Due to the application-specific nature of wireless sensor networks, the sensitivity to such a requirement as data reporting latency may vary depending on the type of applications, thus requiring application-specific algorithm and protocol design paradigms which help us to maximize energy conservation and thus the network lifetime. In this paper, we propose a novel delay-adaptive sensor scheduling scheme for energy-saving data gathering which is based on a two phase clustering (TPC). The ultimate goal is to extend the network lifetime by providing sensors with high adaptability to the application-dependent and time-varying delay requirements. The TPC requests sensors to construct two types of links: direct and relay links. The direct links are used for control and forwarding time critical sensed data. On the other hand, the relay links are used only for data forwarding based on the user delay constraints, thus allowing the sensors to opportunistically use the most energy-saving links and forming a multi-hop path. Simulation results demonstrate that cluster-based delay-adaptive data gathering strategy (CD-DGS) saves a significant amount of energy for dense sensor networks by adapting to the user delay constraints.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.10
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pp.5149-5167
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2017
Reducing energy consumption in a wireless video sensor network (WVSN) is a crucial problem because of the high video data volume and severe energy constraints of battery-powered WVSN nodes. In this paper, we present an adaptive dynamic resizing approach for a SRAM communication buffer in a WVSN node in order to reduce the energy consumption and thereby, to maximize the lifetime of the WVSN nodes. To reduce the power consumption of the communication part, which is typically the most energy-consuming component in the WVSN nodes, the radio needs to remain turned off during the data buffer-filling period as well as idle period. As the radio ON/OFF transition incurs extra energy consumption, we need to reduce the ON/OFF transition frequency, which requires a large-sized buffer. However, a large-sized SRAM buffer results in more energy consumption because SRAM power consumption is proportional to the memory size. We can dynamically adjust any active buffer memory size by utilizing a power-gating technique to reflect the optimal control on the buffer size. This paper aims at finding the optimal buffer size, based on the trade-off between the respective energy consumption ratios of the communication buffer and the radio part, respectively. We derive a formula showing the relationship between control variables, including active buffer size and total energy consumption, to mathematically determine the optimal buffer size for any given conditions to minimize total energy consumption. Simulation results show that the overall energy reduction, using our approach, is up to 40.48% (26.96% on average) compared to the conventional wireless communication scheme. In addition, the lifetime of the WVSN node has been extended by 22.17% on average, compared to the existing approaches.
Liquid air energy storage (LAES) using gas liquefaction has attracted considerable attention because of its mature technology, high energy density, few geographical constraints, and long life span. On the other hand, LAES has not yet been commercialized and is being developed recently. Therefore, few studies have performed an economic analysis of LAES. In this study, the levelized cost of electricity was calculated and compared with that of other energy storage systems. As a result, the levelized cost of electricity of LAES was $371/MWh. This is approximately $292/MWh, $159/MWh, $118/MWh, and $3/MWh less than that of the LiCd battery, VRFB battery, Lead-acid battery, and NaS battery. In addition, the cost was approximately $62/MWh and $195/MWh more than that of Fe-Cr flow battery and PHS. Sensitivity analysis of the levelized cost of electricity according to the main economic factors was performed, and economic uncertainty analysis was performed through a Monte-Carlo simulation. The cumulative probability curve showed the levelized cost of electricity of LAES, reflecting price fluctuations in the air compressor cost, electricity cost, and standing reserve hourly fee.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.12
no.3
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pp.208-220
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2006
Energy of wheeled mobile robot is usually supplied by batteries. In order to extend operation time of mobile robots, it is necessary to minimize the energy consumption. The energy is dissipated mostly in the motors, which strongly depends on the velocity profile. This paper investigates various 3-step (acceleration - cruise - deceleration) speed control methods to minimize a new energy object function which considers the practical energy consumption dissipated in motors related to motor control input, velocity profile, and motor dynamics. We performed an analysis on the energy consumption various velocity profile patterns generated by standard control input such as step input, ramp input, parabolic input, and exponential input. Based on these standard control inputs, we analyzed the six 3-step velocity profile patterns: E-C-E, P-C-P, R-C-R, S-C-S, R-C-S, and S-C-R (S means a step control input, R means a ramp control input, P means a parabolic control input, and E means an exponential control input, C means a constant cruise velocity), and suggested an efficient iterative search algorithm with binary search which can find the numerical solution quickly. We performed various computer simulations to show the performance of the energy-optimal 3-step speed control in comparison with a conventional 3-step speed control with a reasonable constant acceleration as a benchmark. Simulation results show that the E-C-E is the most energy efficient 3-step velocity profile pattern, which enables wheeled mobile robot to extend working time up to 50%.
Kim, Hyun-Goo;Hwang, Hyo-Jung;Kang, Yong-Heack;Yun, Chang-Yeol
New & Renewable Energy
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v.9
no.4
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pp.13-18
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2013
Wind turbines should generally be installed at a certain distance from a road to ensure passengers' safety. In Korea, there is no clear guidance as the Ministry of Environment first proposed a road setback distance of 400 m in the Onshore Wind Farm Siting Guidelines draft proposed in July 2012, and then modified it to 1.5 times the height of the wind turbine in October of the same year. This study analyzed the dynamic range of onshore wind resource potential according to how the road setback distance is set using the Korea Wind Atlas with 100m spatial resolution made by the Korea Institute of Energy Research, the transportation network of the Ministry of Construction and Transportation, and the forest road network of the Korea Forestry Service. Owing to the geographical characteristics of Korea, where mountainous terrain accounts for 70% of the total territory, the wind resource potential within 1 km from forest roads are estimated to be 14.3 GW, 14% of Korea's total wind resource potential. In addition, the construction distance of new road for transporting wind turbines from the existing road to a wind farm site is estimated as less than 2 km. Given the limited wind resource potential and geographical constraints, an assessment system that can maximize wind resource utilization and ensure road safety at the same time, and which takes into account the regional characteristics instead of applying the fixed road setback distance across-the-road, is required.
Proceedings of the Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers Conference
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2008.10a
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pp.229-234
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2008
The new millennium has started with several innovations driven by fast evolution of the technologies in energy sector. A strong impulse towards the diffusion of new economical efficient technologies regulatory incentives related to energy production from renewable source and a small scale building trigeneration and to promotion of more sustainable environmental-friendly generation solutions, the evolution of electricity markets, more and more binding local emission constraints, and the need for improving the security of supply to reduce the energy system vulnerability. The 24 percentage energy quantify of total energy consumption consumes in commercial buildings and residential houses and the 30% portion of total $CO_2$ emissions covers also in the commercial buildings and residential houses sector. To cope with efficiently this energy sinuation in building sector, Building microgrid or building tooling, heating & power(BCHP) system has been interested in recent day due to meeting thermal and electric energy requirements efficiently and with appropriate energy quality. A multi agent system is a collective of intelligent agents that communicate with each other and work cooperatively to achieve common goals. Also, it is to medicate and coordinate communication between Control Areas and Security Coordinators for teal-time control of the BCHP system and the power pid. In this new circumstance, it is very important to integrate the power and energy delivery system and the information system(communication, networks, and intelligent equipment) that controls it. Therefore, development of smart control modules with open communication protocol and seamlessly interchange the data and information between control network and data network including extranet and intranet give a great meanings. We designed and developed the TCP/IP-CAN IED agent modules and ModBus./LonTalk/(TCP/IP) IED agent ones to configure the multi-agent system based smart energy network of commercial buildings and also intelligent algorithms for inverter fault diagnostics which ran be operated in control level or agent level network.
Cognitive networks (CNs) are capable of enabling dynamic spectrum allocation, and thus constitute a promising technology for future wireless communication. Whereas, the implementation of CN will lead to the requirement of an increased energy-arrival rate, which is a significant parameter in energy harvesting design of a cognitive user (CU) device. A well-designed spectrum-sensing scheme will lower the energy-arrival rate that is required and enable CNs to self-sustain, which will also help alleviate global warming. In this paper, spectrum sensing in a multi-user cognitive ad hoc network with a wide-band spectrum is considered. Based on the prospective spectrum sensing, we classify CN operation into two modes: Distributed and centralized. In a distributed network, each CU conducts spectrum sensing for its own data transmission, while in a centralized network, there is only one cognitive cluster header which performs spectrum sensing and broadcasts its sensing results to other CUs. Thus, a wide-band spectrum that is divided into multiple sub-channels can be sensed simultaneously in a distributed manner or sequentially in a centralized manner. We consider the energy consumption for spectrum sensing only of an analog-to-digital convertor (ADC). By formulating energy consumption for spectrum sensing in terms of the sub-channel sampling rate and whole-band sensing time, the sampling rate and whole-band sensing time that are optimal for minimizing the total energy consumption within sensing reliability constraints are obtained. A power dissipation model of an ADC, which plays an important role in formulating the energy efficiency problem, is presented. Using AD9051 as an ADC example, our numerical results show that the optimal sensing parameters will achieve a reduction in the energy-arrival rate of up to 97.7% and 50% in a distributed and a centralized network, respectively, when comparing the optimal and worst-case energy consumption for given system settings.
Recent large scale surveys such as Sloan Digital Sky Survey have produced homogeneous samples of multiple-image gravitationally lensed quasars with well-defined selection effects. Statistical analysis on these can yield independent constraints on cosmological parameters. Here we use the image separation statistics of lensed quasars from Sloan Digital Sky Survey Quasar Lens Search (SQLS) to derive constraints on cosmological parameters. Our analysis does not require knowledge of the magnification bias, which can only be estimated from the detailed knowledge on the quasar luminosity function at all redshifts, and includes the consideration for the bias against small image separation quasars due to selection against faint lens galaxy in the follow-up observations for confirmation. We first use the mean image separation of the lensed quasars as a function of redshift to find that cosmological models with extreme curvature are inconsistent with observed lensed quasars. We then apply the maximum likelihood test to the statistical sample of 16 lensed quasars that have both measured redshift and magnitude of lens galaxy. The likelihood incorporates the probability that the observed image separation is realized given the luminosity of the lens galaxy in the same manner as Im et al. (1997). We find that the 95% confidence range for the cosmological constant (i.e., the vacuum energy density) is $0.72{\leq}{\Omega}_{\Lambda}{\leq}1.0$ for a flat universe. We also find that the equation of state parameter can be consistent with -1 as long as the matter density ${\Omega}_m{\leq}0.4$ (95% confidence range). We conclude that the image separation statistics incorporating the brightness of lens galaxies can provide robust constraints on the cosmological parameters.
Nonthermal radiation from supernova remnants (SNRs) provides observational evidence and constraints on the diffusive shock acceleration (DSA) hypothesis for the origins of Galactic cosmic rays (CRs). Recently it has been recognized that a variety of plasma wave-particle interactions operate at astrophysical shocks and the detailed outcomes of DSA are governed by their complex and nonlinear interrelationships. Here we calculate the energy spectra of CR protons and electrons accelerated at Type Ia SNRs, using time-dependent, DSA simulations with phenomenological models for magnetic field amplification due to CR streaming instabilities, Alf$\acute{e}$enic drift, and free escape boundary. We show that, if scattering centers drift with the Alf$\acute{e}$en speed in the amplified magnetic fields, the CR energy spectrum is steepened and the acceleration efficiency is significantly reduced at strong CR modified SNR shocks. Even with fast Afv$\acute{e}$nic drift, DSA can still be efficient enough to develop a substantial shock precursor due to CR pressure feedback and convert about 20-30% of the SN explosion energy into CRs. Since the high energy end of the CR proton spectrum is composed of the particles that are injected in the early stages, in order to predict nonthermal emissions, especially in X-ray and ${\gamma}-ray$ bands, it is important to follow the time dependent evolution of the shock dynamics, CR injection process, magnetic field amplification, and particle escape. Thus it is crucial to understand the details of these plasma interactions associated with collisionless shocks in successful modeling of nonlinear DSA.
This paper proposes an energy optimization technique for latency and quality constrained video applications. It consists of two key techniques: frame-skipping technique and buffering technique. While buffering increases the slack time utilization at the OS level. frame skipping Increases the slack time itself at the application level, and both enhance the effectiveness of the dynamic voltage scaling technique. We use an H.263 encoder application as a test vehicle to which the proposed technique is applied. Experiments demonstrate that the proposed technique achieves noticeable energy reduction satisfying the given latency and video quality constraints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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