8,133 research outputs found

    Beam scanning by liquid-crystal biasing in a modified SIW structure

    Get PDF
    A fixed-frequency beam-scanning 1D antenna based on Liquid Crystals (LCs) is designed for application in 2D scanning with lateral alignment. The 2D array environment imposes full decoupling of adjacent 1D antennas, which often conflicts with the LC requirement of DC biasing: the proposed design accommodates both. The LC medium is placed inside a Substrate Integrated Waveguide (SIW) modified to work as a Groove Gap Waveguide, with radiating slots etched on the upper broad wall, that radiates as a Leaky-Wave Antenna (LWA). This allows effective application of the DC bias voltage needed for tuning the LCs. At the same time, the RF field remains laterally confined, enabling the possibility to lay several antennas in parallel and achieve 2D beam scanning. The design is validated by simulation employing the actual properties of a commercial LC medium

    Підвищення продуктивності низькоенергетичних безпроводових каналів зв’язку сенсорних телекомунікаційних систем

    Get PDF
    Шмігель Б. О. Підвищення продуктивності низькоенергетичних безпроводових каналів зв’язку сенсорних телекомунікаційних систем. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 172 – Телекомунікації та радіотехніка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2022. В сучасному світі, життя людини нерозривно пов’язане з обміном інформацією. Надзвичайно швидкими темпами зростають і вимоги користувачів до якості, швидкості і безпеки прийому та передачі даних, зберігаючи при цьому можливість вільного пересування. Задовольняти ці потреби – власне і є ціллю безпроводових мереж. Сенсорні мережі займають ключову роль у разі необхідності оперативного розгортання, мобільності, гнучкості організації мережі і широті можливих додатків, у багатьох випадках будучи єдиним економічно виправданим рішенням. Однією із ключових задач забезпечення функціонування сенсорної мережі є забезпечення надійного та продуктивного передавання інформації в умовах обмежених ресурсів, зокрема, енергетичних. Враховуючи розмір сенсора, основною вимогою до сенсорних мереж – є забезпечення низького енергоспоживання та достовірного прийому. Автономність роботи залежить від енергії, що споживається вузлами системи. Для досягнення достовірного зв’язку, мають місце наступні компоненти: - достатня енергетика (обмежена для сенсорних мереж) - мала швидкість передачі (обмежена вимогами до сенсорних мереж) - інструменти для підтримання достовірності (завадостійке кодування) Під низькою енергетикою будемо вважати відношення сигнал-шум h 2 <10. Параметр h 2 є результатом взаємодії трьох незалежних параметрів: - потужністю сигналу в точці прийому - спектральної щільності шуму - швидкості передачі символів Продуктивність – це фактична швидкість передачі інформації джерела. Ключ до вирішення задачі отримання максимальної продуктивності лежить у площині теорії інформації, засновником якої є К. Шеннон. Інструментом досягнення максимальної продуктивності, як міри наближення швидкості передачі повідомлень джерела до границі Шеннона є вибір оптимальних сигнально-кодових конструкцій, які дозволяють передавати повідомлення з максимально можливою швидкістю і заданою якістю. Міра наближення продуктивності каналу зв’язку до його пропускної здатності характеризує інформаційну ефективність системи передачі інформації. Метою роботи є синтез сигналів, що максимально наближають продуктивність каналу зв’язку до пропускної здатності при обмежених ресурсах каналу. У роботі досліджена актуальна задача підвищення продуктивності низькоенергетичних безпроводових каналів зв’язку. На відміну від традиційних систем безпроводового зв’язку, сенсорна мережа включає велику кількість пристроїв, які повинні передавати інформацію до базової станції. Сенсорні вузли можуть встановлюватися стаціонарно або мати можливість довільно пересуватися в певному просторі, тому вони повинні бути автономними, самоорганізованими та не потребують установки. Область покриття такої мережі вкрай обмежена і може досягати десятки та сотні метрів. Тому однією з головних умов до такої мережі – це забезпечення мінімального енергоспоживання та достовірного прийому в умовах низької енергетики. Основною задачею при побудови сенсорної мережі є достовірна оцінка енергетичних характеристик безпроводового каналу зв’язку. Виходячи із вищесказаного, для розгортання сенсорних мереж актуальним питанням є ефективне проектування сенсорної мережі: необхідна кількість пристроїв, їх характеристики, розміщення, енергетичні характеристики каналів, траси розповсюдження, тощо. Для вирішення обмежень ресурсу каналу зв’язку, перспективним являється пошук нових методів передачі інформації, вибору ефективного виду модуляції та завадостійкого кодування. Основним інструментом для передачі інформації є сигнали багатопозиційної маніпуляції. Вибір поєднання типу модуляції і швидкості завадостійкого коду, забезпечує максимально можливу ефективність, забезпечуючи відповідну надійність каналу зв’язку. В якості розглянутих сигналів обрано сигнали багатопозиційної маніпуляції BPSK, QPSK, QAM16. Високошвидкісні види модуляції не розглядаються, так як сенсорна мережа не передбачує передачу великих масивів інформації, а також має обмежену енергію сигналу. Широкосмугові сигнали є одним з відомих методів для підвищення завадостійкості каналу, але властивості таких сигналів в умовах обмеженого ресурсу та енергії сигналу не досліджені. Для визначення найбільш оптимального способу передачі сигналів в умовах низької енергетики, проведено дослідження властивостей ШСС на основі моделей оцінки якості каналів зв’язку, а також порівняння характеристики завадостійкості з ВСС та еквівалентною енергією сигналу. Для визначення максимальної продуктивності передачі в безпроводових низькоенергетичних каналах зв’язку, необхідно дослідити показники продуктивності використання сигналів заданого виду модуляції та порівняти їх з широкосмуговими сигналами з різними значеннями бази сигналу B. Виявилося, що широкосмугові сигнали не забезпечують кращої достовірності в порівнянні з вузькосмуговими при однаковій потужності випромінювання та способі обробки. Класичні формули для оцінки завадостійкості багатопозиційних сигналів достовірні для високої енергетики, однак для h 2 - 0 не є точними. Тому для точного визначення точної достовірності прийому для таких умов, пропонується використання векторно-фазового методу. Векторно-фазовий метод дозволяє отримати точні розрахунки при будь-якій енергетиці, на відміну від формул Прокіса, що можуть використовуватись тільки для високої енергетики. Загальним підсумком дослідження є оцінка продуктивності СКК, яка дозволяє в каналі з заданими частотно-енергетичними параметрами визначити ефективність використання визначеного виду модуляції та кодування за критерієм наближення до границі Шеннона, або максимуму інформаційної ефективності при заданій достовірності сигналу в точці прийому. Методика дозволяє оцінити ефективність використання ресурсів каналів зв’язку з багатопозиційною маніпуляцією та завадостійким кодуванням, а також кількісно оцінити витрати на реалізацію заходів щодо підвищення достовірності або продуктивності у вимірі запропонованих показників. Дослідження питань підвищення продуктивності низькоенергетичних безпроводових каналів зв’язку забезпечить побудову сенсорних телекомунікаційних систем для успішного виконання поставлених завдань. Новими в дисертації є наступні результати: 1. Вдосконалено використання векторно-фазового методу для визначення завадостійкості багатопозиційних сигналів в умовах низької енергетики. Класичні формули Прокіса не є точними для низької енергетики. 2. Вдосконалено методику синтезу сигналу, яка дозволяє знайти екстремум продуктивності каналу зв’язку та наблизити до його пропускної здатності – границі Шеннона. 3. Вдосконалено методику оцінки ефективності використання ресурсів каналу зв’язку.Shmihel B. Increasing the performance of low-power wireless communication channels of sensor telecommunication systems – Scientific qualification work on the rights of the manuscript. Dissertation for the Doctor of Philosophy degree in technical sciences, specialty 172 - Telecommunications and radio engineering. – National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2022. In the modern world, human life is inextricably connected with the exchange of information. User requirements for the quality, speed, and security of receiving and transmitting data are also growing extremely fast while maintaining the possibility of mobility. Satisfying these needs is the purpose of wireless networks. Sensor networks play a key role in the need for rapid deployment, mobility, networking flexibility and a variety of possible applications, in many cases being the only cost-effective solution. One of the key tasks of functioning in the sensor network is to ensure reliable and efficient data transmission in conditions of limited resources. Given the size of the sensor, the main requirement for sensor networks is to provide low power consumption and reliable reception. Their autonomy depends on the energy consumed by the nodes of the system. To achieve the necessary reliability, the following components take place: - sufficient energy (limited for sensor networks) - low transmission rate (limited by requirements for sensor networks) - tools for maintaining reliability (noise-correcting coding) By low energy, we will consider the signal-to-noise ratio h 2 <10. Parameter h 2 is the result of the interaction of three independent parameters: - signal strength at the receiving point - noise spectral density - symbol rate Performance is the actual speed of information transfer of the source. The key to solving the problem of obtaining maximum performance lies in the plane of the theory of information, founded by K. Shannon. The tool for achieving maximum performance, as the approach of the channel performance to its bandwidth, is the choice of optimal signal-code constructions that allow messages to be transmitted at the highest possible speed and with a given quality. The approach of the channel performance to its bandwidth characterizes the information efficiency of the information transmission system. The research aims to synthesize signals that bring the channel performance as close as possible to the throughput with limited channel resources. The research contains the actual problem of increasing productivity in lowenergy wireless communication channels. Unlike traditional wireless communication systems, a sensor network includes many devices that should transmit information to a base station. Sensor nodes can be placed permanently or be able to move in a certain space, so they must be autonomous, self-organized and do not require installation. The coverage area of such a network is extremely limited and can reach tens and hundreds of meters. The main task in building a sensor network is a reliable assessment of the energy characteristics of a wireless communication channel. Based on the foregoing, for the deployment of sensor networks, an important issue is the effective design of a sensor network: the required number of devices, their characteristics, placement, energy characteristics of channels, propagation paths, etc. To solve the limitations of the communication channel, it is promising to search for new methods for transmitting information, choosing an effective type of modulation and error-correcting coding. The basic tool for transmitting information is the signals of multi-position modulation. The choice of a combination of modulation type and error code rate provides the highest possible efficiency while providing adequate reliability to the communication channel. The multi-position modulation signals BPSK, QPSK and QAM16 were chosen as the considered signals. High-speed modulation types are not considered, since the sensor network does not involve the transmission of large amounts of information and has limited signal energy. Broadband signals are one of the well-known methods for improving the noise immunity of a channel, but the properties of such signals under conditions of limited resources and signal energy have not been studied. To determine the most optimal method of signal transmission in low energy conditions, research on the properties of the narrowband signals was carried out based on models for assessing the quality of communication channels and comparing the noise immunity characteristic of wideband signals with equivalent signal energy. To determine the maximum transmission performance in wireless low-energy communication channels, it is necessary to investigate the performance indicators of a given type of modulation signals and compare them with wideband signals with different values of the signal base B. It turned out that wideband signals do not provide better reliability compared to narrowband signals with the same transmission power and processing method. The classical formulas for estimating the noise immunity of multi-position signals are accurate for high energy, but for h2 - 0 they are not accurate. Therefore, to determine the exact reliability for such conditions, it is proposed to use the vectorphase method. The vector-phase method helps to obtain accurate calculations for any energy, in contrast to the Prokis formulas, which can only be used for high energy. The overall result of the research is performance evaluation of signal-code construction, that allows determining the efficiency of using a certain type of modulation and coding in a channel with given frequency and energy parameters according to the criterion of maximum approach to the Shannon bound, or the maximum of information efficiency for given signal reliability. Using this technique, it possible to evaluate the efficiency of using the resources of communication channels with multi-position modulation and error-correcting coding and calculate the costs of implementing measures to improve the reliability or performance of the proposed indicators. Research on improving the performance of low-energy wireless communication channels will help to build sensor telecommunication systems for the successful completion of tasks. Research contains the following new results: 1. The use of the vector-phase method for determining the noise immunity of multi-position signals under low energy conditions has been improved. The classic Prokis formulas are not accurate for low energy. 2. The method of signal synthesis has been improved, which makes it is possible to find the extremum of the communication channel performance and bring it closer to its capacity – the Shannon bounds. 3. The methodology for evaluating the effectiveness of the communication channel resources has been improved

    The Metaverse: Survey, Trends, Novel Pipeline Ecosystem & Future Directions

    Full text link
    The Metaverse offers a second world beyond reality, where boundaries are non-existent, and possibilities are endless through engagement and immersive experiences using the virtual reality (VR) technology. Many disciplines can benefit from the advancement of the Metaverse when accurately developed, including the fields of technology, gaming, education, art, and culture. Nevertheless, developing the Metaverse environment to its full potential is an ambiguous task that needs proper guidance and directions. Existing surveys on the Metaverse focus only on a specific aspect and discipline of the Metaverse and lack a holistic view of the entire process. To this end, a more holistic, multi-disciplinary, in-depth, and academic and industry-oriented review is required to provide a thorough study of the Metaverse development pipeline. To address these issues, we present in this survey a novel multi-layered pipeline ecosystem composed of (1) the Metaverse computing, networking, communications and hardware infrastructure, (2) environment digitization, and (3) user interactions. For every layer, we discuss the components that detail the steps of its development. Also, for each of these components, we examine the impact of a set of enabling technologies and empowering domains (e.g., Artificial Intelligence, Security & Privacy, Blockchain, Business, Ethics, and Social) on its advancement. In addition, we explain the importance of these technologies to support decentralization, interoperability, user experiences, interactions, and monetization. Our presented study highlights the existing challenges for each component, followed by research directions and potential solutions. To the best of our knowledge, this survey is the most comprehensive and allows users, scholars, and entrepreneurs to get an in-depth understanding of the Metaverse ecosystem to find their opportunities and potentials for contribution

    A Decision Support System for Economic Viability and Environmental Impact Assessment of Vertical Farms

    Get PDF
    Vertical farming (VF) is the practice of growing crops or animals using the vertical dimension via multi-tier racks or vertically inclined surfaces. In this thesis, I focus on the emerging industry of plant-specific VF. Vertical plant farming (VPF) is a promising and relatively novel practice that can be conducted in buildings with environmental control and artificial lighting. However, the nascent sector has experienced challenges in economic viability, standardisation, and environmental sustainability. Practitioners and academics call for a comprehensive financial analysis of VPF, but efforts are stifled by a lack of valid and available data. A review of economic estimation and horticultural software identifies a need for a decision support system (DSS) that facilitates risk-empowered business planning for vertical farmers. This thesis proposes an open-source DSS framework to evaluate business sustainability through financial risk and environmental impact assessments. Data from the literature, alongside lessons learned from industry practitioners, would be centralised in the proposed DSS using imprecise data techniques. These techniques have been applied in engineering but are seldom used in financial forecasting. This could benefit complex sectors which only have scarce data to predict business viability. To begin the execution of the DSS framework, VPF practitioners were interviewed using a mixed-methods approach. Learnings from over 19 shuttered and operational VPF projects provide insights into the barriers inhibiting scalability and identifying risks to form a risk taxonomy. Labour was the most commonly reported top challenge. Therefore, research was conducted to explore lean principles to improve productivity. A probabilistic model representing a spectrum of variables and their associated uncertainty was built according to the DSS framework to evaluate the financial risk for VF projects. This enabled flexible computation without precise production or financial data to improve economic estimation accuracy. The model assessed two VPF cases (one in the UK and another in Japan), demonstrating the first risk and uncertainty quantification of VPF business models in the literature. The results highlighted measures to improve economic viability and the viability of the UK and Japan case. The environmental impact assessment model was developed, allowing VPF operators to evaluate their carbon footprint compared to traditional agriculture using life-cycle assessment. I explore strategies for net-zero carbon production through sensitivity analysis. Renewable energies, especially solar, geothermal, and tidal power, show promise for reducing the carbon emissions of indoor VPF. Results show that renewably-powered VPF can reduce carbon emissions compared to field-based agriculture when considering the land-use change. The drivers for DSS adoption have been researched, showing a pathway of compliance and design thinking to overcome the ‘problem of implementation’ and enable commercialisation. Further work is suggested to standardise VF equipment, collect benchmarking data, and characterise risks. This work will reduce risk and uncertainty and accelerate the sector’s emergence

    DIN Spec 91345 RAMI 4.0 compliant data pipelining: An approach to support data understanding and data acquisition in smart manufacturing environments

    Get PDF
    Today, data scientists in the manufacturing domain are confronted with a set of challenges associated to data acquisition as well as data processing including the extraction of valuable in-formation to support both, the work of the manufacturing equipment as well as the manufacturing processes behind it. One essential aspect related to data acquisition is the pipelining, including various commu-nication standards, protocols and technologies to save and transfer heterogenous data. These circumstances make it hard to understand, find, access and extract data from the sources depend-ing on use cases and applications. In order to support this data pipelining process, this thesis proposes the use of the semantic model. The selected semantic model should be able to describe smart manufacturing assets them-selves as well as to access their data along their life-cycle. As a matter of fact, there are many research contributions in smart manufacturing, which already came out with reference architectures or standards for semantic-based meta data descrip-tion or asset classification. This research builds upon these outcomes and introduces a novel se-mantic model-based data pipelining approach using as a basis the Reference Architecture Model for Industry 4.0 (RAMI 4.0).Hoje em dia, os cientistas de dados no domínio da manufatura são confrontados com várias normas, protocolos e tecnologias de comunicação para gravar, processar e transferir vários tipos de dados. Estas circunstâncias tornam difícil compreender, encontrar, aceder e extrair dados necessários para aplicações dependentes de casos de utilização, desde os equipamentos aos respectivos processos de manufatura. Um aspecto essencial poderia ser um processo de canalisação de dados incluindo vários normas de comunicação, protocolos e tecnologias para gravar e transferir dados. Uma solução para suporte deste processo, proposto por esta tese, é a aplicação de um modelo semântico que descreva os próprios recursos de manufactura inteligente e o acesso aos seus dados ao longo do seu ciclo de vida. Muitas das contribuições de investigação em manufatura inteligente já produziram arquitecturas de referência como a RAMI 4.0 ou normas para a descrição semântica de meta dados ou classificação de recursos. Esta investigação baseia-se nestas fontes externas e introduz um novo modelo semântico baseado no Modelo de Arquitectura de Referência para Indústria 4.0 (RAMI 4.0), em conformidade com a abordagem de canalisação de dados no domínio da produção inteligente como caso exemplar de utilização para permitir uma fácil exploração, compreensão, descoberta, selecção e extracção de dados

    From wallet to mobile: exploring how mobile payments create customer value in the service experience

    Get PDF
    This study explores how mobile proximity payments (MPP) (e.g., Apple Pay) create customer value in the service experience compared to traditional payment methods (e.g. cash and card). The main objectives were firstly to understand how customer value manifests as an outcome in the MPP service experience, and secondly to understand how the customer activities in the process of using MPP create customer value. To achieve these objectives a conceptual framework is built upon the Grönroos-Voima Value Model (Grönroos and Voima, 2013), and uses the Theory of Consumption Value (Sheth et al., 1991) to determine the customer value constructs for MPP, which is complimented with Script theory (Abelson, 1981) to determine the value creating activities the consumer does in the process of paying with MPP. The study uses a sequential exploratory mixed methods design, wherein the first qualitative stage uses two methods, self-observations (n=200) and semi-structured interviews (n=18). The subsequent second quantitative stage uses an online survey (n=441) and Structural Equation Modelling analysis to further examine the relationships and effect between the value creating activities and customer value constructs identified in stage one. The academic contributions include the development of a model of mobile payment services value creation in the service experience, introducing the concept of in-use barriers which occur after adoption and constrains the consumers existing use of MPP, and revealing the importance of the mobile in-hand momentary condition as an antecedent state. Additionally, the customer value perspective of this thesis demonstrates an alternative to the dominant Information Technology approaches to researching mobile payments and broadens the view of technology from purely an object a user interacts with to an object that is immersed in consumers’ daily life

    The Future of Work and Digital Skills

    Get PDF
    The theme for the events was "The Future of Work and Digital Skills". The 4IR caused a hollowing out of middle-income jobs (Frey & Osborne, 2017) but COVID-19 exposed the digital gap as survival depended mainly on digital infrastructure and connectivity. Almost overnight, organizations that had not invested in a digital strategy suddenly realized the need for such a strategy and the associated digital skills. The effects have been profound for those who struggled to adapt, while those who stepped up have reaped quite the reward.Therefore, there are no longer certainties about what the world will look like in a few years from now. However, there are certain ways to anticipate the changes that are occurring and plan on how to continually adapt to an increasingly changing world. Certain jobs will soon be lost and will not come back; other new jobs will however be created. Using data science and other predictive sciences, it is possible to anticipate, to the extent possible, the rate at which certain jobs will be replaced and new jobs created in different industries. Accordingly, the collocated events sought to bring together government, international organizations, academia, industry, organized labour and civil society to deliberate on how these changes are occurring in South Africa, how fast they are occurring and what needs to change in order to prepare society for the changes.Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) British High Commission (BHC)School of Computin

    Applying satellite remote sensing, unmanned systems, and models for water quality analysis

    Get PDF
    Transport of soils and sediment by runoff diminish the surface water quality of lakes/reservoirs and shrink reservoir capacity. Nutrients move with transported soil and sediment due to soil erosion by floods and high wind. Nutrients from land management practices such as farming, animal feeding operations, and wastewater treatment stimulate the growth of cyanobacteria in surface water bodies. Excessive nutrient loading or eutrophication with favorable hydrodynamics result in excessive growth of cyanobacteria called Harmful Algal Blooms (HABs). These cyanobacteria sometimes release microcystins which are toxic to humans when consumed. The biological decay of HABs cause ecological dead zones due to depletion of dissolved oxygen while reducing the utility of the reservoirs. From an ecosystem service provision and human health perspective, HABs represent a great water quality threat.Therefore monitoring and modeling the formation of HABs in surface water bodies is important. In freshwater reservoirs of Oklahoma and Kansas, HAB formations and occurrences have increased due to floods, agricultural practices, and rising earth temperatures due to global warming and climate change. In Oklahoma, Grand Lake O' the Cherokees (Grand Lake) had experienced a severe HAB outbreak in 2011. In Kansas, Marion reservoir experiences HAB formation almost every year. These two reservoirs provide an opportunity to study and understand HAB formation, predict them and provide warning advisories. All the in-situ data collected using unmanned systems in the freshwater reservoirs have been used to develop water quality and watershed models to understand the relationship between sediment, nutrient loadings and HAB formations
    corecore