The emerging energy harvesting technology, which has been successfully integrated into Wireless Sensor Networks, enables sensor batteries to be charged using renewable energy sources. In the meantime, the problem of Minimum Latency Aggregation Scheduling (MLAS) in battery-powered WSNs has been well studied. However, because sensors have limited energy harvesting capabilities, captured energy is limited and varies greatly between nodes. As a result, all previous MLAS algorithms are incompatible with Battery-Free Wireless Sensor Networks (BF-WSNs). We investigate the MLAS problem in BF-WSNs in this paper. To make the best use of the harvested energy, we build an aggregation tree that leverages the energy harvesting rates of the sensor nodes with an intuitive explanation. The aggregation tree, which determines sender-receiver pairs for data transmission, is one of the two important phases to obtain a low data aggregation latency in the BF-WSNs.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.12
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pp.5712-5728
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2017
Recently, there are many studies, that considering green wireless cellular networks, have taken the energy consumption of the base station (BS) into consideration. In this work, we first introduce an energy consumption model of multi-mode sharing BS powered by multiple energy sources including renewable energy, local storage and power grid. Then communication load requests of the BS are transformed to energy demand queues, and battery energy level and worst-case delay constraints are considered into the virtual queue to ensure the network QoS when our objective is to minimize the long term electricity cost of BSs. Lyapunov optimization method is applied to work out the optimization objective without knowing the future information of the communication load, real-time electricity market price and renewable energy availability. Finally, linear programming is used, and the corresponding energy efficient scheduling policy is obtained. The performance analysis of our proposed online algorithm based on real-world traces demonstrates that it can greatly reduce one day's electricity cost of individual BS.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.19
no.1
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pp.91-96
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2015
Heterogeneous cellular networks support various wireless environments for mobile service. Recently, data services as well as voice services are exponentially increased in cellular networks and the technical transition of LTE-A and IEEE 802.16m so that more base stations are requested to provide suitable service. Base stations consume most of energy in cellular networks, and the energy saving is needed for the base station. In this paper, we propose a saving power scheme by the dynamic energy management. In this paper we consider the simulation evaluations of handover for the low powered base station.
Most applications for solar-powered wireless sensor networks are usually deployed in remote areas without a continuous connection to the external networks and a regular maintenance by an administrator. In this case, sensory data has to be stored in the network as much as possible until it is uploaded by the data mule. For this purpose, a balanced data distribution over the network should be performed, and this can be achieved efficiently by taking the amount of available energy and storage into account, in the system layer of each node. In this paper, we introduce a simple but very efficient data distribution algorithm, by which each solar-powered node utilizes the harvested energy and the storage space maximally. This scheme running on each node determines the amount of energy which can be used for a data distribution as well as the amount of data which should be transferred to each neighbor, by using the local information of energy and storage status.
Kim, I.S.;Joo, H.K.;Song, J.S.;Kim, M.S.;Jeong, S.J.;Lee, D.S.
Proceedings of the KIEE Conference
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2008.07a
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pp.1246-1247
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2008
With recent advanced in portable electric devices, wireless sensor, MEMS and bio-Mechanics device, the new typed power supply, not conventional battery but self-powered energy source is needed. Particularly, the system that harvests from their environments are interests for use in self powered devices. For very low powered devices, environmental energy may be enough to use power source. Therefore, in other to made piezoelectric energy harvesting device, PMN-PZT thick film was formed by the screen printing method on the Ag/Pd coated alumina substrate. The layer was 8 layers and slurry where a-terpineol, ethycellulose, ferro B-75001 as Vehicle, PMN-PZT powder used are fabricated by ball mill. The output power quality was be also investigated by changing the load resistance, weight and frequency. The made piezoelectric energy harvesting device was resulted from the conditions of 33$k{\Omega}$, 0.25g, 197Hz respectively. The thick film was prepared at the condition of 2.75Vrms, and its power was 230${\mu} W$ and its thickness was 56${mu}m$. The piezoelectric energy harvesting device output voltage was increased, when the load weight, load resistance was increasing and resonance frequency was diminishing. The other side, resonance frequency was diminished, when the weight was increasing. And output power was continuously it changed by load resistance, output voltage, weight and resonance frequency.
In this paper, solar-powered, multi-scale, vibration-impedance sensor node on Imote2 platform is presented for hybrid structural health monitoring (SHM) in cable-stayed bridge. In order to achieve the objective, the following approaches are proposed. Firstly, vibration- and impedance-based hybrid SHM methods are briefly described. Secondly, the multi-scale vibration and impedance sensor node on Imote2-platform is presented on the design of hardware components and embedded software for vibration- and impedance-based SHM. In this approach, a solar-powered energy harvesting is implemented for autonomous operation of the smart sensor nodes. Finally, the feasibility and practicality of the smart sensor-based SHM system is evaluated on a full-scale cable-stayed bridge, Hwamyung Bridge in Korea. Successful level of wireless communication and solar-power supply for smart sensor nodes are verified. Also, vibration and impedance responses measured from the target bridge which experiences various weather conditions are examined for the robust long-term monitoring capability of the smart sensor system.
High-power wireless transmission system becomes a key technology for the advance of battery-powered devices. The wireless power transfer devices are currently dominated by the inductive and capacitive wireless power transfer systems, which have relatively low power transmission capacity and low efficiency rather than the wired power transmission. The work presented in this paper proposes an alternative method of high-power transmission system, based on a variable speed motor system with a magnetic coupling. It enables high-capacity power transmission, high efficiency, and low possibility of failures, and the performance of the proposed scheme is verified by simulation and experiments.
With the rapid advance of the semiconductor and Information and communication technologies, remote environment monitoring technology, which can detect and analyze surrounding environmental conditions with various types of sensors and wireless communication technologies, is also drawing attention. However, since the conventional remote environmental monitoring systems require external power supplies, it causes time and space limitations on comfortable usage. In this study, we proposed the concept of the self-powered remote environmental monitoring system by supplying the power with the levitation-electromagnetic generator (L-EMG), which is rationally designed to effectively harvest biomechanical energy in consideration of the mechanical characteristics of biomechanical energy. In this regard, the proposed L-EMG is designed to effectively respond to the external vibration with the movable center magnet considering the mechanical characteristics of the biomechanical energy, such as relatively low-frequency and high amplitude of vibration. Hence the L-EMG based on the fragile force equilibrium can generate high-quality electrical energy to supply power. Additionally, the environmental detective sensor and wireless transmission module are composed of the micro control unit (MCU) to minimize the required power for electronic device operation by applying the sleep mode, resulting in the extension of operation time. Finally, in order to maximize user convenience, a mobile phone application was built to enable easy monitoring of the surrounding environment. Thus, the proposed concept not only verifies the possibility of establishing the self-powered remote environmental monitoring system using biomechanical energy but further suggests a design guideline.
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.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.41
no.5
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pp.512-519
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2016
This paper presents spectrum utilization strategies in cognitive radio (CR) networks powered by multi-antenna based wireless energy transfer. Secondary access point (AP) with multiple antennas should transfer the energy to the secondary sensor nodes with energy beamforming and simultaneously induces no interference to PUs. In addition, sensor nodes can transmit information to the secondary AP using the harvested energy, only when the spectrum is not utilized by PUs. We analyze the achievable rate of the CR sensor networks and propose an interference nulling energy beamforming method to maximize the achievable rate. Finally, we also propose a frame scheduling algorithm in which the durations of wireless energy transfer/information transfer frames (phases) are optimized.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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