KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.15
no.6
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pp.2282-2303
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2021
To solve the problems of heavy computing load and system transmission pressure in energy internet (EI), we establish a three-tier cloud-edge integrated EI network based on a cloud-edge collaborative computing to achieve the tradeoff between energy consumption and the system delay. A joint optimization problem for resource allocation and task offloading in the threetier cloud-edge integrated EI network is formulated to minimize the total system cost under the constraints of the task scheduling binary variables of each sensor node, the maximum uplink transmit power of each sensor node, the limited computation capability of the sensor node and the maximum computation resource of each edge server, which is a Mixed Integer Non-linear Programming (MINLP) problem. To solve the problem, we propose a joint task offloading and resource allocation algorithm (JTOARA), which is decomposed into three subproblems including the uplink transmission power allocation sub-problem, the computation resource allocation sub-problem, and the offloading scheme selection subproblem. Then, the power allocation of each sensor node is achieved by bisection search algorithm, which has a fast convergence. While the computation resource allocation is derived by line optimization method and convex optimization theory. Finally, to achieve the optimal task offloading, we propose a cloud-edge collaborative computation offloading schemes based on game theory and prove the existence of Nash Equilibrium. The simulation results demonstrate that our proposed algorithm can improve output performance as comparing with the conventional algorithms, and its performance is close to the that of the enumerative algorithm.
This paper focuses on a mobile edge-computing-enabled heterogeneous network. A battery level-aware task-scheduling framework is proposed to improve the energy efficiency and prolong the operating hours of battery-powered mobile devices. The formulated optimization problem is a typical mixed-integer nonlinear programming problem. To solve this nondeterministic polynomial (NP)-hard problem, a decomposition-based task-scheduling algorithm is proposed. Using an alternating optimization technology, the original problem is divided into three subproblems. In the outer loop, task offloading decisions are yielded using a pruning search algorithm for the task offloading subproblem. In the inner loop, closed-form solutions for computational resource allocation subproblems are derived using the Lagrangian multiplier method. Then, it is proven that the transmitted power-allocation subproblem is a unimodal problem; this subproblem is solved using a gradient-based bisection search algorithm. The simulation results demonstrate that the proposed framework achieves better energy efficiency than other frameworks. Additionally, the impact of the battery level-aware scheme on the operating hours of battery-powered mobile devices is also investigated.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.27
no.6
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pp.471-480
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2022
Inductive power transfer (IPT) is an attractive power transmission solution that is already used in many applications. In the IPT system, optimal coil design is essential to achieve high power efficiency, but the effective design method is yet to be investigated. The inductance formula and finite element method (FEM) are popular means to link the coil geometric parameters and circuit parameters; however, the former lacks generality and accuracy, and the latter consumes much computation time. This study proposes a novel coil design method to achieve speed and generality without much loss of accuracy. By introducing one-turn permeance simulation in each FEM phase combined with curve fitting and optimization by MATLAB in the efficiency calculation phase, the iteration number of FEM can be considerably reduced, and the generality can be retained. The proposed method is verified through a 100 W IPT system experiment.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.16
no.12
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pp.4081-4098
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2022
With the aim of tackling the contradiction between computation intensive industrial applications and resource-weak Edge Devices (EDs) in Industrial Internet of Things (IIoT), a novel computation task offloading scheme in SDIN-enabled MEC based IIoT is proposed in this paper. With the aim of reducing the task accomplished latency and energy consumption of EDs, a joint optimization method is proposed for optimizing the local CPU-cycle frequency, offloading decision, and wireless and computation resources allocation jointly. Based on the optimization, the task offloading problem is formulated into a Mixed Integer Nonlinear Programming (MINLP) problem which is a large-scale NP-hard problem. In order to solve this problem in an accessible time complexity, a sub-optimal algorithm GPCOA, which is based on hybrid evolutionary computation, is proposed. Outcomes of emulation revel that the proposed method outperforms other baseline methods, and the optimization result shows that the latency-related weight is efficient for reducing the task execution delay and improving the energy efficiency.
This paper is first implemented with the bending behavior of three-dimensional functionally graded (3DFG) plates in the framework of level set-based topology optimization (LS-based TO). Besides, due to the suitable properties of the current design domain, the thin-plate spline (TPS) is recognized as a RBF to construct the LS function. The overall mechanical properties of the 3DFG plate are assessed using a power-law distribution scheme via Mori-Tanaka micromechanical material model. The bending response is obtained using the first-order shear deformation theory (FSDT). The mixed interpolation of four elements of tensorial components (MITC4) is also implemented to overcome a well-known shear locking problem when the thickness becomes thinner. The Hamilton-Jacobi method is utilized in each iteration to enforce the necessary boundary conditions. The mathematical formulas are expressed in great detail for the LS-based TO using 3DFG materials. Several numerical examples are exhibited to verify the efficiency and reliability of the current methodology with the previously reported literature. Finally, the influences of FG materials in the optimized design are explained in detail to illustrate the behaviors of optimized structures.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.1
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pp.211-232
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2024
In this paper, we consider the resource allocation and offloading decisions of device-to-device (D2D) cooperative UAV-assisted mobile edge computing (MEC) system, where the device with task request is served by unmanned aerial vehicle (UAV) equipped with MEC server and D2D device with idle resources. On the one hand, to ensure the fairness of time-delay sensitive devices, when UAV computing resources are relatively sufficient, an optimization model is established to minimize the maximum delay of device computing tasks. The original non-convex objective problem is decomposed into two subproblems, and the suboptimal solution of the optimization problem is obtained by alternate iteration of two subproblems. On the other hand, when the device only needs to complete the task within a tolerable delay, we consider the offloading priorities of task to minimize UAV computing resources. Then we build the model of joint offloading decision and power allocation optimization. Through theoretical analysis based on KKT conditions, we elicit the relationship between the amount of computing task data and the optimal resource allocation. The simulation results show that the D2D cooperation scheme proposed in this paper is effective in reducing the completion delay of computing tasks and saving UAV computing resources.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.5
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pp.125-132
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2008
Structural optimization is widely adopted in the design of structures with the development of computer aided design and computer technique recently. By applying the structural optimization in the last decades, designers have gained the design scheme of structures more feasibly and easily. In this paper, an optimal design of one 30-story high rise steel structure is performed considering material non-linearity. Based on finite element analysis and adaptive simulated annealing algorithm, the optimal weight of structure is derived under constraints of allowable yield stress, shear stress and serviceability.
Xing-Chao Shen;Yuan Fu;Jian-Yu Zhang;Jin Yang;Zhi-Jun Li
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.9
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pp.3730-3739
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2024
The high-temperature molten salt pump is the core equipment in the small modular molten salt reactor with media temperatures up to 700 ℃. The cantilever ratio of the molten salt pump is usually large. Excessively large cantilever ratios cause increased deformations and rotational amplitudes at the impeller, thus affecting the operational stability of the main pump; small cantilever ratios cause heavy temperature gradients, thus affecting the structural integrity evaluation. This paper used numerical simulation methods to calculate and analyze the temperature field, stress, and structural integrity, optimized the pump shaft cantilever length of the original scheme based on structural integrity using the dichotomy method, and analyzed the rotor dynamics of the optimization results. The results of this study show that the thermal expansion load caused by the temperature difference has a significant mechanical effect on the structure; the first-order critical speed of the rotor system of the optimized schemes has been improved, and the amplitude of the unbalanced response has been significantly reduced, which not only improves the operational stability of the rotor, also contributes to the compact design of the main pump of a small modular molten salt reactor.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.20
no.4
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pp.98-106
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2006
This paper is proposed an efficiency optimization control algorithm for a synchronous reluctance motor which minimizes the cower and iron losses. The design of the speed controller based on adaptive fuzzy-neural networks(AFNN) controller that is implemented using fuzzy control and neural networks. There exists a variety of combinations of d and f-axis current which provide a specific motor torque. The objective of the efficiency optimization controller is to seek a combination of d and q-axis current components, which provides minimum losses at a certain operating point in steady state. It is shown that the current components which directly govern the torque production have been very well regulated by the efficiency optimization control scheme. The proposed algorithm allows the electromagnetic losses in variable speed and torque drives to be reduced while keeping good torque control dynamics. The control performance of the hybrid artificial intelligent(HAI) controller is evaluated by analysis for various operating conditions. Analysis results are presented to show the validity of the proposed algorithm
Support vector machine (SVM) is introduced as an effective fault diagnosis technique based on dissolved gases analysis (DGA) for oil-immersed transformers with maximum generalization ability; however, the applicability of the SVM is highly affected due to the difficulty of selecting the SVM parameters appropriately. Therefore, a novel approach combing SVM with improved imperialist competitive algorithm (IICA) for fault diagnosis of oil-immersed transformers was proposed in the paper. The improved ICA, which is proved to be an effective optimization approach, is employed to optimize the parameters of SVM. Cross validation and normalizations were applied in the training processes of SVM and the trained SVM model with the optimized parameters was established for fault diagnosis of oil-immersed transformers. Three classification benchmark sets were studied based on particle swarm optimization SVM (PSOSVM) and IICASVM with four multiple classification schemes to select the best scheme for transformer fault diagnosis. The results show that the proposed model can obtain higher diagnosis accuracy than other methods. The comparisons confirm that the proposed model is an effective approach for classification problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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