Jia, Nianlong;Feng, Wenjiang;Zhong, Yuanchang;Kang, Hong
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권11호
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pp.4087-4102
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2014
Two-way relaying is an effective way of improving system spectral efficiency by making use of physical layer network coding. However, energy efficiency in OFDM-based bidirectional relaying with asymmetric traffic requirement has not been investigated. In this study, we focused on subcarrier transmission mode selection, bit loading, and power allocation in a multicarrier single amplified-and-forward relay system. In this scheme, each subcarrier can operate in two transmission modes: one-way relaying and two-way relaying. The problem is formulated as a mixed integer programming problem. We adopt a structural approximation optimization method that first decouples the original problem into two suboptimal problems with fixed subcarrier subsets and then finds the optimal subcarrier assignment subsets. Although the suboptimal problems are nonconvex, the results obtained for a single-tone system are used to transform them to convex problems. To find the optimal subcarrier assignment subsets, an iterative algorithm based on subcarrier ranking and matching is developed. Simulation results show that the proposed method can improve system performance compared with conventional methods. Some interesting insights are also obtained via simulation.
Visible light communications (VLC) using the intensity modulation of light-emitting diodes (LEDs) provides a new communication medium to overcome the shortage of radio spectrum, and allows reuse of LED lighting infrastructures. Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) was introduced to VLC for its merits in mitigating the fading effects resulting from delay spread, and in avoiding low-frequency ambient interference. Noise and clipping are two major factors that degrade the performance of OFDM in VLC. A larger signal easily overcomes noise, but experiences impairment by clipping. Therefore, degradation due to clipping has a trade-off relationship with that due to noise, depending on the signal amplitude of OFDM. In this paper, the optimal signal amplitude in the trade-off is obtained by simulation when the dimming and LED intensity are given. The former indicates a user's requirement for lighting, and the latter represents the channel quality. The required LED intensity-to-noise ratio, as the channel quality that guarantees dimming as well as an adequate bit-error rate (BER), is also discussed.
In the effort on cost reduction in marine equipment company, the medium sized impeller blade ($500mm{\times}200mm{\times}20mm$) of an axial flow pan was manufactured by the high pressure die casting, with which was replaced the gravity die casting. High pressure die casting is a practical alternative because of some advantages such as excellent accuracy and smooth cast surface as well as cost reduction if a certain amount of porosity in the parts can be minimized. In order to reduce the porosity in the center of the neck which is thickest region of the impeller blade, the several gate designs were proposed in this work. The flow simulations for each gate design were performed and then the optimal design was determined by considering the air pressure distribution in neck section. Finally, the size of porosity in the neck of the die cast impeller blade for optimal design was less than 1mm, which satisfied the requirement.
El-naggar, Mohammed Fathy;Elgammal, Adel Abdelaziz Abdelghany
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제13권2호
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pp.742-751
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2018
Electric vehicles (EV) are emerging as the future transportation vehicle reflecting their potential safe environmental advantages. Vehicle to Grid (V2G) system describes the hybrid system in which the EV can communicate with the utility grid and the energy flows with insignificant effect between the utility grid and the EV. The paper presents an optimal power control and energy management strategy for Plug-In Electric Vehicle (PEV) charging stations using Wind-PV-FC-Battery renewable energy sources. The energy management optimization is structured and solved using Multi-Objective Particle Swarm Optimization (MOPSO) to determine and distribute at each time step the charging power among all accessible vehicles. The Model-Based Predictive (MPC) control strategy is used to plan PEV charging energy to increase the utilization of the wind, the FC and solar energy, decrease power taken from the power grid, and fulfil the charging power requirement of all vehicles. Desired features for EV battery chargers such as the near unity power factor with negligible harmonics for the ac source, well-regulated charging current for the battery, maximum output power, high efficiency, and high reliability are fully confirmed by the proposed solution.
Hangzhou Bay Bridge spans the Hangzhou Bay and is located at Zhejiang province in the southeast seacoast of China. The total length of the bridge is 36 km. The bridge is composed of bridge approaches made up of multi-span prestressed concrete box girders and two cable-stayed bridges over the north and south navigable spans respectively. The seismic response analysis of the bridge model shows that if the navigable spans are designed as the routine earthquake-resistance system, the displacements and internal forces in pylons, piers and deckes are too large to satisfy the anti-seismic requirement of the structure. Therefore, the seismic reduction design was carried out by using viscous dampers to dissipate the kinetic energy of the structure both longitudinally and transversely. Using the vibration reduction system and aiming at the reasonable optimal goal, the purpose to reduce the seismic responses in south and north navigable spans has been achieved.
In order to make reasonable design for the improvement of comprehensive mechanical properties of RAFM steels, the design system with both machine learning and high-throughput optimization algorithm was established. As the basis of the design system, a dataset of RAFM steels was compiled from previous literatures. Then, feature engineering guided random forests regressors were trained by the dataset and NSGA II algorithm were used for the selection of the optimal solutions from the large-scale solution set with nine composition features and two treatment processing features. The selected optimal solutions by this design system showed prospective mechanical properties, which was also consistent with the physical metallurgy theory. This efficiency design mode could give the enlightenment for the design of other metal structural materials with the requirement of multi-properties.
Lithium ion batteries are generally manufactured by laser and etching using aluminum thin sheet. These processes are relatively expensive and have low productivity. In this study, blanking process of aluminum thin sheet for lithium ion battery was employed to replace laser cutting and etching process, all to reduce the production cost and improve productivity. Mechanical properties for aluminum and coating were determined by experimental results and rule of mixture for FE analysis of blanking process. Normalized Cockcroft-Latham criteria was also applied to describe shear behavior and critical damage values were determined by comparison of analytical and experimental result. We performed FE analysis to investigate the effects of clearance and punch-die radius on sheared surface of aluminum thin sheet and to determine optimal process condition. We manufactured the die set using the determined optimal process and conducted an experiment to confirm the feasibility of blanking process. The sheared surface of manufactured product was observed by optical microscope. As a results, the proposed process conditions successfully achieved the dimensional requirement in production of lithium ion battery parts.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제17권1호
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pp.185-201
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2023
Grant-free random access (GFRA) can reduce the access delay and signaling cost, and satisfy the short transmission packet and strict delay constraints requirement in internet of things (IoT). IoT is a major trend in the future, which is characterized by the variety of applications and devices. However, most existing studies on GFRA only consider a single type of device and omit the effect of access delay. In this paper, we study GFRA in multicell massive multipleinput multiple-output (MIMO) systems where different types of devices with various configurations and requirements co-exist. By introducing the backoff mechanism, each device is randomly activated according to the backoff parameter, and active devices randomly select an orthogonal pilot sequence from a predefined pilot pool. An analytical approximation of the average spectral efficiency for each type of device is derived. Based on it, we obtain the optimal backoff parameter for each type of devices under their delay constraints. It is found that the optimal backoff parameters are closely related to the device number and delay constraint. In general, devices that have larger quantity should have more backoff time before they are allowed to access. However, as the delay constraint become stricter, the required backoff time reduces gradually, and the device with larger quantity may have less backoff time than that with smaller quantity when its delay constraint is extremely strict. When the pilot length is short, the effect of delay constraints mentioned above works more obviously.
The printed circuit heat exchanger (PCHE) with airfoil fins has the benefits of high compactness, high efficiency and superior heat transfer performance. A novel multi-objective optimization approach is presented to design the airfoil fin PCHE in this paper. Three optimization design variables (the vertical number, the horizontal number and the staggered number) are obtained by means of dimensionless airfoil fin arrangement parameters. And the optimization objective is to maximize the Nusselt number (Nu) and minimize the Fanning friction factor (f). Firstly, in order to investigate the impact of design variables on the thermal-hydraulic performance, a parametric study via the design of experiments is proposed. Subsequently, the relationships between three optimization design variables and two objective functions (Nu and f) are characterized by an improved particle swarm optimization-backpropagation artificial neural network. Finally, a multi-objective optimization is used to construct the Pareto optimal front, in which the non-dominated sorting genetic algorithm II is used. The comprehensive performance is found to be the best when the airfoil fins are completely staggered arrangement. And the best compromise solution based on the TOPSIS method is identified as the optimal solution, which can achieve the requirement of high heat transfer performance and low flow resistance.
Water distribution networks (WDNs) are designed to satisfy water requirement of an urban community. One of the central issues in human history is providing sufficient quality and quantity of water through WDNs. A WDN consists of a great number of pipelines with different ages, lengths, materials, and sizes in varying degrees of deterioration. The available annual budget for rehabilitation of these infrastructures only covers part of the network; thus it is important to manage the limited budget in the most cost-effective manner. In this study, a novel pipe replacement scheduling approach is proposed in order to smooth the annual investment time series based on a life cycle cost assessment. The proposed approach is applied to a real WDN currently operating in South Korea. The proposed scheduling plan considers both the annual budget limitation and the optimum investment on pipes' useful life. A non-dominated sorting genetic algorithm is used to solve a multi-objective optimization problem. Three decision-making objectives, including the minimum imposed LCC of the network, the minimum standard deviation of annual cost, and the minimum average age of the network, are considered to find optimal pipe replacement planning over long-term time period. The results indicate that the proposed scheduling structure provides efficient and cost-effective rehabilitation management of water network with consistent annual budget.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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