Resultatet av en energikartläggning på tryckeriet VK - Media visade det sig att en stor del av energin gick till den gamla belysningen. Den gamla belysningen med högtrycksnatriumarmaturer och högtrycksnatriumljuskällor byttes då ut mot en ny energieffektiv belysning med två olika LED-armaturer i packsalen på tryckeriet. Det ska nu utföras en utvärdering av belysningsbytet. Utvärderingen av belysningsbytet kommer att baseras på sänkningen i energianvändning, skillnader i belysningsstyrkor och förändring av arbetsmiljön.   Det främsta syftet med belysningsbytet är att sänka energianvändningen och att förbättra arbetsmiljön. Simuleringar på belysningen med högtrycksnatriumljuskällor och LED-armaturer har gjorts i DIALux evo. I DIALux gjordes beräkningar på belysningsstyrkor och energianvändning. Momentana effektmätningar med en multimeter har genomförts på belysningen före och efter bytet. För att sedan beräkna den årliga energianvändningen utifrån de uppmätta effekterna. Belysningsstyrkorna mättes med en luxmeter på plats i packsalen för att sedan beräkna medelbelysningsstyrkan och jämnheten för belysningen för att se om de står sig mot riktvärdena och jämföra dem med värdena från DIALux. Livscykelkostnaden beräknades för belysningen med högtrycksnatriumljuskällor och för belysningen med LED-armaturer. För den nya belysningen beräknades även paybacktiden.   Resultatet av beräkningar på energianvändningen visar att den årliga energianvändningen kommer att sänkas med 70 procent i och med bytet till LED-armaturer. Vid ett belysningsbyte är målet att den årliga energianvändningen ska sänkas med 50 procent. Medelbelysningsstyrkan för den nya LED-belysningen på cirka 680 lx möter kravet för medelbelysningsstyrkan på 300 lx som gäller för packsalen enligt standarden SS-EN 12464-1:2011. Livscykelkostnaden för den gamla belysningen och den nya LED-belysningen beräknades till ungefär 990 000 kronor respektive 330 000 kronor. Den diskonterade paybacktiden för LED-belysningen beräknades till 1,7 år. Gällande arbetsmiljön så har LED-belysningen monterats på en för låg armaturhöjd och kommer att höjas upp för att uppnå en behagligare arbetsmiljö.   Att investera i en ny energieffektiv belysning innebär en stor sänkning av den årliga energianvändningen samtidigt som investeringen har en relativt kort återbetalningstid. Det finns många fördelar med att byta ut den gamla belysningen som en förbättrad arbetsmiljö och sänkta kostnader. Förhoppningsvis kommer fler industrier att byta ut sin gamla belysning till energieffektiv belysning då de står för en stor del av den totala elanvändningen som går till belysning i Sverige. / The result of an energy survey at the printing company VK – Media showed that the energy use of the old lighting was a large part of the total energy use. The old lighting with high-pressure sodium luminaires and high-pressure sodium light sources was then replaced with a new energy-efficient lighting with two different LED luminaires in the packaging room at the printing company. An evaluation of the replacement of the luminaires should now be carried out. The evaluation of the lighting change is based on the reduction of energy use, differences of illuminance and changes in the working environment.   The primary aim of the lighting replacement is to reduce the energy use and to improve the working environment. Simulations on the lighting with high-pressure sodium light sources and LED luminaires have been made in DIALux evo. In DIALux, calculations were made on illuminance and energy use. Momentary power measurements with a multimeter have been carried out on the lighting before and after the replacement. The measured power was then used to calculate the annual energy use for the luminaires. The illuminance were measured with a luxmeter in the packing room and the measured values was then used to calculate the average illuminance and the uniformity of the lighting, to see if they stand against the guideline values and compare them with the values from DIALux. The life cycle cost was calculated for the lighting with high pressure sodium light sources and for the lighting with LED luminaires. The payback time was also calculated for the new lighting with LED luminaires.   The result of the calculations on the energy use showed that the annual energy use will be reduced by 70 per cent with the LED luminaires and the aim with a lighting replacement is to reduce the annual energy use by 50 percent. The average illuminance of the new LED lighting is about 680 lx meets the requirement for the average illuminance of 300 lx that applies to the packing room according to the standard SS-EN 12464-1: 2011. The life cycle cost of the old lighting and the new LED lighting was estimated at approximately 990,000 SEK and 330,000 SEK, respectively. The discounted payback time for the LED lighting was estimated at 1.7 years. Regarding the working environment, the LED lighting has been mounted at a luminaire height that is too low and will be raised to achieve a more comfortable working environment.   Investing in a new energy-efficient lighting means a large reduction in annual energy use, while the investment has a relatively short repayment period. There are many advantages to replacing the old lighting such as an improved work environment and reduced costs for the company. Hopefully, more industries will replace their old lighting for energy-efficient lighting as they account for a large part of the total electricity use when it comes to lighting in Sweden.

Recent studies have shown that there are currently more than 1.08 billion of Smartphones in the world, with around 89% of them used throughout the day. On average each of these users transfers more than 450 Mbytes per month via either a cellular network or a Wi-Fi network. So far it has been up to the user to decide which one of these two networks to use at each particular moment. In this master’s thesis, the potential energy savings that could be achieved by means of automating the choice of network interface are explored. This way, the user equipment itself would be able to initiate handovers from one radio access technology to another depending on each particular service and on the environmental conditions, and hence it could extend its battery life. The work has focused in energy efficient vertical handovers (VHOs) between Long-Term Evolution (LTE) and Wi-Fi networks. The rapid growth and increasing interest in LTE networks have been the main reasons why these networks have been chosen over Third Generation Mobile Networks. Nevertheless this work can be easily extended to other radio access technologies such as WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) or UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). During the thesis project, the potential energy savings via VHOs depending on the type of service have been studied, as well as the different processes involved in a handover decision process. In order to do so, an energy consumption profile of each interface has been built, the different services have been modeled, and a heterogeneous scenario with Wi-Fi and LTE networks has been simulated. The thesis presents how these savings change within each service and with the environmental conditions (network load, interferences). The results show that large energy savings can be achieved. Nevertheless, the potential savings for each different user device can significantly differ. The VHO decision process includes two main aspects that need further study: investigating energy efficient ways of discovering accessible Wi-Fi access points and measuring the available throughput in each network at the moment of the decision. In addition, within LTE-Advanced and HetNets (Heterogeneous Networks), a lot of research regarding how LTE operators can offload traffic to smaller networks is being performed. These smaller networks consist basically of LTE micro cells and Wi-Fi. Both the energy savings and the potential energy expenses of offloading different kinds of traffic to a Wi-Fi network were also studied in this master’s thesis project, using the same approach described in the previous two paragraphs. / Enligt beräkningar så finns det nu mer än 1.08 miljarder smarta telefoner i världen, och ungefär 89% av dem används varje dag. Varje användare överför mer än 450 megabyte per månad i genomsnitt, antingen via cellulära mobilnät eller Wi-Fi. För närvarande är det användaren som avgör vilket av dessa interface som ska användas vid varje tidpunkt. I detta examensarbete utvärderas vilka energibesparingar som kan uppnås genom att automatisera valet av nätverksinterface. På detta vis skulle den mobila enheten själv utföra handover från en radioaccessteknik till en annan beroende på aktiva tjänster och på radioomgivningen, och därmed utöka batteriets livstid. Detta examensarbete fokuserar på vertikal handover mellan LTE och Wi-Fi nätverk. Den snabba tillväxten och det ökande intresset för LTE är den främsta anledningen till att LTE har valts istället för 3G. Det är dock möjligt att med små förändringar generalisera arbetet till andra radioaccesstekniker, till exempel WiMAX eller UMTS. De potentiella energibesparingarna genom vertikala handovers för olika typer av tjänster har studerats, liksom de olika stegen i handover-beslutsprocessen. För detta syfte har en energikonsumtionsprofil skapats för varje interface, de olika tjänsterna har modellerats och ett scenario med Wi-Fi- och LTE-nätverk har simulerats. Denna rapport beskriver hur dessa energibesparingar ändras för varje tjänstetyp och med ändringar av omgivningen (nätverkslast och interferens). Resultaten har visat att stora energibesparingar kan uppnås, även om dessa besparingar kan variera mycket för olika UEs. Beslutet om vertikal handover inkluderar två huvudsakliga aspekter som kräver fortsatta studier: energieffektiva metoder för att upptäcka tillgängliga WiFi-accesspunkter som går att ansluta sig till och mätning av den upplevda datahastigheten i varje nätverk före beslutet om vertikal handover tas. Parallelt med detta examensarbete pågår omfattande studier om hur mobiloperatörer kan avlasta datatrafik till basstationer med kortare räckvidd. Dessa småskaliga nätverk förväntas bestå av LTE mikro/pico celler och/eller Wi-Fi nätverk. Detta examensarbete inkluderar även studier av de potentiella energibesparingar eller energikostnader för att avlasta olika slags trafik till Wi-Fi nätverk.

Lågströmskommunikationsprotokoll såsom 6LoWPAN har använts i stor utsträckning för applikationer som kräver mindre energiförbrukning för trådlös kommunikation på korta avstånd, exempelvis IoT-enheter. Eftersom antalet sådana enheter ökar blir det allt viktigare att överväga ambient energy harvesting som en energikälla för att driva sådana enheter. Det framkallar ett behov av att ompröva designen av ett energieffektivt kommunikationsprotokoll som gör det möjligt för sensorer och aktuatorer att använda den utvunna energin för beräkning och kommunikation. Eftersom den utvunna energin från en energikälla är begränsad och det tar tid för en enhet att samla tillräckligt med energi för datahantering och kommunikation, finns det ett behov av att undersöka energibudgeten och bestämma de kritiska parametrarna som påverkar energiförbrukningen för trådlös kommunikation. En analys av energiförbrukningen utfördes genom att anpassa en Python-modell och simuleringar genomfördes för att hjälpa till att förstå påverkan av nyckelparametrar på energiförbrukningen med hänsyn till en lämplig radio frequency energy harvesting (RF-EH) för “zero” energienheter. I examensarbetet föreslås designöverväganden för ett nytt lågströmskommunikationsprotokoll för “zero” energienheter. Resultaten visade att adaptive data rate (ADR) har en stor betydelse för energibesparingar. Med lämpliga överföringsparametrar inställda kan energiförlusterna för omsändningar och kollisioner minskas. Det är också möjligt att införa en schemaläggningsalgoritm för kommunikationsprocessen för förbättrad kollisionsundvikande. De föreslagna designövervägandena kan tillämpas i framtida arbeten för att förbättra kortdistanskommunikationsprotokollet för “zero” energienheter. / Low power communication protocols such as 6LoWPAN have been widely used on applications that require less energy consumption for short-range wireless communication, for example, Internet of Thing (IoT) devices. As the amount of these devices escalates, it becomes increasingly important to consider ambient energy harvesting (EH) as an energy source to power such devices. This induces a need to reconsider the design of an energy-efficient data transfer protocol that enables the sensors and actuators to utilize the harvested energy for computing and communication. As the harvested energy from an energy source is limited and it takes time for a device to accumulate enough energy for data processing and communication, there is a need to investigate the energy budget and determine the critical parameters that affect the energy consumption for wireless communication. An energy consumption analysis was performed by adapting a Python model, and simulations were carried out to help understand the impact of key parameters on energy consumption while considering a suitable range for radio frequency (RF) energy harvesting “zero” energy devices. The thesis project aims to propose the design considerations of a new low-power communication protocol for “zero” energy devices. The results showed that adaptive data rate (ADR) has a major contribution to energy saving. With suitable transmitting parameters set, the energy waste of retransmissions and collisions could be reduced. It is also possible to introduce a scheduling algorithm to the communication process for improved collision avoidance. The proposed design considerations can be applied in future work to improve the shortrange communication protocol for zero-energy devices.

With the rapid development of mobile communication, sensors, and biomedical in recent years, the demand for accurate data information, highquality audio and image has become much more significant, which requires a high-precision Analog to Digital Converter (ADC) to process weak analog signals. As one of the core modules of ADC, the comparator’s precision, speed, stability, and noise play a key role in the performance of the whole circuit. Over the years, those performance has been improved a lot by both designing new architectures and using advanced fabrication technology. However, the conventional comparators occupy 50%-60% of the total energy consumption of EPC, even with advanced technology and lower supply voltage. In this thesis, a new type of energy-efficient comparator, called Edge-Pursuit Comparator (EPC), is proposed, which satisfies the need for low comparison energy. The design of EPC is based on a ring oscillator, when the EPC enters the evaluation mode, two signal edges with different propagation delays will chase in it until one overlaps the other, and finally generate a stable voltage level in each output node. The circuit is built and simulated in Cadence Virtuoso using cmos22fdsoi technology. The simulation results reveal that the energy consumed per comparison is dependent on the input differential voltage, and it can be as low as 7 fJ when vin = 50 mV, which is around ten times smaller compared with conventional comparators. In addition, as the power consumption is considerable when the two input voltages are very close, a promising improvement is applied to EPC, namely connecting every node with a variable capacitor, which is called Edge-Pursuit Comparator enhanced with Capacitor (EPCC). Cadence simulation results prove that EPCC can largely lower the energy consumption under a small vin while keeping input-referred noise the same. Therefore, a combination of EPC and EPCC is expected to have prospective applications in the energy-efficient area. / Med den snabba utvecklingen av mobil kommunikation, sensorer och biomedicin under de senaste åren har efterfrågan på korrekt datainformation, högkvalitativt ljud och bild blivit mycket mer betydande, vilket kräver en högprecision Analog till Digital Converter (ADC) för att bearbeta svaga analoga signaler. Som en av ADC:s kärnmoduler spelar komparatorns precision, hastighet, stabilitet och brus en nyckelroll i prestanda för hela kretsen. Under årens lopp har dessa prestanda förbättrats mycket genom att både designa nya arkitekturer och använda avancerad tillverkningsteknik. De konventionella komparatorerna upptar dock 50%-60% av den totala energiförbrukningen för EPC, även med avancerad teknik och lägre matningsspänning. I detta examensarbete föreslås en ny typ av energieffektiv komparator, kallad Edge-Pursuit Comparator (EPC), som tillgodoser behovet av låg jämförelseenergi. Designen av EPC är baserad på en ringoscillator, när EPC:n går in i utvärderingsläget kommer två signalkanter med olika utbredningsfördröjningar att jaga i den tills den ena överlappar den andra, och slutligen generera en stabil spänningsnivå i varje utgångsnod. Kretsen är byggd och simulerad i Cadence Virtuoso med hjälp av cmos22fdsoiteknik. Simuleringsresultaten visar att energiförbrukningen per jämförelse är beroende av ingångsdifferensspänningen och den kan vara så låg som 7 fJ när vin = 50 mV, vilket är cirka tio gånger mindre jämfört med konventionella komparatorer. Dessutom, eftersom strömförbrukningen är avsevärd när de två inspänningarna är mycket nära, tillämpas en lovande förbättring på EPC, nämligen att ansluta varje nod med en variabel kondensator, som kallas Edge-Pursuit Comparator förbättrad med kondensator (EPCC). Kadenssimuleringsresultat bevisar att EPCC till stor del kan sänka energiförbrukningen under en liten vin samtidigt som ingångsreferat buller hålls detsamma. Därför förväntas en kombination av EPC och EPCC ha potentiella tillämpningar inom det energieffektiva området.