In this paper, we investigate the optimal packet scheduling problem in a two-user multiple access communication system, where the transmitters are able to harvest energy from the nature. Under a deterministic system setting, we assume that the energy harvesting times and harvested energy amounts are known before the transmission starts. For the packet arrivals, we assume that packets have already arrived and are ready to be transmitted at the transmitter before the transmission starts. Our goal is to minimize the time by which all packets from both users are delivered to the destination through controlling the transmission powers and transmission rates of both users. We first develop a generalized iterative backward waterfilling algorithm to characterize the maximum departure region of the transmitters for any given deadline T. Then, based on the sequence of maximum departure regions at energy arrival instants, we decompose the transmission completion time minimization problem into convex optimization problems and solve the overall problem efficiently.
A hybrid switch that uses a microelectromechanical system (MEMS) switch as a gate driver of a MOSFET is applied to an energy harvesting system. The power management circuit adopting the hybrid switch provides ultralow leakage, self-referencing, and high current handling capability. Measurements show that solar energy harvester circuit utilizing the MEMS-MOSFET hybrid switch accumulates energy and charges a battery or drive a resistive load without any constant power supply and reference voltage. The leakage current during energy accumulation is less than 10 pA. The power management circuit adopting the proposed hybrid switch is believed to be an ideal solution to self-powered wireless sensor nodes in smart grid systems.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.10
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pp.4625-4641
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2016
The performances of two commonly used feature detectors for wireless energy-harvesting cognitive radio systems are compared with the energy detector under energy causality and collision constraints. The optimal sensing duration is obtained by analyzing the effect of the detection threshold on the average throughput and collision probability. Numerical examples show that the covariance detector has the optimal sensing duration depending on an appropriate choice of the detection threshold, but no optimal sensing duration exists for the ratio of average energy to minimum eigenvalue detector.
The present article encompasses a nonlinear finite element (FE) and genetic algorithm (GA) based optimal vibration energy harvesting from nonprismatic piezo-laminated cantilever beams. Three cases of cross section profiles (such as linear, parabolic and cubic) are modelled to analyse the geometric nonlinear effects on the output responses such as displacement, voltage, and power. The simultaneous effects of taper ratios (such as breadth and height taper) on the output power are also studied. The FE based nonlinear dynamic equation of motion has been solved by an implicit integration method (i.e., Newmark method in conjunction with the Newton-Raphson method). Besides this, a real coded GA based constrained optimization scheme has also been proposed to determine the best set of design variables for optimal harvesting of power within the safe limits of beam stress and PZT breakdown voltage.
Jung, Jun Hee;Hwang, Yu Min;Cha, Gyeong Hyeon;Kim, Jin Young
Journal of Satellite, Information and Communications
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v.10
no.3
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pp.1-5
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2015
Recently, RF energy harvesting technology is a promising technology for small-size IoT(Internet of Things) devices such as sensor to resolve battery scarcity problem. When applied to existing cognitive radio networks, this technology can be expected to increase network throughput through the increase of cognitive user's operating time. This paper proposes a optimal channel-selection policy for RF energy harvesting CR networks model where cognitive users in harvesting zone harvest ambient RF energy from transmission by nearby active primary users and the others in non-harvesting zone choose the channel and communicate with their receiver. We consider that primary users and secondary users are distributed as Poisson point processes and contact with their intended receivers at fixed distances. Finally we can derive the optimal frame duration, transmission power and density of secondary user from the proposed model that can maximize the secondary users's throughput under the given several conditions and suggest future directions of research.
Kim, Hwan-Kyu;Oh, Jae-Buem;Baek, Nam-Seob;Roh, Soo-Gyun;Nah, Min-Kook;Kim, Yong-Hee
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.26
no.2
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pp.201-214
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2005
We have designed and developed novel luminescent lanthanide complexes for advanced photonics applications. Lanthanide(III) ions (Ln$^{3+}$) were encapsulated by the luminescent ligands such as metalloporphyrins and naphthalenes. The energy levels of the luminescent ligands were tailored to maintain the effective energy transfer process from luminescent ligands to Ln$^{3+}$ ions for getting a higher optical amplification gain. Also, key parameters for emission enhancement and efficient energy transfer pathways for the sensitization of Ln$^{3+}$ ions by luminescent ligands were investigated. Furthermore, to enhance the optophysical properties of novel luminescent Ln$^{3+}$ complexes, aryl ether-functionalized dendrons as photon antennas have been incorporated into luminescent Ln$^{3+}$ complexes, yielding novel Ln(III)-cored dendrimer complex. The novel Ln(III)-cored dendrimer complex has much higher PL intensity than the corresponding simple complex, due to the efficient site-isolation effect. In this article, we will deal with recent progress in the synthesis and photophysical studies of inert and stable luminescent Ln$^{3+}$ complexes for advanced photonics applications. Also, our review will include the exploratory investigation of the key parameters for emission enhancement and the effective energy transfer pathways from luminescent ligands to Ln$^{3+}$ ions with Ln(III)-chelated prototype complexes.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.16
no.1
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pp.70-76
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2017
The pollution problem of fossil energy sources has caused the development of green energy harvesting systems. Piezoelectric energy harvesting technology has been developed under those external environmental factors. A piezoelectric energy harvester can be defined as a device which transforms mechanical vibration or impact energy into electrical energy. Most researches have focused on bender structures. However, these have a limitation on energy efficiency because of the small effective electromechanical coupling factor, around 10%. Therefore, we should look for a new design for energy harvesting. A cymbal energy harvester can be a good candidate for the high-power energy harvester because it uses a high amplification mechanism using endcaps while keeping a higher electromechanical coupling factor. In this research, we focused on energy efficiency improvements of the cymbal energy harvester by changing the polarization direction, because the electromechanical coupling factor of the k33 mode and the k15 mode is larger than that of the k31 mode. Theoretically, we checked the cymbal harvester with radial polarization and it could obtain 6 times larger energy than that with the k31 direction polarization. Furthermore, we verified the theoretical expectation using the finite element method program. Consequently, we could expect a more efficient cymbal harvester with the radial polarization by comparing two polarization directions.
Park, Ji Ho;Hwang, Yu Min;Song, Yu Chan;Kim, Jin Young
Journal of Satellite, Information and Communications
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v.10
no.2
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pp.24-29
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2015
Recently, with developments of various networks, devices and various services, energy efficiency has become one of the most crucial issues with respect to sustainability of mobile devices. For connecting to networks seamlessly to offer services, a scenario of RF energy harvesting which supplies energy to wireless devices with RF signals is assumed. To increase the efficiency of RF energy harvesting, this paper proposes a RF energy harvesting algorithm which is based upon a frequency selective fading map. Through the algorithm, a receiver of mobile device can get fading information at each frequency and select a frequency which has the best quality. At the end, the simulation result demonstrates its superiority by showing a 4.45dB improvement in comparison to a deep fading frequency point.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.12
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pp.98-106
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2013
The duty-cycle synchronization among mobile sensor nodes with energy-harvesting is very important. The nodes should keep their duty-cycle same to others as much as possible because they have to cooperate each other and to consume energy efficiently. The distribution of node position in network affects not only node connectivity but also the active time of synchronized nodes, and it relates to network life-time finally. In this paper, we introduce a network topology change algorithm (TCA) for energy-harvesting mobile sensor networks based on self-synchronized duty-cycling. The algorithm tries to change a network topology into a balanced topology where the mobile sensor nodes are unified according to the density of the number of nodes. For TCA, both fluid flow algorithm and flock dispersion algorithm are proposed and they are evaluated through the simulation in agent based modeling language. TCA is applied to the energy-harvesting mobile sensor networks to improve the synchronization of duty-cycle and to reduce the variation of energy consumption among nodes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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