Abu Saleem, Rabie;Radaideh, Majdi I.;Kozlowski, Tomasz
Nuclear Engineering and Technology
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제52권12호
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pp.2709-2716
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2020
Compositions of large nuclear cores (e.g. boiling water reactors) are highly heterogeneous in terms of fuel composition, control rod insertions and flow regimes. For this reason, they usually lack high order of symmetry (e.g. 1/4, 1/8) making it difficult to estimate their neutronic parameters for large spaces of possible loading patterns. A detailed hyperparameter optimization technique (a combination of manual and Gaussian process search) is used to train and optimize deep neural networks for the prediction of three neutronic parameters for the Ringhals-1 BWR unit: power peaking factors (PPF), control rod bank level, and cycle length. Simulation data is generated based on half-symmetry using PARCS core simulator by shuffling a total of 196 assemblies. The results demonstrate a promising performance by the deep networks as acceptable mean absolute error values are found for the global maximum PPF (~0.2) and for the radially and axially averaged PPF (~0.05). The mean difference between targets and predictions for the control rod level is about 5% insertion depth. Lastly, cycle length labels are predicted with 82% accuracy. The results also demonstrate that 10,000 samples are adequate to capture about 80% of the high-dimensional space, with minor improvements found for larger number of samples. The promising findings of this work prove the ability of deep neural networks to resolve high dimensionality issues of large cores in the nuclear area.
In an Internet of Things (IoT)-configured system, each device executes on-chip software. Recent IoT devices require fast execution time of complex services, such as analyzing a large amount of data, while maintaining low-power computation. As service complexity increases, the service requires high-performance computing and more space for embedded space. However, the low performance of IoT edge devices and their small memory size can hinder the complex and diverse operations of IoT services. In this paper, we propose a remote on-demand software code execution unit using the cloudification of on-chip code memory to accelerate the program execution of an IoT edge device with a low-performance processor. We propose a simulation approach to distribute remote code executed on the server side and on the edge side according to the program's computational and communicational needs. Our on-demand remote code execution unit simulation platform, which includes an instruction set simulator based on 16-bit ARM Thumb instruction set architecture, successfully emulates the architectural behavior of on-chip flash memory, enabling embedded devices to accelerate and execute software using remote execution code in the IoT environment.
셀룰러 신경회로망(CNN)은 일반적인 신경회로망과는 다른 형태의 회로구조를 가진다. 이것은 간단한 처리요소인 셀들의 배열로 이루어져 있으며, 각 셀들은 국부적인 연결특성과 공간불변 템플릿 특성을 갖는다. 본 논문에서는 소규모의 CNN셀 블록을 사용하여 대규모의 입력영상을 블록으로 처리하는 실용적인 시다중화 영상처리 기법을 적용하였다. 그리고, C프로그램과 Matlab모델로 구현된 시뮬레이터를 사용하여 윤곽선 검출 시뮬레이션을 하였다. 또한 5$\times$5 CNN 하드웨어와 전ㆍ후 처리기를 설계하여 시험중에 있다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제11권2호
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pp.901-923
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2017
Efficient key distribution and management mechanisms as well as lightweight ciphers are the main pillar for establishing secure wireless sensor networks (WSN). Several symmetric based key distribution protocols are already proposed, but most of them are not scalable, yet vulnerable to a small number of compromised nodes. In this paper, we propose an efficient and scalable key management and distribution framework, named KMMR, for large scale WSNs. The KMMR contributions are three fold. First, it performs lightweight local processes orchestrated into upward and downward tiers. Second, it limits the impact of compromised nodes to only local links. Third, KMMR performs efficient secure node addition and revocation. The security analysis shows that KMMR withstands several known attacks. We implemented KMMR using the NesC language and experimented on Telosb motes. Performance evaluation using the TOSSIM simulator shows that KMMR is scalable, provides an excellent key connectivity and allows a good resilience, yet it ensures both forward and backward secrecy. For a WSN comprising 961 sensor nodes monitoring a 60 hectares agriculture field, KMMR requires around 2.5 seconds to distribute all necessary keys, and attains a key connectivity above 96% and a resilience approaching 100%. Quantitative comparisons to earlier work show that KMMR is more efficient in terms of computational complexity, required storage space and communication overhead.
The location of inspection stations is a significant component of production systems. In this paper, a prototype expert system is designed for deciding the optimal location of inspection stations. The production system is defined as a single channel of n serial operation stations. The potential inspection station can be located after any of the operation stations. Nonconforming units are generated from a compound binomial distribution with known parameters at any given operation station. Traditionally Dynamic programming, Zero-one integer programming, or Non-linear programming techniques are used to solve this problem. However a problem with these techniques is that the computation time becomes prohibitively large when t be number of potential inspection stations are fifteen or more. An expert system has the potential to solve this problem using a rule-based system to determine the near optimal location of inspection stations. This prototype expert system is divided into a static database, a dynamic database and a knowledge base. Based on defined production systems, the sophisticated rules are generated by the simulator as a part of the knowledge base. A generate-and-test inference mechanism is utilized to search the solution space by applying appropriate symbolic and quantitative rules based on input data. The goal of the system is to determine the location of inspection stations while minimizing total cost.
With the advent of sound field simulator, many sound fields have been reproduced by obtaining the impulse responses of specific acoustic spaces like famous concert hall, opera house. This sound field reproduction has been done by the linear convolution operation between the sound input signal and the impulse response of certain acoustic space. However, the conventional finite impulse response based linear convolution operation always makes real-time implementation of sound field generator impossible due to the large amount of computational burden. This paper introduces the fast convolution method using perceptual redundancy in the processed signals, input audio signal and room impulse response. Temporal and spectral psycho-acoustic filters considering masking effects are implemented in the proposed convolution structure. It reduces the computational burden of convolution methods for realtime implementation of a sound field generator. The conventional convolutions are compared with the proposed one in views of computational burden and sound quality. In the proposed method, a considerable reduction in the computational burden was realized with acceptable changes in sound quality.
Edrington, Chris S.;Vodyakho, Oleg;Hacker, Brian A.
Journal of Power Electronics
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제11권4호
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pp.471-478
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2011
This paper addresses the establishment of a kVA-range plug-in hybrid electrical vehicle (PHEV) integration test platform and associated issues. Advancements in battery and power electronic technology, hybrid vehicles are becoming increasingly dependent on the electrical energy provided by the batteries. Minimal or no support by the internal combustion engine may result in the vehicle being occasionally unable to recharge the batteries during highly dynamic driving that occurs in urban areas. The inability to sustain its own energy source creates a situation where the vehicle must connect to the electrical grid in order to recharge its batteries. The effects of a large penetration of electric vehicles connected into the grid are still relatively unknown. This paper presents a novel methodology that will be utilized to study the effects of PHEV charging at the sub-transmission level. The proposed test platform utilizes the power hardware-in-the-loop (PHIL) concept in conjunction with high-fidelity PHEV energy system simulation models. The battery, in particular, is simulated utilizing a real-time digital simulator ($RTDS^{TM}$) which generates appropriate control commands to a power electronics-based voltage amplifier that interfaces via a LC-LC-type filter to a power grid. In addition, the PHEV impact is evaluated via another power electronic converter controlled through $dSPACE^{TM}$, a rapid control systems prototyping software.
With the advent of sound field simulator, many sound fields have been reproduced by obtaining the impulse responses of specific acoustic spaces like famous concert hall, opera house. This sound field reproduction has been done by the linear convolution operation between the sound input signal and the impulse response of certain acoustic space. However, the conventional finite impulse response based linear convolution operation always makes real-time implementation of sound field generator impossible due to the large amount of computational burden. This paper introduces the fast convolution method using perceptual redundancy in the processed signals, input audio signal and room impulse response. Temporal and spectral real-time masking blocks are implemented in the proposed convolution structure. It reduces the computational burden of convolution methods for real-time implementation of a sound field generator. The conventional convolutions are compared with the proposed one in views of computational burden and sound quality. In the proposed method, a considerable reduction in the computational burden was realized with acceptable changes in sound quality.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제10권4호
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pp.316-321
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2010
This paper presents a novel fourth harmonic mixer with new structure. The traditional 3-ports fourth harmonic mixer and the novel fourth harmonic mixer are designed by ADS, HFSS and CST simulator. The mixers have been fabricated and tested. The size of the traditional 3-ports fourth harmonic mixer is $12{\times}15$ mm, and the best conversion loss is 18.7 dB according to the measurement. Since the traditional 3-port mixer size is too large to be ranked, we design a novel fourth harmonic mixer for imaging system. The width of the mixing module in the novel fourth harmonic mixer is only 3.65 mm, and this size is fully capable to meet the mixer unit space which is not greater than 5 mm. The simulation result shows that the mixer has good performance, and the experiment result shows that the best conversion loss of the novel fourth harmonic mixer is 16.3 dB at RF signal of 91.3 GHz.
The IoT-driven large-scaled systems consist of connected things with on-chip executable embedded software. These light-weighted embedded things have limited hardware space, especially small size of on-chip flash memory. In addition, on-chip embedded software in flash memory is not easy to update in runtime to equip with latest services in IoT-driven applications. It is becoming important to develop light-weighted IoT devices with various software in the limited on-chip flash memory. The remote instruction execution in cloud via IoT connectivity enables to provide high performance software execution with unlimited software instruction in cloud and low-power streaming of instruction execution in IoT edge devices. In this paper, we propose a Cloud-IoT asymmetric structure for providing high performance instruction execution in cloud, still low power code executable thing in light-weighted IoT edge environment using remote instruction execution. We propose a simulated approach to determine efficient partitioning of software runtime in cloud and IoT edge. We evaluated the instruction cloudification using remote instruction by determining the execution time by the proposed structure. The cloud-connected instruction set simulator is newly introduced to emulate the behavior of the processor. Experimental results of the cloud-IoT connected software execution using remote instruction showed the feasibility of cloudification of on-chip code flash memory. The simulation environment for cloud-connected code execution successfully emulates architectural operations of on-chip flash memory in cloud so that the various software services in IoT can be accelerated and performed in low-power by cloudification of remote instruction execution. The execution time of the program is reduced by 50% and the memory space is reduced by 24% when the cloud-connected code execution is used.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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