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Die Einbindung von Mini- und Mikro-BHKW in ein virtuelles Kleinkraftwerk (VKK) bietet vielfältige wirtschaftliche, Smart-Grids- und Klimaschutzpotentiale zur Unterstützung der "Wärmewende". Eine Einbindung solcher Anlagen ist bisher jedoch mit zumeist hohen Kosten verbunden, weshalb i.d.R. nur Anlagen in höheren Leistungsklassen (> 500 kWel) umgesetzt werden. Im Rahmen des Projekts mikroVKK wurde deshalb das Ziel verfolgt zu demonstriert und nachzuweisen, dass auch BHKW-Anlagen unter 100 kWel in ein virtuelles Kleinkraftwerk (VKK) wirtschaftlich einzubinden sind.
GridSystronic Energy (GSE) hat hierfür ein spezielles VKK-System (gs.system) entwickelt, welches im Rahmen des Projekts unter realen Bedingungen erprobt, weiterentwickelt und möglichst zur Marktreife gebracht wurde. Durch die Konfiguration des Systems - d.h. einfache Steuerboxen (gs.box) werden als Gateway für die Kommunikation vor Ort zur Anlagen- und Zähleranbindung verbaut, wohingegen die Berechnungen, Simulationen und Optimierung der Steuersignale auf dem zentralen gs.server erfolgt - lässt sich eine kostengünstige und skalierbare Lösung darstellen.
Zusammen mit zehn Stadtwerken als Praxispartner wurden unterschiedliche BHKW- Standorte identifiziert und auf deren technische Eignung und die Umsetzbarkeit neuer Geschäftsmodelle auf Basis einer intelligenten Steuerung analysiert. Für ausgewählte Objekte, wie z.B. Schulen, Wärmenetze, Mehrfamiliengebäude, wurde durch GSE eine Anbindung der für die Regelung notwendigen Geräte und Zähler realisiert. Regelwerke, wie z.B. "Lastprofil folgen", als Basis für neue Geschäftsmodelle wurden mit den Praxispartnern abgestimmt und entwickelt. Anhand der Erkenntnisse zu den Effekten der intelligenten Steuerung (z.B. Nutzung von möglichen Flexibilitäten, Stabilität des Systems, Verschiebung der Betriebszeiten, Änderung der Lieferquoten etc.) wurden neue Geschäftsmodelle detailliert analysiert und mit den Praxispartnern prototypisch umgesetzt. Die Evaluation zu den Smart-Grids-Potenzialen (Flexibilität, netzdienliche Einspeisung etc.) sowie die Potenziale zur Unterstützung des Klimaschutzes (CO2-Minderung) erfolgte anhand von gemessenen und simulierten Werten.
Während der Projektlaufzeit konnte die technische Anbindbarkeit von BHKW-Anlagen mit einer elektrischen Leistung bis 100 kWel demonstriert werden. Die Vorarbeiten für die Erarbeitung einer standardisierten und kostengünstigen Anbindungslösung war jedoch sehr viel zeitintensiver als ursprünglich geplant, weshalb die Anlagen verspätet oder z.T. gar nicht angebunden werden konnten. Wegen der geringen Datenbasis konnten die grundsätzlichen wirtschaftlichen Potenziale einer VKK Steuerung deshalb nur auf theoretischer Basis nachgewiesen werden. Die Anbindungs- und Integrationskosten hängen stark von den örtlichen Gegebenheiten ab, weshalb es hierfür keine pauschale Aussage getroffen werden kann. Durch die gewonnenen Erfahrungen und Lernprozesse konnte jedoch im Laufe des Projektes bereits eine erhebliche Kostenreduktion erzielt werden. Auch bei Neuanlagen, bei denen die Anbindung bereits vorab eingeplant werden kann, können die Kosten der Anbindung stark reduziert werden. Die Smart-Grid-Potenziale und die Klimaschutzpotenziale eines VKK-Einsatzes wurden von der Hochschule Offenburg ebenfalls auf einer theoretischen Basis ermittelt. In einem nächsten Schritt wäre es deshalb notwendig zu analysieren, ob sich die ermittelten Effekte auch unter realen Bedingungen einstellen.
The growing demand for active medical implantable devices requires data and or power links between the implant and the outside world. Every implant has to be encapsulated from the body by a specific housing and one of the most common materials used is titanium or titanium alloy. Titanium thas the necessary properties in terms of mechanical and chemical stability and biocompatibility. However, its electrical conductivity presents a challenge for the electromagnetic transmission of data and power. The proposed paper presents a fast and practical method to determine the necessary transmission parameters for titanium encapsulated implants. Therefore, the basic transformer-transmission-model is used with measured or calculated key values for the inductances. Those are then expanded with correction factors to determine the behavior with the encapsulation. The correction factors are extracted from finite element method simulations. These also enable the analysis of the magnetic field distribution inside of the housing. The simulated transmission properties are very close to the measured values. Additionally, based on lumped elements and magnetic field distribution, the influential parameters are discussed in the paper. The parameter discussion describes how to enhance the transmitted power, data-rate or distance, or to reduce the size of the necessary coils. Finally, an example application demonstrates the usage of the methods.
In the 19th century Alexander von Humboldt explored the nature and was conceived a new vision of nature that still influences the way we understand the new world. Humboldt believed in the importance of accurate measurements and precise description of observations. His vision of nature included not only facts but also emotions.
Nowadays smart solutions will be developed by using computer technology, which will influence our relationship to nature, our handling of the complexity and diversity of nature itself and the technological influences on the society. Could we avoid a new form of “Colonialism”, when a network of super computers will create a smarter world?
This paper describes the Sweaty II humanoid adult size robot trying to qualify for the RoboCup 2018 adult size humanoid competition. Sweaty came 2nd in RoboCup 2017 adult size league. The main characteristics of Sweaty are described in the Team Description Paper 2017. The improvements that have been made or are planned to be implemented for RoboCup 2018 are described in this paper.
A Nonlinear FEM Model to Calculate Third-Order Harmonic and Intermodulation in TC-SAW Devices
(2018)
Nonlinearities in Temperature Compensated SAW (TC-SAW) devices in the 2 GHz range are investigated using a nonlinear finite element model by simultaneously considering both third-order intermodulation distortion (IMD3)and third harmonic (H3). In the employed perturbation approach, different contributions to the total H3, the direct and indirect contribution, are discussed. H3 and IMD3 measurements were fitted simultaneously using scaling factors for SiO 2 film and Cu electrode nonlinear material tensors in TC-SAW devices. We employ a P-Matrix simulation as intermediate step: Firstly, measurement and nonlinear P-Matrix calculations for finite devices are compared and coefficients of the P-Matrix simulation are determined. The nonlinear tensor data of the different materials involved in periodic nonlinear finite element method (FEM) computations are optimized to fit periodic P-Matrix calculations by introducing scaling factors. Thus, the contribution of different materials to the nonlinear behavior of TC-SAW devices is obtained and the role of materials is discussed.
Dieser technische Bericht stellt die Verwendung der Zuwendung und der erzielten Ergebnisse im Einzelnen dar. Die Gegenüberstellung mit den vorgegebenen Zielen erfolgt anhand der Beschreibung des Arbeitspakete. Die Verwendung der Zuwendung und Gegenüberstellung mit den vorgegebenen Zielen wird anhand der Arbeitspakete beschrieben, um den Abgleich zwischen Planung und durchgeführten Arbeiten unmittelbar darstellen zu können.
Inzwischen hat sich Instagram für Unternehmen als relevante Marketing-Plattform etabliert. Weltweit sind etwa 25 Millionen Business-Profile aktiv und die Zahl wird voraussichtlich noch deutlich steigen. Stories sind aktuell wohl eines der modernsten Content-Formate in der Social Media Welt. Umso wichtiger ist es, sich als Unternehmen frühzeitig mit dem Thema zu beschäftigen und sich auf der Plattform richtig zu positionieren. Die Hälfte aller Instagram Business Profile veröffentlichen pro Monat mindestens eine Instagram Story. Je mehr Unternehmen die Stories nutzen, desto höher wird der Wettbewerb innerhalb des Story-Features. Für Unternehmen wird es daher auch zunehmend schwieriger an eine der vorderen Positionen innerhalb des Story Feeds zu gelangen. Wer sich als Werbetreibender positionieren will, muss sich den stets neuen Entwicklungen, der Geschwindigkeit der Neuheiten, der Aktualität der Trends und den Anforderungen der Community anpassen.
Allgemeine Geschäftsbedingungen als Instrument der Vereinfachung betrieblicher Vertragsgestaltung
(2018)
Im Wirtschaftsleben spielen heute AGB eine bedeutende Rolle. Diese sind nach § 305 Abs. 1 BGB alle, für eine Vielzahl von Verträgen vorformulierten Vertragsbedingungen, die eine Vertragspartei (Verwender) der anderen Vertragspartei bei Abschluss eines Vertrags stellt. Vertragsbedingungen sind dabei die Regelungen, die Bestandteil des Vertrages werden sollen.1 Gleichgültig ist, ob die Bestimmungen einen äußerlich gesonderten Bestandteil des Vertrags bilden oder in die Vertragsurkunde selbst aufgenommen werden, welchen Umfang sie aufweisen, in welcher Schriftart sie verfasst sind und welche Form der Vertrag hat (vgl. § 305 Abs. 1 S. 2 BGB). Durch AGB wird grundsätzlich ein Rationalisierungseffekt erreicht. Bei Abschluss von Massenverträgen stellen diese eine Vereinfachung der Vertragsabwicklung dar. Stetig gleichbleibende Vertragsregelungen können einmalig formuliert und ständig wiederverwendet werden. Des Weiteren verfolgen AGB den Zweck, das Risiko ihres Verwenders zu begrenzen. AGB stellen ebenso Regelungen des Rechtsverhältnisses zwischen den Vertragsparteien dar. Neben den Vorteilen, können sich aber auch nachteilige Aspekte für den Verwender ergeben. Durch die Vorformulierung von AGB kann die Gefahr bestehen, dass der AGB-Verwender die Regelungen ausschließlich zu seinen Gunsten und damit zum Nachteil der anderen Vertragspartei gestaltet. In einer Drucksituation kann die Gegenseite des Vertrages so gezwungen sein, sich mit den AGB als einverstanden zu erklären. Als Beispiel kann der AGB-Verwender eine Monopolstellung innehaben oder die andere Vertragspartei benötigt die Vertragsleistung dringend.
Die touristische Entwicklung in den deutschen Urlaubsorten gestaltet sich derzeit in der Regel sehr positiv. Dies ist einerseits sehr erfreulich und sollte Anlass für das Marketing geben, diese Situation zu verfestigen und zu verstärken; andererseits zeigt eine nähere Betrachtung, dass sich die Besucherströme in erster Linie auf die Hauptsaisonzeiten der jeweiligen Urlaubsgebiete konzentrieren. Für viele Bäderorte, vor allem etwa auch die der Ost- und Nordseeküste, sind dies die Ferienzeiten im Sommer. So verzeichnen viele Hotels und Restaurants bis zu 70 % ihrer Jahreseinnahmen in dieser nur dreimonatigen Periode. Das Problem besteht nun in den übrigen Jahreszeiten vor allem darin, dass bei geringem Umsatz trotzdem Personal und Einrichtungen vorgehalten werden müssen. Auch die vorhandenen gemeindlichen und privaten Infrastrukturen werden in den Nebensaisonzeiten nicht genügend ausgelastet. Läden und Geschäfte leiden zum Teil unter der geringen Gästezahl. Manche Urlaubsorte wirken, so vor allem im Winter, oft in diesen Zeiten wie ausgestorben. Entwicklungsbedarf entsteht nun darin, auch Angebote zu schaffen, die einen Ferienaufenthalt im Herbst, Winter und Frühjahr attraktiver machen. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel der folgenden Ausführungen, entsprechende innovative Lösungsansätze aufzuzeigen.
Quantification of astaxanthin in salmons by chemiluminescence and absorption after TLC separation
(2018)
Astaxanthin is a keto-carotenoid, belongs to the chemical class of terpenes and is a yellow lipid soluble compound. The compound is present in marine animals like salmons and crustacean. Its colour is due to conjugated double bonds and these double bonds are responsible for its antioxidant effect. Its antioxidant activity is ten times stronger than other carotenoids and nearly 500 fold stronger than vitamin-E. We present a new thin layer chromatography (TLC) method to measure astaxanthin on TLC-plates (Merck, 1.05554) in the visible absorption range as well as by using chemiluminescence. For separation a solvent mixture of cyclohexane and acetone (10 + 2.4, v/v) was used. The RF-value of astaxanthin is 0.14.The limit of detection in vis-absorption is 64 ng / band and the limit of quantification is 92 ng/band. In chemiluminescence the values are 90 ng / band and 115 ng/band. The method offers two independently working measurement modes on a single plate which increase the accuracy of the quantification.
The authors claim that location information of stationary ICT components can never be unclassified. They describe how swarm-mapping crowd sourcing is used by Apple and Google to worldwide harvest geo-location information on wireless access points and mobile telecommunication systems' base stations to build up gigantic databases with very exclusive access rights. After having highlighted the known technical facts, in the speculative part of this article, the authors argue how this may impact cyber deterrence strategies of states and alliances understanding the cyberspace as another domain of geostrategic relevance. The states and alliances spectrum of activities due to the potential existence of such databases may range from geopolitical negotiations by institutions understanding international affairs as their core business, mitigation approaches at a technical level, over means of cyber deterrence-by-retaliation.
In a Semi-autonomic cloud auditing architecture we weaved in privacy enhancing mechanisms [15] by applying the public key version of the Somewhat homomorphic encryption (SHE) scheme from [4]. It turns out that the performance of the SHE can be significantly improved by carefully deriving relevant crypto parameters from the concrete cloud auditing use cases for which the scheme serves as a privacy enhancing approach. We provide a generic algorithm for finding good SHE parameters with respect to a given use case scenario by analyzing and taking into consideration security, correctness and performance of the scheme. Also, to show the relevance of our proposed algorithms we apply it to two predominant cloud auditing use cases.
Covert- and side-channels as well as techniques to establish them in cloud computing are in focus of research for quite some time. However, not many concrete mitigation methods have been developed and even less have been adapted and concretely implemented by cloud providers. Thus, we recently conceptually proposed C 3 -Sched a CPU scheduling based approach to mitigate L2 cache covert-channels. Instead of flushing the cache on every context switch, we schedule trusted virtual machines to create noise which prevents potential covert-channels. Additionally, our approach aims on preserving performance by utilizing existing instead of artificial workload while reducing covert-channel related cache flushes to cases where not enough noise has been achieved. In this work we evaluate cache covert-channel mitigation and performance impact of our integration of C 3 -Sched in the XEN credit scheduler. Moreover, we compare it to naive solutions and more competitive approaches.
In einer SAW-Vorrichtung, welche einen SAW-Chip umfasst, der einen SAW-Wandler aufweist, welcher innerhalb einer ersten Signalleitung angeordnet ist, werden Parasitärsignale infolge höherer Harmonischer der Betriebsfrequenz der SAW-Vorrichtungen durch Kompensationsmittel elektrisch beseitigt, welche zumindest eine zweite Signalleitung mit Mitteln zum Erzeugen eines Aufhebungssignals, das im Vorzeichen oder in der Phase vom Parasitärsignal verschieden ist, oder eine Nebenschlussleitung zum elektrischen Verbinden des SAW-Wandlers mit einer rückseitigen Metallisierung des SAW-Chips umfassen.
In a SAW device comprises a SAW chip bearing a SAW transducer arranged within a first signal line parasitic signals due to higher harmonics of the operating frequency of the SAW devices are electrically eliminated by compensating means comprising at least one second signal line having means for producing a cancelling signal different in sign or phase to the parasitic signal, or a shunt line to electrically connect the SAW transducer to a back side metallization of the SAW chip.
Wir haben die erste „Eiserne Hand“ des Götz von Berlichingen mit 3D-Computer-Aided Design rekonstruiert und über einen Multimaterial-3D-Drucker ausgedruckt. Dabei ließ sich feststellen, dass die 500 Jahre alte Technik keinesfalls veraltet ist: Das Innenleben der „Eisernen Hand“ ist ausgefeilter als bisher angenommen. Sie könnte sogar spannende Impulse für die Entwicklung neuer künstlicher Handprothesen liefern.
Forschung im Fokus 2018
(2018)
Campus Winter 2018/2019
(2018)
A simple measuring method for acquiring the radiation pattern of an ultrawide band Vivaldi antenna is presented. The measuring is performed by combining two identical Vivaldi antennas and some of the intrinsic properties of a stepped-frequency continue wave radar (SFCW radar) in the
range from 1.0 GHz to 6.0 GHz. A stepper-motor provided the azimuthal rotation for one of the antennas from 0 ◦ to 360 ◦. The tests have been performed within the conventional environment (laboratory / office) without using an anechoic chamber or absorbing materials. Special measuring devices have not been used either. This method has been tested with different pairs of Vivaldi antennas and it can be also used for different ones (with little or no change in the system), as long as their operational
bandwidth is within the frequency range of the SFCW radar.
Keywords — SFCW Radar, Antenna Gain Characterization,
Azimuthal Radiation Pattern
Vorrichtung (2) zur Analyse von Urin, umfassend: – eine Zuführ- und Abführeinrichtung (7), welche zur Zuführung einer bestimmten Urinmenge in eine wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisende Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) und zur Abführung einer bestimmten Urinmenge aus einer wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisenden Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) eingerichtet ist, wobei die Zuführ- und Abführeinrichtung (7) wenigstens ein bewegbar gelagertes Zuführ- und/oder Abführelement (28, 29) zum Zuführen einer bestimmten Urinmenge in einen Zuführbereich (33) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) und/oder zum Abführen einer bestimmten Urinmenge aus einem Abführbereich (34) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) aufweist, und – eine Erfassungseinrichtung (11), welche zur Erfassung einer zumindest abschnittsweisen Änderung wenigstens eines optisch erfassbaren Parameters, welcher sich in Abhängigkeit der Zusammensetzung einer diesen kontaktierenden Urinmenge optisch erfassbar verändert, des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) des oder eines entsprechenden Urinteststreifens (10) sowie zur Erzeugung einer Erfassungsinformation, welche wenigstens einen optisch erfassten Parameter des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) oder eine Änderung eines solchen beschreibt, eingerichtet ist.
Existing ultrasonic stress evaluation methods utilize the acoustoelastic effect for bulk waves propagating in volume, which is unsuitable for a surface treated material, possessing a significant variation in material properties with depth. With knowledge of nonlinear elastic parameters – third-order elastic constants (TOEC) close to the surface of the sample, the acoustoelastic effect might be used with surface acoustic waves. This work is focused on the development of an independent method of TOEC measurement using the effect of nonlinear surface acoustic waves scattering – i.e. the effect of elastic waves interaction in a nonlinear medium.
In this paper, the possible three wave interactions of surface guided waves and bulk waves are described and formulae for the efficiency of harmonic generation and mode mixing are derived. A comparison of the efficiency of surface waves scattering in an isotropic medium for different interaction types is carried out with the help of nonlinear perturbation theory. First results for surface and bulk wave mixing with known second- and third-order elastic constants are shown.
In this paper, we establish a simple model for the exchange of messages in a vehicular network and we consider fundamental limits on the achievable data rate. For a vehicular network, the exchange of data with other nearby vehicles is particularly important for traffic safety, e.g. for collision avoidance, but also for cooperative applications like platooning. These use cases are currently addressed by standards building on IEEE 802.11p, namely ITS-G5 and DSRC (dedicated short range communication), which encounter saturation problems at high vehicle densities. For this reason, we take a step back and ask for the fundamental limits for the common data rate in a vehicular network. After defining a simple single-lane model and the corresponding capacity limits for some basic multiple- access schemes, we present results for a more realistic setting. For both scenarios, non-orthogonal multiple-access (NOMA) yields the best results.
This paper evaluates the implementation of Medium Access Control (MAC) protocols suitable for massive access connectivity in 5G multi-service networks. The access protocol extends multi-packet detection receivers based on Physical Layer Network Coding (PLNC) decoding and Coded Random Access protocols considering practical aspects to implement one-stage MAC protocols for short packet communications in mMTC services. Extensions to enhance data delivery phase in two- stage protocols are also proposed. The assessment of the access protocols is extended under system level simulations where a suitable link to system interface characterization has been taken into account.
Micro-cracks give rise to non-analytic behavior of the stress-strain relation. For the case of a homogeneous spatial distribution of aligned flat micro-cracks, the influence of this property of the stress-strain relation on harmonic generation is analyzed for Rayleigh waves and for acoustic wedge waves with the help of a simple micromechanical model adopted from the literature. For the efficiencies of harmonic generation of these guided waves, explicit expressions are derived in terms of the corresponding linear wave fields. The initial growth rates of the second harmonic, i.e., the acoustic nonlinearity parameter, has been evaluated numerically for steel as matrix material. The growth rate of the second harmonic of Rayleigh waves has also been determined for microcrack distributions with random orientation, using a model expression for the strain energy in terms of strain invariants known in a geophysical context.
Nonlinearity can give rise to intermodulation distortions in surface acoustic wave (SAW) devices operating at high input power levels. To understand such undesired effects, a finite element method (FEM) simulation model in combination with a perturbation theory is applied to find out the role of different materials and higher order nonlinear tensor data for the nonlinearities in such acoustic devices. At high power, the SAW devices containing metal, piezoelectric substrate, and temperature compensating (TC) layers are subject to complicated geometrical, material, and other nonlinearities. In this paper, third-order nonlinearities in TC-SAW devices are investigated. The materials used are LiNbO 3 -rot128YX as the substrate and copper electrodes covered with a SiO 2 film as the TC layer. An effective nonlinearity constant for a given system is determined by comparison of nonlinear P-matrix simulations to third-order intermodulation measurements of test filters in a first step. By employing these constants from different systems, i.e., different metallization ratios, in nonlinear periodic P-matrix simulations, a direct comparison to nonlinear periodic FEM-simulations yields scaling factors for the materials used. Thus, the contribution of the different materials to the nonlinear behavior of TC-SAW devices is obtained and the role of metal electrodes, substrate, and TC film are discussed in detail.
For an elastic medium containing a homogeneous distribution of micro-cracks, an effective one-dimensional stress-strain relation has been determined with finite element simulations. In addition to flat micro-cracks, voids were considered that contain a Hertzian contact, which represents an example for micro-cracks with internal structure. The orientation of both types of micro-cracks was fully aligned or, for flat micro-cracks, totally random. For micro-cracks with Hertzian contacts, the case of random orientation was treated in an approximate way. The two types of defects were found to give rise to different degrees of non-analytic behavior of the effective stress-strain relation, which governs the nonlinear propagation of symmetric (S0) Lamb waves in the long-wavelength limit. The presence of flat micro-cracks causes even harmonics to grow linearly with propagation distance with amplitudes proportional to the amplitude of the fundamental wave, and gives rise to a static strain. The presence of the second type of defects leads to a linear growth of all harmonics with amplitudes proportional to the power 3/2 of the fundamental amplitude, and to a strain-dependent velocity shift. Simple expressions are given for the growth rates of higher harmonics of S0 Lamb waves in terms of the parameters occurring in the effective stress-strain relation. They have partly been determined quantitatively with the help of the FEM results for different micro-crack concentrations.
Among the various types of guided acoustic waves, acoustic wedge waves are non-diffractive and non-dispersive. Both properties make them susceptible to nonlinear effects. Investigations have recently been focused on effects of second-order nonlinearity in connection with anisotropy. The current status of these investigations is reviewed in the context of earlier work on nonlinear properties of two-dimensional guided acoustic waves, in particular surface waves. The role of weak dispersion, leading to solitary waves, is also discussed. For anti-symmetric flexural wedge waves propagating in isotropic media or in anisotropic media with reflection symmetry with respect to the wedge’s mid-plane, an evolution equation is derived that accounts for an effective third-order nonlinearity of acoustic wedge waves. For the kernel functions occurring in the nonlinear terms of this equation, expressions in terms of overlap integrals with Laguerre functions are provided, which allow for their quantitative numerical evaluation. First numerical results for the efficiency of third-harmonic generation of flexural wedge waves are presented.
This paper is discussing the development of a wireless Indoor Smart Gardening System with the focus on energy autonomous working. The Smart Gardening System, which is presented in this paper consists of a network of energy autonomous wireless sensor nodes which are used for monitoring important plant parameters like air temperature, soil moisture, pressure or humidity and in future to control an actuator for the plant irrigation and to measure further parameter as light and fertilizer level. Solar energy harvesting is used for powering the wireless nodes without the usage of a battery. Comparable Smart Gardening Systems are usually battery-powered. Furthermore, the overall Smart Gardening System consists of a battery powered gateway based on a Raspberry Pi 3 system, which controls the wireless nodes and collects their sensor data. The gateway is able to send the information to an internet server application and via Wi-Fi to mobile devices. Particularly the architecture of the energy autonomous wireless nodes will be considered because fully energy autonomous wireless networks could not be implemented without special concepts for the energy supply and architecture of the wireless nodes.
Der Entwurf und die Realisierung gedruckter Schaltungen oder Elektronikkomponenten stellt ein intensives Thema der Forschung dar. Forschungsgruppen beschäftigen sich zunehmend mit der Entwicklung von gedruckten Energy Harvestern, weil diese kostengünstig und einfach herstellbar sind. Das Energy Harvesting (EH) oder auch das ”Mikro Energy Harvesting“ (MEH) bezeichnet die Gewinnung von elektrischer Energie aus der Umgebung, um elektronische Verbraucher zu versorgen, kontinuierliche Leistungen zu erzeugen, das System energieeffizienter zu machen, sowie die Energiespeicherung im Mikrowattbereich zu gewährleisten. Energy Harvesting-Systeme stellen eine Alternative gegenüber der Energieversorgung autarker Low-Power-Elektronik mit Batterien dar. Das Energiemanagement solcher EH-Systeme ist jedoch eine Herausforderung aufgrund der Energieverfügbarkeit und der im Zeitablauf nicht konstanten Verlustleistung. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die derzeit existierenden ultra low-power Energiemanagement Schaltungen für Energy Harvester. Dabei wird insbesondere der Fokus auf gedruckte Energy Harvester gelegt. Es soll aufgezeigt werden, welche Aspekte der vorgestellten Energieversorgungsschaltungen bei der Entwicklung eines Energieversorgungschips für gedruckte Energy Harvester berüucksichtigt werden sollen.
Implementierung von Softcore-Prozessoren und/oder weiteren IPs (Intellectual Property) in FPGAs
(2018)
Die zunehmende Integration von kompletten Systemen auf einem Chip (System-on-Chip, SoC) erfordert auch immer die Integration einer Recheneinheit bzw. eines Prozessorkerns. Möchte man insbesondere Low-Power-SoC-Systeme entwickeln, z.B. drahtlose Sensor-SoC-Systeme für Anwendungen im Rahmen von Industrie 4.0, ist die Implementierung eines solchen Prozessorkerns mit hohen Herausforderungen verbunden. Prinzipiell können hierfür verschiedene Ansätze verfolgt werden, nämlich die Implementierung einer Hardcore Prozessor-IP (IP = Intellectual Property) oder einer Softcore-Prozessor-IP. Im vorliegenden Beitrag wird zunächst auf den derzeitigen Stand der Technik verfügbarer Hardcore- oder Softcore-Prozessoren unter den Randbedingungen der Low-Power-Anforderungen und der weiten Verbreitung des Cores in industriellen Anwendungen eingegangen. Schließlich werden die Ergebnisse der Implementierung und Evaluierung eines derzeit frei verfügbaren 16-bit MSP430-kompatiblen Softcore Prozessors auf einem Altera-Cyclon-FPGA vorgestellt. Aus den Ergebnissen wird ein entsprechendes Fazit für die Implementierung von Low-Power-SoC-Systeme gegeben.
The economic dispatch (ED) problem is a large-scale optimization problem in electricity power grids. Its goal is to find a power output combination of all generator nodes that meet the demand of the customers at minimum operating cost. In recent years, distributed protocols have been proposed to replace the traditional centralized ED calculation for modern smart grid infrastructures with the most realistic being the one proposed by Binetti et al. (2014). However, we show that this protocol leaks private information of the generator nodes. We then propose a privacy-preserving distributed protocol that solves the ED problem. We analyze the security of our protocol and give experimental results from a prototype implementation to show the feasibility of the solution.