فهرست مطالب

نشریه مهندسی برق
سال پنجاه و سوم شماره 4 (پیاپی 106، زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سید اکبر مصطفوی*، الهام برخورداری صفحات 245-256
    محاسبات مه رویکرد نوینی است که با هدف کاهش زمان پاسخ کاربرد های حساس به تاخیر و بهبود ارایه خدمات به کاربران، امکان برون سپاری وظایف (داده ها) اینترنت اشیاء را به تجهیزات شبکه فراهم می کند. این مقاله یک طرح برون سپاری وظیفه به محیط مه با بهره مندی از مزایای شبکه های نرم افزار- محور ارایه می دهد. در این پژوهش یک مدل ریاضی بهینه سازی برنامه ریزی خطی عدد صحیح مختلط (MILP) با هدف کمینه سازی تاخیر و هزینه ناشی از جابه جایی اشیاء و با در نظر گرفتن پردازش محلی، مشارکت گره های مه، توزیع برنامه های کاربردی و محدودیت منابع گره های مه ارایه شده است. با توجه به اینکه مدل ریاضی ارایه شده در این مسیله ان پی -سخت است، یک الگوریتم فرا -ابتکاری مبتنی بر بهینه سازی کلونی مورچه و با در نظر گرفتن محدودیت های مدل ریاضی ارایه شده است. مقادیر حاصل از ارزیابی روش پیشنهادی با مقدار بهینه حاصل از مدل ریاضی، روش تصادفی و یک الگوریتم ابتکاری ارایه شده در کارهای مرتبط مقایسه شده است. نتایج حاصل نشان می دهد تاخیر و هزینه کل برون سپاری در روش پیشنهادی به ترتیب 22% و 28.75% از مقادیر بهینه بیشتر است و روش پیشنهادی قادر به کاهش تاخیر به میزان 20% و کاهش هزینه مهاجرت نتایج به میزان 40% نسبت به روش ابتکاری مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: اینترنت اشیاء، پردازش مه، برون سپاری وظایف، جابه جایی اشیاء، بهینه سازی کلونی مورچه، شبکه نرم افزارمحور
  • آرمین پناهی، یوسف نیشابوری*، میلاد شموئی دلائی میلان صفحات 257-268
    در این مقاله روشی مبتنی بر کنترل پیش بین جهت بهبود تحمل پذیری خطای کلید در مبدل تمام پل آبشاری هفت سطحی در کاربرد یکسوسازی فعال ارایه می شود. اگر یکی از کلیدهای قدرت مبدل تمام پل آبشاری معیوب شود، شکل موج جریان AC ورودی و ولتاژ خازن های لینکdc  سلول ها در مقدار مرجع خود تثبیت نمی شوند درنتیجه کل مبدل باید از مدار خارج شود. روش پیشنهادی با به کارگیری مدل سیستم، و با استفاده از روش کنترل پیش بین، امکان کارکرد مبدل باوجود سلول معیوب را فراهم می سازد. در روش پیشنهادی ابتدا مدل دینامیکی زمان-گسسته استخراج شده، سپس تابع هزینه ای که دربرگیرنده اهداف کنترلی است، تعریف شده است. با بررسی حالت های کلیدزنی در دسترس پس از رخداد خطا، بهترین حالت کلیدزنی که تابع هزینه را کمینه می کند، انتخاب و به مبدل اعمال می شود. پس از رخداد خطا، روش پیشنهادی قادر است تا ولتاژ خازن هر سلول را، با ریپل کمی در مقدار مرجع خودتنظیم کند. بنابراین توان موردنیاز همه بارهای dc تامین می شود. همچنین جریان ورودی یکسوساز، جریان مرجع را به درستی دنبال می کند. کارایی و صحت روش پیشنهادی، با شبیه سازی بر روی یکسوساز مبتنی بر مبدل تمام پل آبشاری هفت سطحی در محیط MATLAB/SIMULINK ارزیابی شده است.
    کلیدواژگان: مبدل چندسطحی، ساختار پل آبشاری، کنترل پیش بین، تحمل پذیری خطا، خطای مدار باز
  • رضا معصومی، رباب کاظمی* صفحات 269-280
    در این مقاله، روش پوشش صفحه ای برای حذف تزویج متقابل دو آرایه آنتن پچ فشرده هم فرکانس و با قطبش های متعامد به کار رفته است. ابعاد پچ ها با قرار دادن دو شکاف در لبه های رزونانسی نسبت به پچ معمولی 33% کاهش یافته تا فاصله بین المان ها کمتر شده و امکان چرخش پرتو فراهم شود. برای کاهش تزویج متقابل قوی بین المان ها، یک پوشش فراسطح نازک روی سطوح بالا و پایین پچ ها قرار می گیرند. پوشش فراسطحی در فرکانس کار موردنظر راکتانس خازنی از خود نشان داده و راکتانس سلفی ناشی از جریانهای القایی از پچ های مجاور را حذف می کند، در نتیجه المان های دو آرایه نسبت به هم نامریی می شوند. عملکرد ساختار پوشش پیشنهادی با شبیه سازی تمام موج از نظر مشخصات تشعشعی آرایه ها ارزیابی شده است. بازده آرایه ها بعد از افزودن پوشش نسبت به حالت بدون پوشش 35% افزایش یافته و ایزولاسیون بین عناصر بیش از dB  24 در فرکانس کار بهبود یافته است. الگوهای تشعشعی نیز در حالت پوشش دار 98.5% نسبت به آرایه های مجزا از هم مشابهت نشان می دهد. مقادیر بهره آنتن ها در حالت پوشش دار، در آرایه I و II به ترتیب تنها  dB 0.1 و dB  0.2 کاهش و سطح لوبهای فرعی نیز به ترتیبdB  0.5و  dB 0.2 نسبت به حالت مجزا از هم افزایش نشان می دهد. نتایج حاصل، موفقیت طرح پوشش پیشنهادی در بازیابی ویژگی های تشعشعی آرایه های درهم تنیده مشابه آرایه های مجزا از هم را تایید می کنند.
    کلیدواژگان: جداسازی آنتن ها، پوشش صفحه ای ناهمسانگرد، پوشش های فراسطحی بیضوی، چرخش پرتو، جداسازی قطبش
  • مرضیه ورپشتی* صفحات 281-290
    یک شبکه حسگر جهت دار از مجموعه ای از گره های حسگر جهت دار تشکیل شده است که می توانند در چندین سمت تغییر جهت دهند تا پوشش ناحیه موردنظر را گسترش دهند. یکی از مسایل مهم در این شبکه ها فراهم کردن پوشش کافی برای انجام وظایف حسگری است. این مقاله به مسیله انتخاب جهت مناسب برای حسگرهای جهت دار به منظور ارایه پوشش کامل ناحیه در شبکه های حسگر جهت دار می پردازد. ما با استفاده از مفهوم مانستگی (homology) در توپولوژی جبری پوشش در شبکه های حسگر جهت دار را با استفاده از مجتمع های سادکی (simplicial complex) مدل می کنیم و مسیله انتخاب جهت مناسب برای حسگرهای جهت دار را به صورت یک برنامه ریزی خطی دودویی فرمول بندی می کنیم. سپس الگوریتمی مبتنی بر اتوماتای یادگیر سلولی نامنظم برای جهت دهی حسگرها پیشنهاد می کنیم. الگوریتم پیشنهادی بر اساس اندازه حفره های موجود در ناحیه تحت پوشش کار می کند. الگوریتم پیشنهادی برای یافتن حفره ها در شبکه حسگر از رویکردی مبتنی بر مانستگی استفاده می کند. نتایج شبیه سازی حدود 2% افزایش در میزان پوشش و همچنین کاهش چشمگیر در تعداد شرایط و متغیرهای مسیله بهینه سازی پیشنهادی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: پوشش ناحیه، شبکه های حسگر جهت دار، مکان یابی حفره، اتوماتای یادگیر سلولی، مجتمع سادکی
  • علی رادمهر، علی آقاگل زاده* صفحات 299-308

    یکی از جنبه های چالش برانگیز پنهان سازی خطا در ویدیو کاهش اثر بلوکی شدن در اطراف ناحیه گم شده است. در این مقاله ما برای حل این مشکل روشی جدید مبتنی بر لبه اطراف ناحیه از دست رفته برای محاسبه میزان اعوجاج انطباق مرزی ارایه دادیم. پس از تشخیص ماکروبلوک آسیب دیده در قطعه مورد نظر، این ماکروبلوک به 4 زیر بلوک 8×8 تقسیم می شود. سپس، گرادیان پیکسل های مرزی بیرونی به دست آمده و میزان هموار بودن اضلاع هر بلوک را تعیین می کند که نهایتا برای ترسیم خط فرضی استفاده می شود. علاوه بر این، این مقاله مدل جدیدی مبتنی بر بهینه سازی پیشنهاد می دهد که می تواند خطای تطبیق مرزی را برای بازگردانی نواحی از دست رفته به دقت اندازه گیری کند. ما نتایج بهتری را برای روش پیشنهادی نسبت به الگوریتم های پنهان سازی دیگر از نظر معیارهای PSNR و SSIM مشاهده کردیم. روش پیشنهادی به طور میانگین مقدار PSNR را 09/1 دسی بل و مقدار SSIM را 0135/0 در نرخ از دست رفتن بسته های 10 درصد افزایش داده است. به علاوه، در نرخ از دست رفتن بسته های 20 درصد، مقدار PSNR به اندازه 28/1 دسی بل و مقدار SSIM به اندازه 019/0 بهبود پیدا کرده است. میزان پیچیدگی محاسبات این الگوریتم کمی بیشتر از روش های پنهان سازی مقایسه شده است اما هنوز قابل قبول است. بنابر این، با اضافه کردن مقدار کمی محاسبات به کدبردار ویدیو، روش پیشنهادی کیفیت ویدیو را مخصوصا در نواحی ناهموار و آسیب دیده فریم کدبرداری شده بهبود می دهد.

    کلیدواژگان: پنهان سازی خطا در ویدیو، کدینگ ویدیو H.264، AVC، پنهان سازی خطای مبتنی بر گرادیان، الگوریتم تطبیق مرزی
  • بهزاد تقی پور موذن، مازیار میرحسینی مقدم*، علیرضا سحاب صفحات 309-319
    در سال های اخیر، به دلیل به هم پیوستگی و استرس شبکه های توزیع برق و گاز طبیعی، ارتقای سطح تاب آوری در برابر حوادث شدید طبیعی مانند طوفان، حیاتی و سرنوشت ساز شده است. وجود سیستم های ذخیره سازی انرژی در ریزشبکه ها، آنها را به منابع انعطاف پذیری قابل اعتماد در سیستم های توزیع انرژی الکتریکی تبدیل کرده است. در این راستا، بررسی بهبود تاب آوری در شبکه های توزیع در حضور ریزشبکه ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. هدف این مقاله دستیابی به حداکثر استفاده از ذخیره سازی شبکه موجود برای تامین بارهای الکتریکی بحرانی و غیر بحرانی و در عین حال به حداقل رساندن از دست دادن بار قبل از وقوع حوادث شدید است. برای این منظور، یک الگوریتم بهینه سازی چند هدفه، به نام بهینه سازی کلونی مورچگان، برای زمان بندی فعال و دستیابی به تصمیم های بهینه در بازه های زمانی متوالی استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که افزایش تعداد ریزشبکه ها و گسترش سیستم های ذخیره سازی انرژی در شبکه نه تنها بارپذیری شبکه را بهبود می بخشد، بلکه میزان بار از دست رفته را تا 15/27 درصد کاهش می دهد و در نتیجه سطح انعطاف پذیری را افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: تاب آوری سیستم توزیع، سیستم چند انرژی، مدیریت برنامه ریزی پیشگیرانه، ریزشبکه ها
|
  • S.A. Mostafavi *, E. Barkhordari Pages 245-256
    Fog computing is a new paradigm which enables offloading IOT data (tasks) to the network devices. The aim of this approach is reducing the response time for delay-sensitive applications and improving the quality of service for users. This paper presents a task offloading scheme with taking advantages of the Software-Defind Networks. In this research a mixed integer linear programming (MILP) optimization model is presented with the aim of minimizing delay and mobility cost of things, which considers local computing, fog nodes participation, applications distribution and resource limitations. Whereas the presented mathematical model is Np-hard, a meta-heuristic algorithm based on the ant colony optimization is proposed by considering constraints of the mathematical model. The results obtained from evaluation of the proposed method is compared with the optimal value obtained from the mathematical model, random method and a heuristic algorithm presented in related works. The results of evaluation show that the delay and the total offloading cost in the proposed method are 22% and 28.75% higher than the optimal values, respectively. Also, the proposed method is capable to reduce the delay by 20% and reduce the migration cost of computing results by 40% compared to the heuristic method in state-of-the-art.
    Keywords: Internet of Things, Fog computing, Task Offloading, Mobility of Things, Ant colony optimization, Software-Defined Networking
  • A. Panahi, Y. Neyshabouri *, M. Shamouei Dallaei Milan Pages 257-268
    In this paper, a new method based on model predictive control with a finite control set is proposed for the cascaded H-bridge converter-based active rectifier to control the converter under switch fault conditions. The purpose of the fault-tolerant method is to guarantee the continuous operation of the converter after switch(es) open-circuit failure. After the occurrence of an open circuit fault in the switches, by using the system model, the presented model predictive approach enables the operation of the converter despite the presence of a faulty cell. The proposed method sets the dc voltages of dc-link capacitors at the reference value under balanced and unbalanced dc loads and keeps the current drawn from the grid at a good quality. The performance of the proposed method has been evaluated through simulations based on the seven-level cascaded H-bridge converter in the MATLAB/SIMULINK environment.
    Keywords: Multilevel converter, Cascaded H-bridge converter, model predictive control, fault tolerance
  • R. Masoumi, R. Kazemi * Pages 269-280
    In this study, the mantle cloaking method is utilized to eliminate strong mutual coupling between two compact co-frequency patch antenna arrays with orthogonal polarizations. The patches are reduced in size by 33% through the addition of two slots on the resonant edges, allowing a reduction in distance between elements and enabling beam steering. To mitigate the destructive effects of mutual coupling between elements, a thin metasurface cloak is placed on the top and bottom surfaces of the patches. The metasurface cloak exhibits capacitive reactance at the desired operating frequency and eliminates the inductive reactance caused by induced currents from adjacent patches, making the elements of the two arrays invisible to each other. Full-wave simulation is used to evaluate the performance of this cloak structure in terms of array radiation characteristics. Results show that adding the cloak increased array efficiency by 35% compared to the uncloaked case, with isolation between elements improving by over 24 dB at the operating frequency. Radiation patterns in the cloaked case demonstrate a 98.5% similarity to those of isolated arrays. The antenna gains in the cloaked case slightly decreased by 0.1 dB and 0.2 dB for arrays I and II, respectively, and the sidelobe levels increased by 0.5 dB and 0.2 dB compared to isolated arrays. These findings confirm that this metasurface cloak design successfully restores radiation characteristics of tightly coupled arrays similar to those of isolated arrays.
    Keywords: decoupling of antennas, anisotropic mantle cloaking, meta surface elliptical cloak, Beam steering, polarization isolation
  • M. Varposhti * Pages 281-290
    Directional sensor networks (DSNs) consist of directional sensor nodes which can switch to several directions to extend their sensing ability to cover the interested area. One important problem in these networks is providing adequate coverage to fulfill the issued sensing tasks. This paper addresses the problem of selection and orientation of directional sensors for providing full area coverage in directional sensor networks. Using the notion of homology in Algebraic topology, we model the coverage of DSNs by simplicial complexes and formulate the problem of selection and orientation of directional sensors as a binary linear programming. Then, an algorithm based on irregular cellular learning automata for orientation of sensors is proposed to solve the problem in a reasonable time. The proposed algorithm works based on the size of the existing holes in the covered area. The proposed algorithm has adopted a homological approach to find holes in the sensor network. The simulation results show about 2% increase in the amount of coverage and also a significant decrease in the number of conditions and variables of the proposed optimization problem.
    Keywords: Area Coverage, Directional Sensor Networks, Hole Localization, Cellular Learning Automata, Simplicial Complex
  • S. Pourhaji Agha Golestani, A. Pourmand * Pages 291-297
    In this paper, recommended spiral passive micromixer was designed and simulated. spiral design has the potential to create and strengthen the centrifugal force and the secondary flow. A series of simulations were carried out to evaluate the effects of channel width, channel depth, the gap between loops, and flowrate on the micromixer performance. These features impact the contact area of the two fluids and ultimately lead to an increment in the quality of the mixture. In this study, for the flow rate of 25 μl/min and molecular diffusion coefficient of 1×10-10 m2/s, mixing efficiency of more than 90% is achieved after 30 (approximately one-third of the total channel length). Finally, the optimized design fabricated using proposed 3D printing method.
    Keywords: Microfluidics, Micromixer, Drug Delivery System, Polymeric Micelles, Numerical optimization
  • A. Radmehr, A. Aghagolzadeh *, S. M. Hosseini Andargoli Pages 299-308

    A challenging aspect of video error concealment (VEC) is reducing blockiness around the missing region. In this paper, we have devised a novel method for calculating the boundary matching distortion based on the edge direction surrounding the lost area to deal with this problem. After detecting the corresponding slice’s erroneous Macroblock (MB), it is divided into four 8×8 pixels sub-blocks. Then, the gradient of outer boundary pixels is derived and determines each side’s smoothness, which is further used for drawing the hypothetical line. Furthermore, this paper proposes a novel optimization-based model that can accurately measure boundary matching error for loss recovery. We observe better results for our proposed technique than other related VEC algorithms in terms of PSNR and SSIM. The proposed algorithm improves the average PSNR by 1.09 dB and increases the average SSIM by 0.0135 at the packet loss rate of 10%. In addition, for a PLR of 20%, the PSNR is increased by 1.28 dB, and the SSIM enhancement is 0.019. This algorithm is slightly more computationally complex than the compared methods, but it is still acceptable. Thus, by adding a few computations to the video decoder, the proposed method maintains the quality of the video, especially in the rough, damaged regions of a decoded frame.

    Keywords: Video error concealment, H.264, AVC video coding, gradient-based error concealment, boundary matching algorithm
  • B. Taghipour Moazzen, M. Mirhosseini Moghaddam *, A. Sahab Pages 309-319
    In recent years, due to the interconnectedness and stress on power distribution and natural gas networks, enhancing the level of resilience against severe natural events such as storms has become crucial and vital. The presence of energy storage systems in microgrids has transformed them into reliable resilience sources in electric energy distribution systems. In this regard, studying the improvement of resilience in distribution networks in the presence of microgrids holds special importance. The objective of this article is to achieve the maximum utilization of available network storage to supply critical and non-critical electrical loads while minimizing the loss of load prior to the occurrence of severe events. To this end, a multi-objective optimization algorithm, namely Ant Colony Optimization, has been employed for proactive scheduling and achieving optimal decisions within consecutive time periods. Simulation results demonstrate that increasing the number of microgrids and expanding energy storage systems in the network not only improves network loadability but also reduces the amount of lost load by 15.27%, thereby increasing the level of resilience.
    Keywords: Distribution System Resilience, Multi-Energy System, Proactive Scheduling Management, &lrm, microgrids