Leakage-Aware Energy Synchronization on Twin

ツインスターノード上での
漏れ認識のあるエネルギー同期化
Leakage-Aware Energy Synchronization on Twin-Star Nodes
出典:Demo Abstract: Leakage-Aware Energy
Synchronization on Twin-Star Nodes
Ziguo Zhong, Ting Zhu, Tian He and Zhi-Li Zhang
Dept. of Computer Science and Engineering,
University of Minnesota, Minneapolis, MN, USA
{zhong, tzhu, tianhe, zhzhang}@cs.umn.edu
0312005095 高橋孝輔
スーパーキャパシタとは
• 電気二重層と呼ばれる固体と液体との界面に正負
の電荷が蓄えられることを利用したエネルギーの蓄
積・供給デバイス
わかりやすく言えば高性能コンデンサ
(1)100万回以上の再充電が可能(≒無限)
(2)放電状態から独立して残ったエネルギーを断定可
能
(3)より温度変化やショック･振動に強い
(4)高い充電･放電効率
などの特徴をもつ
何故スーパーキャパシタを
利用するか
• バッテリ技術の成長の遅さ
• スーパーキャパシタ設計の急速な進歩
⇒ワイヤレスセンサノードに利用できる可能
性を持っている
実現すると・・・
• スーパーキャパシタがバッテリに代わる電源として用
いられる
⇒電源の問題の解決へ
• 従来のバッテリに比べ、低温環境での性能の低下が
ない
⇒環境を選ばない利用ができる
• 長期使用でバッテリの交換の必要が滅多にない
⇒高コストパフォーマンス
スーパーキャパシタの問題
• 最大限の能力に達するとき、エネルギー漏れ
が大きくなる
→適切な利用をしなければエネルギーが無
駄になる
縦:エネルギー漏れ(mW)
横:測定電流(V)
エネルギーの記憶と管理
• ツインスターノードを作成
測定ノード
• DC状態振動、ノードの故障とエネルギーの
無駄を避けるために、スーパーキャパシタ、
DC/DCコンバータと起動回路を集積
DC/DCコンバータ
• スーパーキャパシタが高電圧に達するまで
DC/DCコンバータを閉じなければならない
• 放電中のスーパーキャパシタの電圧が流れ
るときはコンバータを切らなければならない
→DC/DCコンバータのオン/オフを決定する
ためにシュミットトリガモジュールを用いた起
動回路を利用
測定ノード回路図の例
コンバータ起動&終了起動回路
シュミット
トリガ
DC/DC
コンバータ
起動回路用
ソーラーパネル
エネルギー
測定
回路
メインソーラーパネル
&
周辺装置の回路
スーパーキャパシタ
センサノード
(エネルギーレベルの監視)
(電源&ADCコントロール)
ツインスタープラットフォーム
• 確保されたエネルギーの測定とキャパシタの
残留エネルギーの測定用ノード
• 実験のオンライン測定、データ処理、記録の
ための付随ノード
の2つを用いている
漏れ認識のあるエネルギー同期化
• ハードウェアとアプリケーション層の間にコン
トロールレイヤを組み込むことで達成
• コントロールレイヤは
-エネルギー確保
-エネルギー漏れ
-消費割合
に基づいたノードの寿命を予測
漏れ認識のあるエネルギー同期
適応構成層
適応構成要素
中央制御層
効率サイクルコントローラ
エネルギー収集&放電層
寿命予測
漏れ認識のあるエネルギー同期
• Ttarget:ノードが周囲のエネルギーを利用しないときの寿命
-値は可変的なパラメータ
-環境によってユーザが設定を変更
エネルギーの豊富な環境:小さい値
エネルギーの少ないまたは予測できない環境:大きい値
• Ttargetと予想されるTexpectの違いが効率サイクルコントロ
ーラの入力として使われ、そこで提案された効率サイクル変
化の決定したパーセンテージを適合層に送る
• 効率サイクルは適合層にスケジューラによって提案される
→アプリケーション層の設計より多くの柔軟性をもつ
漏れ認識のあるエネルギー同期
• 利用できる効率サイクルが活動を要求しても
必ずしも同期しないかもしれない(エネルギー
供給の単純な低下があるので、重大な管理メ
ッセージを止めてはいけない)
• エネルギー記憶装置(スーパーキャパシタな
ど)がバッファとして用いることができるので、
短い期間に不適当に組み合わせるのは可能
参考文献
• Demo Abstract: Leakage-Aware Energy Synchronization on
Twin-Star Nodes
Ziguo Zhong, Ting Zhu, Tian He and Zhi-Li Zhang
Dept. of Computer Science and Engineering, University of
Minnesota, Minneapolis, MN, USA
{zhong, tzhu, tianhe, zhzhang}@cs.umn.edu
• スーパーキャパシタとは
NECトーキン株式会社
http://www.nec-tokin.com/product/cap/sucap/sucapm.html

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