Leilão de direitos de transmissão financeiros de energia eléctrica em ambiente de mercado

Os direitos de transmissão (Transmission Rigths – TRs) correspondem, na sua essência, a contratos que conferem aos seus proprietários o direito de transmitir energia eléctrica, por um determinado caminho, a um preço fixo. Na actualidade vive-se uma era de liberalização dos mercados de energia eléctrica nos quais, no caso concreto dos mercados de TRs, os diversos agentes podem ceder os TRs que possuem a outros agentes desde que cumpram certos requisitos impostos pelo sistema na figura do seu operador de sistema (Independent System Operator – ISO). Neste sentido, o ISO oferece, aos diversos agentes do mercado, algumas ferramentas que lhes permite transaccionar, sob sua orientação, os seus respectivos TRs fazendo-se cumprir todos os requisitos indispensáveis para o efeito. A mais popular dessas ferramentas, nos principais mercados energético da actualidade, é o leilão. Com o presente trabalho de dissertação é pretendido apresentar-se um modelo para a resolução do problema inerente a um leilão de TRs em ambiente de mercado, neste caso concreto de direitos de transmissão financeiros de energia eléctrica (Financial Transmission Rigths – FTRs). Neste sentido foi desenvolvido um simulador informático (SIM_AuctFTR) que implementa um modelo para este tipo de problemas. Este trabalho foi estruturado essencialmente em três etapas com objectivos inerentes. Assim, numa primeira fase da realização deste trabalho, foi realizado um estudo de diversos conceitos e metodologias inerentes ao problema de leilão de FTRs em ambiente de mercado, suportado por uma sólida base bibliográfica. A segunda fase tratou-se do desenvolvimento do algoritmo da aplicação computacional que solucione um problema de um leilão de FTRs. O SIM_AuctFTR foi desenvolvido sobre o pressuposto da maximização dos rendimentos financeiros provenientes da atribuição dos FTRs propostos a leilão, tendo estes últimos de coabitar no sistema respeitando as restrições técnicas a que este são inerentes, mesmo na eventualidade da ocorrência de contingências de nível ‘n-1’. Por último, numa terceira fase, partindo da aplicação desenvolvida, foram realizados 4 casos de estudos com outras tantas redes eléctricas de forma a testar a robustez da ferramenta desenvolvida.

Supporting intra-task parallelism in real-time multiprocessor systems

Os sistemas de tempo real modernos geram, cada vez mais, cargas computacionais pesadas e dinâmicas, começando-se a tornar pouco expectável que sejam implementados em sistemas uniprocessador. Na verdade, a mudança de sistemas com um único processador para sistemas multi- processador pode ser vista, tanto no domínio geral, como no de sistemas embebidos, como uma forma eficiente, em termos energéticos, de melhorar a performance das aplicações. Simultaneamente, a proliferação das plataformas multi-processador transformaram a programação paralela num tópico de elevado interesse, levando o paralelismo dinâmico a ganhar rapidamente popularidade como um modelo de programação. A ideia, por detrás deste modelo, é encorajar os programadores a exporem todas as oportunidades de paralelismo através da simples indicação de potenciais regiões paralelas dentro das aplicações. Todas estas anotações são encaradas pelo sistema unicamente como sugestões, podendo estas serem ignoradas e substituídas, por construtores sequenciais equivalentes, pela própria linguagem. Assim, o modo como a computação é na realidade subdividida, e mapeada nos vários processadores, é da responsabilidade do compilador e do sistema computacional subjacente. Ao retirar este fardo do programador, a complexidade da programação é consideravelmente reduzida, o que normalmente se traduz num aumento de produtividade. Todavia, se o mecanismo de escalonamento subjacente não for simples e rápido, de modo a manter o overhead geral em níveis reduzidos, os benefícios da geração de um paralelismo com uma granularidade tão fina serão meramente hipotéticos. Nesta perspetiva de escalonamento, os algoritmos que empregam uma política de workstealing são cada vez mais populares, com uma eficiência comprovada em termos de tempo, espaço e necessidades de comunicação. Contudo, estes algoritmos não contemplam restrições temporais, nem outra qualquer forma de atribuição de prioridades às tarefas, o que impossibilita que sejam diretamente aplicados a sistemas de tempo real. Além disso, são tradicionalmente implementados no runtime da linguagem, criando assim um sistema de escalonamento com dois níveis, onde a previsibilidade, essencial a um sistema de tempo real, não pode ser assegurada. Nesta tese, é descrita a forma como a abordagem de work-stealing pode ser resenhada para cumprir os requisitos de tempo real, mantendo, ao mesmo tempo, os seus princípios fundamentais que tão bons resultados têm demonstrado. Muito resumidamente, a única fila de gestão de processos convencional (deque) é substituída por uma fila de deques, ordenada de forma crescente por prioridade das tarefas. De seguida, aplicamos por cima o conhecido algoritmo de escalonamento dinâmico G-EDF, misturamos as regras de ambos, e assim nasce a nossa proposta: o algoritmo de escalonamento RTWS. Tirando partido da modularidade oferecida pelo escalonador do Linux, o RTWS é adicionado como uma nova classe de escalonamento, de forma a avaliar na prática se o algoritmo proposto é viável, ou seja, se garante a eficiência e escalonabilidade desejadas. Modificar o núcleo do Linux é uma tarefa complicada, devido à complexidade das suas funções internas e às fortes interdependências entre os vários subsistemas. Não obstante, um dos objetivos desta tese era ter a certeza que o RTWS é mais do que um conceito interessante. Assim, uma parte significativa deste documento é dedicada à discussão sobre a implementação do RTWS e à exposição de situações problemáticas, muitas delas não consideradas em teoria, como é o caso do desfasamento entre vários mecanismo de sincronização. Os resultados experimentais mostram que o RTWS, em comparação com outro trabalho prático de escalonamento dinâmico de tarefas com restrições temporais, reduz significativamente o overhead de escalonamento através de um controlo de migrações, e mudanças de contexto, eficiente e escalável (pelo menos até 8 CPUs), ao mesmo tempo que alcança um bom balanceamento dinâmico da carga do sistema, até mesmo de uma forma não custosa. Contudo, durante a avaliação realizada foi detetada uma falha na implementação do RTWS, pela forma como facilmente desiste de roubar trabalho, o que origina períodos de inatividade, no CPU em questão, quando a utilização geral do sistema é baixa. Embora o trabalho realizado se tenha focado em manter o custo de escalonamento baixo e em alcançar boa localidade dos dados, a escalonabilidade do sistema nunca foi negligenciada. Na verdade, o algoritmo de escalonamento proposto provou ser bastante robusto, não falhando qualquer meta temporal nas experiências realizadas. Portanto, podemos afirmar que alguma inversão de prioridades, causada pela sub-política de roubo BAS, não compromete os objetivos de escalonabilidade, e até ajuda a reduzir a contenção nas estruturas de dados. Mesmo assim, o RTWS também suporta uma sub-política de roubo determinística: PAS. A avaliação experimental, porém, não ajudou a ter uma noção clara do impacto de uma e de outra. No entanto, de uma maneira geral, podemos concluir que o RTWS é uma solução promissora para um escalonamento eficiente de tarefas paralelas com restrições temporais.

The periodic table: contest and exhibition

The systemization and organization of ideas and concepts is an integral part of science. In chemistry, the organization of the periodic table of the chemical elements in the 1860s was one of the greatest scientific breakthroughs ever made and in fact during the 20th century it became a universally recognized scientific icon (1). The periodic table is the fundamental classificatory scheme of the elements and summarizes the realm of chemistry (2). Simply knowing the position of an element in the periodic table tells us about its properties and is usually enough to predict how the element will behave in a wide variety of different situations or reactions (1). Based on this potential mine of information, it is possible to make reliable predictions of the properties of the compounds that each element forms. Nowadays, the concept of the periodic table is starting to interact with other sciences and reports of periodic tables of amino acids (3), genetic codes (4), protein structures (5), and biology (6) can be found in the specialized literature. Symbiosis between science and art, for example, “The Periodic Table of The Elephants” (7), can also be seen. To appeal to a better understanding of the periodic table, the Instituto Superior de Engenharia do Instituto Politécnico do Porto and the Centro de Química da Universidade do Porto promoted a contest and exhibit with the goal of stimulating a wide and heterogeneous audience, ranging from young children and their parents to graduate students from several disciplines, to explore the nature of this icon. Imaginative educational activities such as contests (8–10), games (11, 12), and puzzles (13–15) provided a way to communicate with the general public with the goal of attracting students to science. This also constituted an interesting, informative, and entertaining alternative to non-interactive lectures. Simultaneously, artistic creativity was combined with scientific knowledge.

Facile synthesis of freestanding Si nanowire arrays by one-step template-free electro-deoxidation of SiO2 in molten salt

This communication presents a novel kind of silicon nanomaterial: freestanding Si nanowire arrays (Si NWAs), which are synthesized facilely by one-step template-free electro-deoxidation of SiO2 in molten CaCl2. The self-assembling growth process of this material is also investigated preliminarily.

The cross crypto scheme cipher integration for securing SCADA component communication

Critical Infrastructures became more vulnerable to attacks from adversaries as SCADA systems become connected to the Internet. The open standards for SCADA Communications make it very easy for attackers to gain in-depth knowledge about the working and operations of SCADA networks. A number of Intenrnet SCADA security issues were raised that have compromised the authenticity, confidentiality, integrity and non-repudiation of information transfer between SCADA Components. This paper presents an integration of the Cross Crypto Scheme Cipher to secure communications for SCADA components. The proposed scheme integrates both the best features of symmetric and asymmetric encryptiontechniques. It also utilizes the MD5 hashing algorithm to ensure the integrity of information being transmitted.

Evaluating P-NET message's response time with fixed priority queuing at application process level

P-NET is a multi-master fieldbus standard based on a virtual token passing scheme. In P-NET each master is allowed to transmit only one message per token visit. In the worst-case, the communication response time can be derived considering that, in each token cycle, all stations use the token to transmit a message. In this paper, we define a more sophisticated P-NET model, which considers the actual token utilisation. We then analyse the possibility of implementing a local priority-based scheduling policy to improve the real-time behaviour of P-NET.

Communication response time in P-NET networks: worst-case analysis considering the actual token utilisation

Fieldbus networks aim at the interconnection of field devices such as sensors, actuators and small controllers. Therefore, they are an effective technology upon which Distributed Computer Controlled Systems (DCCS) can be built. DCCS impose strict timeliness requirements to the communication network. In essence, by timeliness requirements we mean that traffic must be sent and received within a bounded interval, otherwise a timing fault is said to occur. P-NET is a multi-master fieldbus standard based on a virtual token passing scheme. In P-NET each master is allowed to transmit only one message per token visit, which means that in the worst-case the communication response time could be derived considering that the token is fully utilised by all stations. However, such analysis can be proved to be quite pessimistic. In this paper we propose a more sophisticated P-NET timing analysis model, which considers the actual token utilisation by different masters. The major contribution of this model is to provide a less pessimistic, and thus more accurate, analysis for the evaluation of the worst-case communication response time in P-NET fieldbus networks.

Real-time scheduling of parallel tasks in the Linux Kernel

This paper proposes a global multiprocessor scheduling algorithm for the Linux kernel that combines the global EDF scheduler with a priority-aware work-stealing load balancing scheme, enabling parallel real-time tasks to be executed on more than one processor at a given time instant. We state that some priority inversion may actually be acceptable, provided it helps reduce contention, communication, synchronisation and coordination between parallel threads, while still guaranteeing the expected system’s predictability. Experimental results demonstrate the low scheduling overhead of the proposed approach comparatively to an existing real-time deadline-oriented scheduling class for the Linux kernel.

Dynamic global scheduling of parallel real-time tasks

High-level parallel languages offer a simple way for application programmers to specify parallelism in a form that easily scales with problem size, leaving the scheduling of the tasks onto processors to be performed at runtime. Therefore, if the underlying system cannot efficiently execute those applications on the available cores, the benefits will be lost. In this paper, we consider how to schedule highly heterogenous parallel applications that require real-time performance guarantees on multicore processors. The paper proposes a novel scheduling approach that combines the global Earliest Deadline First (EDF) scheduler with a priority-aware work-stealing load balancing scheme, which enables parallel realtime tasks to be executed on more than one processor at a given time instant. Experimental results demonstrate the better scalability and lower scheduling overhead of the proposed approach comparatively to an existing real-time deadline-oriented scheduling class for the Linux kernel.

Real-time scheduling with resource sharing on uniform multiprocessors

Consider the problem of scheduling a set of implicit-deadline sporadic tasks to meet all deadlines on a uniform multiprocessor platform where each task may access at most one of |R| shared resources and at most once by each job of that task. The resources have to be accessed in a mutually exclusive manner. We propose an algorithm, GIS-vpr, which offers the guarantee that if a task set is schedulable to meet deadlines by an optimal task assignment scheme that allows a task to migrate only when it accesses or releases a resource, then our algorithm also meets the deadlines with the same restriction on the task migration, if given processors 4 + 6|R| times as fast. The proposed algorithm, by design, limits the number of migrations per job to at most two. To the best of our knowledge, this is the first result for resource sharing on uniform multiprocessors with proven performance guarantee.

Server-based scheduling of parallel real-time tasks

Multicore platforms have transformed parallelism into a main concern. Parallel programming models are being put forward to provide a better approach for application programmers to expose the opportunities for parallelism by pointing out potentially parallel regions within tasks, leaving the actual and dynamic scheduling of these regions onto processors to be performed at runtime, exploiting the maximum amount of parallelism. It is in this context that this paper proposes a scheduling approach that combines the constant-bandwidth server abstraction with a priority-aware work-stealing load balancing scheme which, while ensuring isolation among tasks, enables parallel tasks to be executed on more than one processor at a given time instant.

Provably good scheduling of sporadic tasks with resource sharing on a two-type heterogeneous multiprocessor platform

Consider the problem of scheduling a set of implicit-deadline sporadic tasks to meet all deadlines on a two-type heterogeneous multiprocessor platform where a task may request at most one of |R| shared resources. There are m1 processors of type-1 and m2 processors of type-2. Tasks may migrate only when requesting or releasing resources. We present a new algorithm, FF-3C-vpr, which offers a guarantee that if a task set is schedulable to meet deadlines by an optimal task assignment scheme that only allows tasks to migrate when requesting or releasing a resource, then FF-3Cvpr also meets deadlines if given processors 4+6*ceil(|R|/min(m1,m2)) times as fast. As far as we know, it is the first result for resource sharing on heterogeneous platforms with provable performance.

Shannon entropy analysis of the genome code

This paper studies the chromosome information of twenty five species, namely, mammals, fishes, birds, insects, nematodes, fungus, and one plant. A quantifying scheme inspired in the state space representation of dynamical systems is formulated. Based on this algorithm, the information of each chromosome is converted into a bidimensional distribution. The plots are then analyzed and characterized by means of Shannon entropy. The large volume of information is integrated by averaging the lengths and entropy quantities of each species. The results can be easily visualized revealing quantitative global genomic information.

Provably good task assignment on heterogeneous multiprocessor platforms for a restricted case but with a stronger adversary

Consider the problem of scheduling a set of implicit-deadline sporadic tasks to meet all deadlines on a heterogeneous multiprocessor platform. We consider a restricted case where the maximum utilization of any task on any processor in the system is no greater than one. We use an algorithm proposed in [1] (we refer to it as LP-EE) from state-of-the-art for assigning tasks to heterogeneous multiprocessor platform and (re-)prove its performance guarantee for this restricted case but for a stronger adversary. We show that if a task set can be scheduled to meet deadlines on a heterogeneous multiprocessor platform by an optimal task assignment scheme that allows task migrations then LP-EE meets deadlines as well with no migrations if given processors twice as fast.

A multi-objective approach for the motion planning of redundant manipulators

Kinematic redundancy occurs when a manipulator possesses more degrees of freedom than those required to execute a given task. Several kinematic techniques for redundant manipulators control the gripper through the pseudo-inverse of the Jacobian, but lead to a kind of chaotic inner motion with unpredictable arm configurations. Such algorithms are not easy to adapt to optimization schemes and, moreover, often there are multiple optimization objectives that can conflict between them. Unlike single optimization, where one attempts to find the best solution, in multi-objective optimization there is no single solution that is optimum with respect to all indices. Therefore, trajectory planning of redundant robots remains an important area of research and more efficient optimization algorithms are needed. This paper presents a new technique to solve the inverse kinematics of redundant manipulators, using a multi-objective genetic algorithm. This scheme combines the closed-loop pseudo-inverse method with a multi-objective genetic algorithm to control the joint positions. Simulations for manipulators with three or four rotational joints, considering the optimization of two objectives in a workspace without and with obstacles are developed. The results reveal that it is possible to choose several solutions from the Pareto optimal front according to the importance of each individual objective.