• Journal of Communications and Networks
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• 제9권4호
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• pp.473-481
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• 2007

Energy efficiency is one of the most critical concerns for wireless sensor networks. By allowing sensor nodes in close proximity to cooperate in transmission to form a virtual multiple-input multiple-output(MIMO) system, recent progress in wireless MIMO communications can be exploited to boost the system throughput, or equivalently reduce the energy consumption for the same throughput and BER target. However, these cooperative transmission strategies may incur additional energy cost and system overhead. In this paper, assuming that data collectors are equipped with antenna arrays and superior processing capability, energy efficiency of relevant traditional and cooperative transmission strategies: Single-input-multiple-output(SIMO), space-time block coding(STBC), and spatial multiplexing(SM) are studied. Analysis in the wideband regime reveals that, while receive diversity introduces significant improvement in both energy efficiency and spectral efficiency, further improvement due to the transmit diversity of STBC is limited, as opposed to the superiority of the SM scheme especially for non-trivial spectral efficiency. These observations are further confirmed in our analysis of more realistic systems with limited bandwidth, finite constellation sizes, and a target error rate. Based on this analysis, general guidelines are presented for optimal transmission strategy selection in system level and link level, aiming at minimum energy consumption while meeting different requirements. The proposed selection rules, especially those based on system-level metrics, are easy to implement for sensor applications. The framework provided here may also be readily extended to other scenarios or applications.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제7권6호
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• pp.852-858
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• 2012

This paper describes evaluation results of the wind power penetration limit (WPPL) and the wind energy penetration (WEP) in the Mongolian central power system (MCPS). A wind power plant (WPP) in a power system possesses an output power limit because the power system must maintain a balance between the generation and consumption of electricity at all times in order to achieve an adequate level of quality. The instantaneous penetration limit (IPL) of wind generation at a load is determined as the minimum of the three technical constraints: the minimum output, the ramp rate capability, and the spinning reserve of the conventional generating units. In this paper, a WPPL is defined as the maximum IPL divided by the peak load. A maximal variation rate (VR) of wind power is a major factor in determining the IPL, WPPL, and WEP. This paper analyzes the effects of the maximal VR of wind power on the WPPL, WEP, and capacity factor (CF) in the MCPS. The results indicate that a small VR can facilitate a large amount of wind energy while maintaining a high CF with increased wind power penetration.

• 한국통신학회논문지
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• 제35권5A호
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• pp.466-473
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• 2010

에너지 효율성과 같은 센서 네트워크에 중요한 요소들을 보장하기 위한 트리기반 프로토콜들이 여럿 제시되었다. 하지만 선박이나 해양 분야와 같이 베이스 노드의 이동성이 큰 네트워크 환경을 전제로 한 토폴로지에 대한 연구는 부족하였다. 본 논문에서는 베이스 노드의 이동성이 큰 센서 네트워크 환경에 적합한 토폴로지로 최소 Wiener 수 신장트리를 제안한다. 가중치 있는 그래프로부터 최소 Wiener 수를 가진 신장트리를 구하는 문제는 NP-hard로 알려져 있다. 문제 해결을 위해 분기 한정 알고리즘을 설계하고 대표적인 신장트리 중 하나인 최소신장트리를 대상으로 1라운드 패킷 전송에 필요한 전송 거리 및 에너지 소모량, 네트워크 수명을 모의실험을 통해 비교하였다. 전송 거리와 에너지 소모량은 제시한 트리가 최소신장트리에 비해 우수하였지만 네트워크 수명은 오히려 열등함을 알 수 있었다.

• Journal of Information Processing Systems
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• 제19권1호
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• pp.17-32
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• 2023

Centralized hierarchical routing protocols are often used to solve the problems of uneven energy consumption and short network life in wireless sensor networks (WSNs). Clustering and cluster head election have become the focuses of WSNs. In this paper, an energy balanced clustering routing algorithm optimized by sine cosine algorithm (SCA) is proposed. Firstly, optimal cluster head number per round is determined according to surviving node, and the candidate cluster head set is formed by selecting high-energy node. Secondly, a random population with a certain scale is constructed to represent a group of cluster head selection scheme, and fitness function is designed according to inter-cluster distance. Thirdly, the SCA algorithm is improved by using monotone decreasing convex function, and then a certain number of iterations are carried out to select a group of individuals with the minimum fitness function value. From simulation experiments, the process from the first death node to 80% only needs about 30 rounds. This improved algorithm balances the energy consumption among nodes and avoids premature death of some nodes. And it greatly improves the energy utilization and extends the effective life of the whole network.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2010년도 추계학술대회
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• pp.510-513
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• 2010

계층구조 무선 센서 네트워크에서는 센서노드들이 클러스터를 형성하여 계층구조를 가지고 클러스터 노드간의 균등한 에너지 소모에 관한 연구가 진행되고 있다. 네트워크 형성시 라우팅 경로가 올바르게 설정되지 못할 경우 에너지가 낭비된다. 본 논문은 이러한 문제를 해결하기 위하여 센서수신범위를 고려하여 최소홉 레이어를 만들고 클러스터를 구성하여 각 클러스터 헤드가 최소홉 레이어를 기반으로 하여 라우팅 경로를 설정 할 수 있는 클러스터 구성 알고리즘을 제안한다.

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제3권6호
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• pp.173-178
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• 2014

제시된 스케줄링 기법은 병렬처리 기법을 활용하여 실시간 작업들의 데드라인 제약과 결함 포용 제약을 만족하면서 멀티코어 프로세서의 에너지 소모 효율성을 향상시켰다. 최소 에너지 소모량 스케줄을 찾는 것은 NP-hard 문제이므로, 제시된 기법은 다항식의 시간 내에 최소 에너지 소모량에 근접하는 스케줄을 찾는다. 제시된 기법은 연관된 최신 기법과 비교하여 높은 병렬처리 속도는 물론 낮은 병렬처리 속도에서도 에너지 소모량이 현격하게 낮았으며, 에너지 소모량을 최대 86% 줄였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제28권12호
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• pp.1582-1590
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• 2004

The purpose of this study is to show the existence of optimal operation conditions for minimum fuel consumption of the gas turbine based combined cycle cogeneration power plant. Optimal operational condition means the optimal distribution of the power generated by each gas turbine and the heat generated by each HRSG. Total fuel consumption is calculated by the sum of the fuels for gas turbines and supplementary boiler. Fuel consumption is calculated by numerical methods of energy equations which contain the power generated from gas and steam turbines, the heat generated by HRSG and the heat extracted from high pressure steam turbine.

• 스마트미디어저널
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• 제8권4호
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• pp.72-79
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• 2019

The automated demand response (DR) program encourages consumers to participate in grid operation by reducing power consumption or deferring electricity usage at peak time automatically. However, successful deployment of the automated DR program sphere needs careful assessment of appliances load profile (ALP). To this end, the recent method estimates frequency, consistency, and peak time consumption parameters of the daily ALP to compute their potential score to be involved in the DR event. Nonetheless, as the daily ALP is subject to varying with respect to the DR time ALP, the existing method could lead to an inappropriate estimation; in such a case, inappropriate appliances would be selected at the automated DR operation that effected a consumer comfort level. To address this challenge, we propose a more proper method, in which all the three parameters are calculated using ALP that overlaps with DR time, not the total daily profile. Furthermore, evaluation of our method using two public residential electricity consumption data sets, i.e., REDD and REFIT, shows that our energy management systems (EMS) could properly match a DR target. A more optimal selection of appliances for the DR event achieves a power consumption decreasing target with minimum comfort level reduction. We believe that our approach could prevent the loss of both utility and consumers. It helps the successful automated DR deployment by maintaining the consumers' willingness to participate in the program.

• 인터넷정보학회논문지
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• 제9권4호
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• pp.11-20
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• 2008

IEEE 802.16e는 고속의 이동성을 지원하는 이동단말들의 전력소모를 최소화시키기 위하여 수면 모드(sleep mode)를 정의하고 있다. 수면 모드를 적용한 MSS(Mobile Subscriber Station)들은 수면 구간 사이에 존재하는 청취(Listening) 구간 동안 BS(Base Station)으로 부터 수신할 데이터 프레임이 존재하지 않는다는 메시지를 수신하면, 자신의 수면 구간 값을 이전 수면 구간 값의 두 배로 증가시킨다. 수면 구간 값이 최대 수면 구간 값에 도달하면, 수면 구간 값을 최대 수면 구간 값으로 고정함으로써 전력사용을 억제한다. 그러나 이러한 방식은 MSS가 최소 수면 구간 값에서 시작한 후 BS로부터 수신할 데이터 프레임이 존재하여 수면 모드를 종료할 때 까지 다수의 수면 구간과 청취 구간을 반복하게 되어 스위치 온, 오프에 의한 전력 소모 증가를 야기 시킨다. 본 논문에서는 MSS의 에너지를 효과적으로 사용하기 위하여 현재 수면 모드 종료 시 사용되었던 수면 구간 값을 다음 수면 모드의 최소 수면 구간 값으로 사용하는 최소 수면 구간 결정 알고리즘을 제안한다. 또한, 시뮬레이션을 통해 제안 방식과 기존 IEEE 802.16e 수면 모드 방식에 대하여 에너지 소모량 및 막힘확률에 대한 성능을 비교 평가한다. 제안하는 알고리즘은 기존 IEEE 802.16e 수면 모드 알고리즘과 비교하여 막힘확률은 동일한 성능을 보이나, 에너지 소모량은 약 30%의 절감효과를 보인다.

• Smart Structures and Systems
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• 제33권6호
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• pp.465-482
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• 2024

In this paper, a robust wireless sensor network configuration design method is proposed to develop the optimal configuration under the consideration of sensor failure and energy consumption. A malfunctioned sensor in a wireless sensor network may lead to data transmission failure of the entire sensing cluster, inducing severe deterioration in system identification performance. The proposed method determines a wireless sensor network configuration that is robust against sensor failure. By utilizing Bayesian inference, we introduce a robust indicator to evaluate the impact on estimation accuracy of sensor configurations with various malfunctioned sensors. Moreover, a network formation strategy is proposed to optimize the energy efficiency of the wireless sensor network configuration. Therefore, the resultant robust wireless sensor network configuration can operate with the minimum energy consumption while the measurement information of the sensor network with malfunctioned sensors can be guaranteed. The proposed method is illustrated by designing the robust wireless sensor network configurations of a truss model and a bridge model.