the advent of smart devices ( smartphones, touchpads , etc. ) and the development of new underlying applications induce many changes in the use of information technology in our everyday life and in all sectors. This new use that match new needs required to rethink the foundation of the network architecture itself, which has resulted in the emergence of new concepts based on a "use-centeric" view instead of a "network-centric" view. In fact, the control mechanisms of the transmission network must not only exploit the information on data, control and management planes, but also the knowledge acquired or learned by inductive or deductive inference on the current state of the network (traffic, resources, the rendering of the application, etc.) to accelerate decision making by the control elements of the network. This thesis is dealing with this latter aspect, which makes it consistent with work done on autonomic networks. It is about conceiving and implementing methods for the management, distribution and exploitation of knowledge necessary for the proper functioning of the transmission network. The knowledge plane that we implemented is based on both the idea of developing a management within an adaptive hierarchical structure where only some selected nodes are responsible for the dissemination of knowledge and the idea of linking these nodes through a spanning set of specialized networks to facilitate the exploitation of this knowledge. Compared to traditionally used platforms, the one developed in this thesis clearly shows the interest of the developed algorithms in terms of access time, distribution and load sharing between the control nodes for knowledge management. For validation purposes, our platform was tested on two application examples : Cloud computing and smart grids

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Ingeniero Civil Electricista / En los últimos años, los problemas climáticos asociados a las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), han aumentado significativamente el interés por diversificar las fuentes primarias para la generación de energía eléctrica. De hecho, las tecnologías de generación como la fotovoltaica han reducido considerablemente sus precios, llegando incluso a que en ciertos lugares la energía solar fotovoltaica sea más económica que conectarse a la red, aumentando su incorporación a los sistemas eléctricos en general. Es factible pensar que en un futuro no muy lejano los consumidores residenciales o pequeñas industrias opten por aprovechar las bondades de este tipo de energía para satisfacer sus requerimientos de electricidad, lo que ocasionará un aumento significativo de generación en los puntos de consumo. Lo anterior se traduce en desafíos técnico-operacionales para la operación de las redes de distribución. Dentro de las problemáticas que se producirán, está el aumento del desbalance en las redes, dado que ya no bastará con estudios estadísticos de demanda, sino que también entrarán a regir factores climáticos y de mantenimiento de los generadores en la operación, dificultando la tarea de despacho para una operación segura de la red. Estos desbalances tanto de carga como de tensión pueden ser atenuados si se utilizan tecnologías de control de flujo para redes de transmisión y aplicando estratégias de control adecuadas. Consecuentemente, desde el punto de vista del operador de la red de distribución, es factible operar una red balanceada que cumple con los criterios de la norma técnica. Se propone el diseño de un D-Statcom con capacidad de almacenamiento, basado en un convertidor tipo VSC de 3 piernas. Su sistema de control está constituido por el módulo sintetizador de tensión, que tiene como función calcular y generar las señales de encendido y apagado de los interruptores de potencia; El módulo sincronizador, que mediante un PLL (del inglés Phase Locked Loop) permite que las tensiones generadas por el conversor y las de la red estén en sincronía; El módulo de control de corriente, el cual por medio de controles PI genera referencias de tensión para el bloque sintetizador de tensión y así se inyecten las corrientes de referencia al sistema en el punto de conexión; Por último, el módulo de cálculo de referencias de control, el cual se encarga de generar las referencias de corriente para el resto del equipo. Lo anterior se implementa mediante el uso de MATLAB /Simulink y el módulo PowerSystem. Los resultados de los casos de estudios simulados revelan la factibilidad y funcionalidad esperada del equipo diseñado en diversas situaciones. Con el control propuesto, y a partir de las simulaciones realizadas, se pudo disminuir un desbalance de tensión de un 3.29% a sólo un 0,53%, es decir un 84% de mejora con el alimentador normal, en cambio con la red más débil se logró compensar de un 4.60% a sólo un 1,99%, o sea, un 57% de mejora del indicador. En los casos estudiados, el incluir la operación de este equipo compensador y su control mejora el indicador de desbalance a lo menos un 77%, salvo en el escenario más complejo que se obtienen mejoras en torno a un 56%. Dada la efectividad del equipo de compensación y su control, se propone finalmente extender el trabajo a otras fuentes de generación distribuida, pues al ser una solución modal, será de gran ayuda en la introducción masiva de nuevas fuentes de energía en las futuras Smart grid que se instalen en el mundo.

Cette thèse se propose d’évaluer les produits d’effacement réalisés sur un ensemble de consommateurs, chacun étant défini par le triplet {bâtiment, systèmes, ménage}. On définit un produit d’effacement par la caractérisation de la déformation de la courbe de charge de l’ensemble des consommateurs suite à l’envoi d’un signal de contrôle (pilotage direct ou signal tarifaire).Deux dimensions ont été considérées dans le cadre de ce travail : l’étude des variables d’influence sur les effacements de consommation en s’appuyant sur des données issues d’expérimentations ainsi que l’élaboration d’un modèle global permettant de reproduire une partie de la diversité observée sur les courbes de charge des clients expérimentateurs.Afin d’analyser un échantillon {bâtiments, systèmes, ménages}, une attention particulière est portée à la dispersion des caractéristiques du bâti (enveloppes, expositions, ...) et aux éventuelles corrélations entre le ménage (mode de vie, choix des équipements, ...) et les systèmes (caractéristiques techniques), notamment pour l’usage "chauffage et climatisation".Un travail de réconciliation de données (issues de statistiques, de travaux sur la caractérisation des logements métropolitains, d’études sur les habitudes de vie des ménages, ...) a permis de proposer une première évaluation en simulation d’effacement de l’usage chauffage au périmètre d’un parc de quelques milliers de logements.L’approche bottom-up proposée permet ainsi de rendre compte de la diversité technique, fonctionnelle et d’origine comportementale de l’usage étudié. / This thesis aims at evaluating load curtailments packages over a set of electricity users, each being defined by the triolet {building, system, household}. We define a load curtailment package by the quantification of the load curve's deformation due to the emission of a control signal (direct control or price incentive).Two dimensions were considered through this work: first the study of the different variables' influence using experimental data, and secondly the construction of a global model which can effectively reproduce the diversity observed on experimental load curves.In order to analyse a sample {building, system, household}, the dispersion of the different caracteristics of the building (envelope, exposure,...) were carefully studied, as well as the possible links between the household (lifestyle, choice of household equipments,...) and the systems (technical caracteristics) especially for the electrical heaters and HVAC systems.We work to reconcile data from different sources (statistical data, data from research on urban building caracterization, on households' habits,...) and we are able to give a first evaluation of load curtailment products over the electrical heating usage in urban environment through numerical simulations of a few thousand housings. The bottom-up approach used accounts for the technical diversity, as well as the functional and behavioral diversity of the studied electrical usage.

Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / La agencia nacional de energía eléctrica de Brasil (ANEEL), presentó el 26 de enero del 2010, la primera propuesta de regulación para la Portaria MME nº 440/2010 (Normativa sobre medidores inteligentes). En conjunto con esta presentación se mostró un plan con los pasos a seguir para promulgar el decreto en el año 2012. Actualmente este decreto está paralizado y se estima se promulgará durante el año 2013. A grandes rasgos esta Portaria permitirá la incorporación de la nueva tecnología Smartgrid al sistema de distribución brasileño. Según las estimaciones, se deberá realizar el cambio del total del parque de medidores instalados en el país desde el año 2013 al 2020. La oportunidad de negocio que se gatilla, de la promulgación de este decreto, se basa en que actualmente la cantidad de medidores instalados en Brasil es de aproximadamente 69 millones de unidades y se estima en el año 2020 será de más de 93 millones. El presente documento describe un plan de negocios para atender la necesidad que se genera con la promulgación de la ley. Específicamente se abordan los fundamentos técnicos y los lineamientos generales para desarrollar, fabricar y comercializar un medidor de consumo de energía eléctrica, basado en el concepto SmartGrid, que permita atender la nueva Portaria Brasileña. Este plan de negocios está diseñado para la explotación en el mercado Brasileño y bajo la ejecución de la empresa Cam Chile S.A.. La normativa indica que todo usuario consumidor de energía eléctrica, debe poseer al menos un equipo medidor de consumo de energía. Sin embargo, no son estos usuarios los interesados en saber la cantidad de energía que consumen, sino las distribuidoras de energía las que finalmente demanden el producto. Por lo tanto el segmento objetivo de mercado estará compuesto de un grupo de nueve compañías distribuidoras de energía de Brasil. Las operaciones de la compañía, en relación a este producto, se han diseñado para dos modelos de negocio: la venta del producto y la prestación del servicio de explotación del mismo producto. Además como se trata de un producto de carácter innovador, que no existe en el mercado, se debe considerar el diseño de producto y las alternativas para la fabricación. En el análisis estratégico y económico se ha concluido que la mejor alternativa, frente a los niveles de demanda pronosticados, es la integración vertical del proceso de fabricación, el cual deberá ser diseñado completamente. Los indicadores económicos del plan de negocios entregan resultados bastante favorables en todos los escenarios evaluados. Específicamente para las decisiones de fabricación tomadas (alternativa más rentable) el valor del VAN se calcula en USD 73.277.124, la TIR es calculada con un valor de 138% y el payback de 2 años.

Elektricitet är någonting vi alla använder dagligen och eftersom elpriserna varierar över tid kan det bli dyrt för vissa hushåll. Det finns många tillvägagångssättför att dra ner på elkonsumtionen och det finns även smarta tekniker som Smart Grid anpassar elkonsumtionen utifrån elpriser. Dessa smarta enheter kommunicerar med Smart Grid control centers databas för att koordinera dess körtid. Problemet är att för att denna lösning ska vidhålla en långtidslösning måste databaserna utföra operationer med låga svarstider. I studien utförs experiment som undersöker vilkenav databaserna MySQL eller MongoDB är mest lämpad och ger svar på hypotesen “För denna undersökning kommer MongoDB att prestera med lägst svarstider”. Detta undersöks genom att jämföra svarstider mellan respektive databas ochresultatet visar att MySQL presterar bättre än MongoDB vid hantering av elpris data. I framtiden vore det intressant att använda andra databaser samt andra tillvägagångssätt för att hantera datan. / <p>Det finns övrigt digitalt material (t.ex. film-, bild- eller ljudfiler) eller modeller/artefakter tillhörande examensarbetet som ska skickas till arkivet. / There are other digital material (eg film, image or audio files) or models/artifacts that belongs to the thesis and need to be archived.</p>

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Les besoins, toujours plus grands, en énergie et la pollution de la planète, due à l'utilisation d'énergies polluantes non-renouvelables, obligent à concevoir de nouveaux modèles énergétiques durables et fiables. Ces nouveaux modèles se fondent, aujourd'hui, sur une intégration massive des énergies renouvelables dans le réseau électrique. Le problème des énergies renouvelables est leur caractère intermittent, dépendant des conditions météorologiques, la plupart du temps. L'arrivée des nouvelles technologies de l'information et de la communication permet l’intégration d’une couche informationnelle au réseau énergétique lui permettant d'être intelligent et d'entrevoir la possibilité d'une gestion distribuée des énergies renouvelables. Ces énergies étant principalement décentralisées, contrairement aux imposantes centrales nucléaires, au charbon, au gaz et au fioul, sont produites directement chez le consommateur. Le consommateur devient alors un prosumer capable de répondre à ses besoins énergétiques, voire même d'agir comme un producteur s'il produit plus d'énergie qu'il n'en consomme. Mais l'arrivée d'une pléthore de petits acteurs capables d'acheter et de vendre de l'énergie, en temps réel, dans un marché comprenant les puissants acteurs traditionnels du marché peut être une source de volatilité pour les prix de l'énergie. Des variations importantes des prix peuvent conduire à des situations néfastes en déstabilisant le réseau. Pour faire face à ce problème, nous avons développé un premier mécanisme de négociation automatique, sur trois échelles de temps, qui impose des contraintes sur la demande ainsi que sur les prix pour garantir leur stabilité. Ce mécanisme s'appuie sur des entités représentatives (producteurs, prosumers et agrégateurs) pour gérer l'offre et la demande sans toutefois prendre en compte l'impact sur le réseau des contrats négociés entre ces entités. Le second mécanisme, fondé sur la technologie Blockchain, permet des négociations bilatérales décentralisées et prend en compte les impacts physiques de chaque échange d'énergie entre prosumers, garantissant ainsi l'intégrité du réseau. Le mécanisme ainsi proposé se soustrait à une gestion de la stabilité du réseau par des tiers / Increasing needs in energy, and earth pollution, coming from the use of polluting and non-renewable energy, make it indispensable the design of new energetic models, sustainable and reliable. Today, these new models are based on a massive integration of renewable generators in the grid. The renewable integration issues come from their stochastic features, depending on the weather conditions, most of the time. The coming of new information and communication technologies allows the integration of an information layer to the energy grid allowing it to be smarter and allow to have a glimpse of the possibility of a decentralised management of renewable energy. These energy being mainly decentralised, unlike imposing nuclear, coal and gas power plants, are produced directly at the customer's location. Consumers become, then, a prosumer able to answer to its own energetic needs,and maybe to act as a producer if it produces more energy than it consumes. But, the coming of a plethora of small actors, able to buy and sell energy, in real time, in a market containing the more powerful actors, traditional in the market, can be a source of volatility for energy prices. Considerable variations of the price can lead to detrimental situations by disturbing the grid. To face this problem, we developed a first mechanism for automatic negotiations, on three time scales, which decrees constraints on demand and on prices in order to guarantee their stability. This mechanism rely on representative entities (producers, prosumers and aggregators) to manage demand and supply without taking into account the impact on the grid of the negotiated contracts between these entities. The second mechanism, based on blockchain technology, allows bilateral decentralised negotiations and take into account the physical impacts on the grid of each energy exchange between prosumers, guaranteing then, the grid integrity. The proposed mechanism exempt itself from a management of the grid stability from a centralised third part

The surge of mobile devices, such as smartphones, and tables, demands additional capacity. On the other hand, Internet-of-Things (IoT) and smart grid, which connects numerous sensors, devices, and machines require ubiquitous connectivity and data security. Additionally, some use cases, such as automated manufacturing process, automated transportation, and smart grid, require latency as low as 1 ms, and reliability as high as 99.99\%. To enhance throughput and support massive connectivity, sharing of the unlicensed spectrum (3.5 GHz, 5GHz, and mmWave) is a potential solution. On the other hand, to address the latency, drastic changes in the network architecture is required. The fifth generation (5G) cellular networks will embrace the spectrum sharing and network architecture modifications to address the throughput enhancement, massive connectivity, and low latency. To utilize the unlicensed spectrum, we propose a fixed duty cycle based coexistence of LTE and WiFi, in which the duty cycle of LTE transmission can be adjusted based on the amount of data. In the second approach, a multi-arm bandit learning based coexistence of LTE and WiFi has been developed. The duty cycle of transmission and downlink power are adapted through the exploration and exploitation. This approach improves the aggregated capacity by 33\%, along with cell edge and energy efficiency enhancement. We also investigate the performance of LTE and ZigBee coexistence using smart grid as a scenario. In case of low latency, we summarize the existing works into three domains in the context of 5G networks: core, radio and caching networks. Along with this, fundamental constraints for achieving low latency are identified followed by a general overview of exemplary 5G networks. Besides that, a loop-free, low latency and local-decision based routing protocol is derived in the context of smart grid. This approach ensures low latency and reliable data communication for stationary devices. To address data security in wireless communication, we introduce a geo-location based data encryption, along with node authentication by k-nearest neighbor algorithm. In the second approach, node authentication by the support vector machine, along with public-private key management, is proposed. Both approaches ensure data security without increasing the packet overhead compared to the existing approaches.