Self-Sustainability of Energy Harvesting Systems: Concept, Analysis, and Design
Notice bibliographique
Résumé
Ambient energy harvesting is touted as a low cost solution to prolong the life of low-powered devices, reduce the carbon footprint, and make the system self-sustainable. Most research to date has focused either on the physical aspects of the energy conversion process or on the optimal consumption policies of the harvested energy at the system level. However, although intuitively understood, to the best of our knowledge, the idea of self-sustainability is yet to be systematically studied as a performance metric. In this paper, we provide a mathematical definition of the concept of self-sustainability of an energy harvesting system, based on the complementary idea of eventual energy outage, rather than the usual energy outage. In particular, we analyze a harvest-store-consume system with infinite battery capacity, stochastic energy arrivals, and fixed energy consumption rate. Using the random walk theory, we identify the necessary condition for the system to be self-sustainable. General formulas are given for the self-sustainability probability in the form of integral equations. Since these integral equations are difficult to solve analytically, an exponential upper bound for eventual energy outage is given using martingales. This bound guarantees that the eventual energy outage can be made arbitrarily small simply by increasing the initial battery energy. We then give an asymptotic formula; and for the special case when the energy arrival follows a Poisson process, we are also able to find an exact formula for the eventual energy outage probability. We also show that the harvest-store-consume system is mathematically equivalent to a GI/G/1 queueing system, which allows us to easily find the energy outage probability, in case the necessary condition for self-sustainability is violated. Monte-Carlo simulations verify our analysis.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».