Compression Efficiency Analysis of Wyner-Ziv Video Coding with Motion Compensated Side Information Interpolation

The Wyner-Ziv video coding (WZVC) rate distortion performance is highly dependent on the quality of the side information, an estimation of the original frame, created at the decoder. This paper, characterizes the WZVC efficiency when motion compensated frame interpolation (MCFI) techniques are used to generate the side information, a difficult problem in WZVC especially because the decoder only has available some reference decoded frames. The proposed WZVC compression efficiency rate model relates the power spectral of the estimation error to the accuracy of the MCFI motion field. Then, some interesting conclusions may be derived related to the impact of the motion field smoothness and the correlation to the true motion trajectories on the compression performance.

Reward-risk efficiency in proportional reinsurance with different risk measures

We have studied, in particular under normality of the implied random variables, the connections between different measures of risk such as the standard deviation, the W-ruin probability and the p-V@R. We discuss conditions granting the equivalence of these measures with respect to risk preference relations and the equivalence of dominance and efficiency of risk-reward criteria involving these measures. Then more specifically we applied these concepts to rigorously face the problem of finding the efficient set of de Finetti’s variable quota share proportional reinsurance.

From efficiency to optimality in proportional reinsurance under group correlation

Based on our recent discovery of closed form formulae of efficient Mean Variance retentions in variable quota-share proportional reinsurance under group correlation, we analyzed the influence of different combination of correlation and safety loading levels on the efficient frontier, both in a single period stylized problem and in a multiperiod one.

Direct multisearch for multiobjective optimization

In practical applications of optimization it is common to have several conflicting objective functions to optimize. Frequently, these functions are subject to noise or can be of black-box type, preventing the use of derivative-based techniques. We propose a novel multiobjective derivative-free methodology, calling it direct multisearch (DMS), which does not aggregate any of the objective functions. Our framework is inspired by the search/poll paradigm of direct-search methods of directional type and uses the concept of Pareto dominance to maintain a list of nondominated points (from which the new iterates or poll centers are chosen). The aim of our method is to generate as many points in the Pareto front as possible from the polling procedure itself, while keeping the whole framework general enough to accommodate other disseminating strategies, in particular, when using the (here also) optional search step. DMS generalizes to multiobjective optimization (MOO) all direct-search methods of directional type. We prove under the common assumptions used in direct search for single objective optimization that at least one limit point of the sequence of iterates generated by DMS lies in (a stationary form of) the Pareto front. However, extensive computational experience has shown that our methodology has an impressive capability of generating the whole Pareto front, even without using a search step. Two by-products of this paper are (i) the development of a collection of test problems for MOO and (ii) the extension of performance and data profiles to MOO, allowing a comparison of several solvers on a large set of test problems, in terms of their efficiency and robustness to determine Pareto fronts.

Scheduling maintenance activities of electric power transmission networks using an hybrid constraint method

In this paper we present a Constraint Logic Programming (CLP) based model, and hybrid solving method for the Scheduling of Maintenance Activities in the Power Transmission Network. The model distinguishes from others not only because of its completeness but also by the way it models and solves the Electric Constraints. Specifically we present a efficient filtering algorithm for the Electrical Constraints. Furthermore, the solving method improves the pure CLP methods efficiency by integrating a type of Local Search technique with CLP. To test the approach we compare the method results with another method using a 24 bus network, which considerers 42 tasks and 24 maintenance periods.

Predicted VO2 on 6 minutes walk test for FAP liver transplanted patients

Physical function is limited post-liver transplantation and exercise training can improve exercise capacity following transplantation but previously assessment of functional capacity is necessary. The 6 minute walk test (6MWT) is routinely used for studying patient’s exercise capacity and is less expensive and time consuming than a Cardiopulmonary Exercise Test (CPXT). There have been some studies looking at the relationship between 6MWT and peak VO2 in patients but few presented an adequate equation for predicted peak VO2 from 6MWT to transplanted patients and none for Familial Amyloidotic Polyneuropathy (FAP) liver transplanted patients (FAPTx). The aim of this study was to compare the validity of 6 equations as predictors of VO2 from the 6MWT and compare it with directly measured VO2 in patients FAPTx.

Ant colony system based approach to single machine scheduling problems: weighted tardiness scheduling problem

The paper introduces an approach to solve the problem of generating a sequence of jobs that minimizes the total weighted tardiness for a set of jobs to be processed in a single machine. An Ant Colony System based algorithm is validated with benchmark problems available in the OR library. The obtained results were compared with the best available results and were found to be nearer to the optimal. The obtained computational results allowed concluding on their efficiency and effectiveness.

Mapping stability : real rational maps of degree zero

In memory of our beloved Professor José Rodrigues Santos de Sousa Ramos (1948-2007), who João Cabral, one of the authors of this paper, had the honor of being his student between 2000 and 2006, we wrote this paper following the research by experimentation, using the new technologies to capture a new insight about a problem, as him so much love to do it. His passion was to create new relations between different fields of mathematics. He was a builder of bridges of knowledge, encouraging the birth of new ways to understand this science. One of the areas that Sousa Ramos researched was the iteration of maps and the description of its behavior, using the symbolic dynamics. So, in this issue of this journal, honoring his memory, we use experimental results to find some stable regions of a specific family of real rational maps, the ones that he worked with João Cabral. In this paper we describe a parameter space (a,b) to the real rational maps fa,b(x) = (x2 −a)/(x2 −b), using some tools of dynamical systems, as the study of the critical point orbit and Lyapunov exponents. We give some results regarding the stability of these family of maps when we iterate it, specially the ones connected to the order 3 of iteration. We hope that our results would help to understand better the behavior of these maps, preparing the ground to a more efficient use of the Kneading Theory on these family of maps, using symbolic dynamics.

Análise técnica e económico-financeira de um sistema de abastecimento de veículos zero emissões integrando um sistema fotovoltaico

Com o aumento da população mundial registado nos últimos anos surgiu também uma maior procura energética. Esse aumento foi inicialmente colmatado recorrendo essencialmente a fontes de origem fóssil, pelo facto destas serem mais baratas. No entanto, essa tendência de preços baixos sofreu o primeiro abalo nos anos 70 do século passado, altura em que o preço do petróleo disparou, devido a questões políticas. Nessa altura ficou visível para os países ocidentais o quanto estes eram dependentes dos países produtores de petróleo que, em geral, são instáveis politicamente. Começou então a procura de fontes energéticas alternativas. Além da questão económica do aumento do preço dos combustíveis, existe também o problema ambiental. Os maiores responsáveis pela emissão de gases efeito estufa (GEE) são os combustíveis fósseis. Os GEE contribuem para o aquecimento global, o que origina fenómenos ambientais severos que poderão levar a mudanças climáticas significativas. As energias renováveis apresentam-se como a solução mais viável ao problema energético e ambiental que se verifica actualmente, porque permitem colmatar o aumento da procura energética de uma forma limpa e sustentável. Na sequência destes problemas surgiram nos últimos anos veículos que permitem reduzir ou mesmo eliminar o consumo de combustíveis fósseis, como os veículos híbridos eléctricos, eléctricos e a hidrogénio. Nesta dissertação analisa-se um sistema que foi pensado para ser implementado em áreas de serviço, que permite efectuar o carregamento de electric vehicles (EV) utilizando energia eléctrica de origem fotovoltaica e a produção de hidrogénio para os fuels cell electric vehicles (FCEV). É efectuada uma análise económica do sistema, uma análise ambiental e analisou-se também o impacto na redução da dependência do país em relação ao exterior, sendo ainda efectuada uma pequena análise ao sistema MOBIE. No caso dos veículos a hidrogénio, foi determinada qual seria a melhor opção em termos económicos, para a produção de hidrogénio considerando três regimes de produção: recorrendo apenas à energia eléctrica proveniente do sistema fotovoltaico, apenas à energia eléctrica da rede, ou uma combinação dos dois regimes. O sistema estudado nesta dissertação apresenta um enorme potencial a nível energético e ambiental, surgindo como alternativa para abastecer os veículos que irão permitir, no futuro, eliminar a dependência energética em relação às fontes fósseis e ao mesmo tempo diminuir a quantidade de gases efeito estufa emitidos para a atmosfera.

PV system modeling by five parameters and in situ test

This paper focuses on a novel formalization for assessing the five parameter modeling of a photovoltaic cell. An optimization procedure is used as a feasibility problem to find the parameters tuned at the open circuit, maximum power, and short circuit points in order to assess the data needed for plotting the I-V curve. A comparison with experimental results is presented for two monocrystalline PV modules.

A one-dimensional prescribed curvature equation modeling the corneal shape

We prove existence, uniqueness, and stability of solutions of the prescribed curvature problem (u'/root 1 + u'(2))' = au - b/root 1 + u'(2) in [0, 1], u'(0) = u(1) = 0, for any given a > 0 and b > 0. We also develop a linear monotone iterative scheme for approximating the solution. This equation has been proposed as a model of the corneal shape in the recent paper (Okrasinski and Plociniczak in Nonlinear Anal., Real World Appl. 13:1498-1505, 2012), where a simplified version obtained by partial linearization has been investigated.

Memória de longo prazo nos retornos acionistas dos índices de referência da euronext, implicações para a hipótese de mercados eficientes e contributo fractal para aperfeiçoamento do capital asset pricing model

Não existe uma definição única de processo de memória de longo prazo. Esse processo é geralmente definido como uma série que possui um correlograma decaindo lentamente ou um espectro infinito de frequência zero. Também se refere que uma série com tal propriedade é caracterizada pela dependência a longo prazo e por não periódicos ciclos longos, ou que essa característica descreve a estrutura de correlação de uma série de longos desfasamentos ou que é convencionalmente expressa em termos do declínio da lei-potência da função auto-covariância. O interesse crescente da investigação internacional no aprofundamento do tema é justificado pela procura de um melhor entendimento da natureza dinâmica das séries temporais dos preços dos ativos financeiros. Em primeiro lugar, a falta de consistência entre os resultados reclama novos estudos e a utilização de várias metodologias complementares. Em segundo lugar, a confirmação de processos de memória longa tem implicações relevantes ao nível da (1) modelação teórica e econométrica (i.e., dos modelos martingale de preços e das regras técnicas de negociação), (2) dos testes estatísticos aos modelos de equilíbrio e avaliação, (3) das decisões ótimas de consumo / poupança e de portefólio e (4) da medição de eficiência e racionalidade. Em terceiro lugar, ainda permanecem questões científicas empíricas sobre a identificação do modelo geral teórico de mercado mais adequado para modelar a difusão das séries. Em quarto lugar, aos reguladores e gestores de risco importa saber se existem mercados persistentes e, por isso, ineficientes, que, portanto, possam produzir retornos anormais. O objetivo do trabalho de investigação da dissertação é duplo. Por um lado, pretende proporcionar conhecimento adicional para o debate da memória de longo prazo, debruçando-se sobre o comportamento das séries diárias de retornos dos principais índices acionistas da EURONEXT. Por outro lado, pretende contribuir para o aperfeiçoamento do capital asset pricing model CAPM, considerando uma medida de risco alternativa capaz de ultrapassar os constrangimentos da hipótese de mercado eficiente EMH na presença de séries financeiras com processos sem incrementos independentes e identicamente distribuídos (i.i.d.). O estudo empírico indica a possibilidade de utilização alternativa das obrigações do tesouro (OT’s) com maturidade de longo prazo no cálculo dos retornos do mercado, dado que o seu comportamento nos mercados de dívida soberana reflete a confiança dos investidores nas condições financeiras dos Estados e mede a forma como avaliam as respetiva economias com base no desempenho da generalidade dos seus ativos. Embora o modelo de difusão de preços definido pelo movimento Browniano geométrico gBm alegue proporcionar um bom ajustamento das séries temporais financeiras, os seus pressupostos de normalidade, estacionariedade e independência das inovações residuais são adulterados pelos dados empíricos analisados. Por isso, na procura de evidências sobre a propriedade de memória longa nos mercados recorre-se à rescaled-range analysis R/S e à detrended fluctuation analysis DFA, sob abordagem do movimento Browniano fracionário fBm, para estimar o expoente Hurst H em relação às séries de dados completas e para calcular o expoente Hurst “local” H t em janelas móveis. Complementarmente, são realizados testes estatísticos de hipóteses através do rescaled-range tests R/S , do modified rescaled-range test M - R/S e do fractional differencing test GPH. Em termos de uma conclusão única a partir de todos os métodos sobre a natureza da dependência para o mercado acionista em geral, os resultados empíricos são inconclusivos. Isso quer dizer que o grau de memória de longo prazo e, assim, qualquer classificação, depende de cada mercado particular. No entanto, os resultados gerais maioritariamente positivos suportam a presença de memória longa, sob a forma de persistência, nos retornos acionistas da Bélgica, Holanda e Portugal. Isto sugere que estes mercados estão mais sujeitos a maior previsibilidade (“efeito José”), mas também a tendências que podem ser inesperadamente interrompidas por descontinuidades (“efeito Noé”), e, por isso, tendem a ser mais arriscados para negociar. Apesar da evidência de dinâmica fractal ter suporte estatístico fraco, em sintonia com a maior parte dos estudos internacionais, refuta a hipótese de passeio aleatório com incrementos i.i.d., que é a base da EMH na sua forma fraca. Atendendo a isso, propõem-se contributos para aperfeiçoamento do CAPM, através da proposta de uma nova fractal capital market line FCML e de uma nova fractal security market line FSML. A nova proposta sugere que o elemento de risco (para o mercado e para um ativo) seja dado pelo expoente H de Hurst para desfasamentos de longo prazo dos retornos acionistas. O expoente H mede o grau de memória de longo prazo nos índices acionistas, quer quando as séries de retornos seguem um processo i.i.d. não correlacionado, descrito pelo gBm(em que H = 0,5 , confirmando- se a EMH e adequando-se o CAPM), quer quando seguem um processo com dependência estatística, descrito pelo fBm(em que H é diferente de 0,5, rejeitando-se a EMH e desadequando-se o CAPM). A vantagem da FCML e da FSML é que a medida de memória de longo prazo, definida por H, é a referência adequada para traduzir o risco em modelos que possam ser aplicados a séries de dados que sigam processos i.i.d. e processos com dependência não linear. Então, estas formulações contemplam a EMH como um caso particular possível.

Improving quality-of-service in wireless sensor networks by mitigating “Hidden-Node Collisions”

Wireless sensor networks (WSNs) emerge as underlying infrastructures for new classes of large-scale networked embedded systems. However, WSNs system designers must fulfill the quality-of-service (QoS) requirements imposed by the applications (and users). Very harsh and dynamic physical environments and extremely limited energy/computing/memory/communication node resources are major obstacles for satisfying QoS metrics such as reliability, timeliness, and system lifetime. The limited communication range of WSN nodes, link asymmetry, and the characteristics of the physical environment lead to a major source of QoS degradation in WSNs-the ldquohidden node problem.rdquo In wireless contention-based medium access control (MAC) protocols, when two nodes that are not visible to each other transmit to a third node that is visible to the former, there will be a collision-called hidden-node or blind collision. This problem greatly impacts network throughput, energy-efficiency and message transfer delays, and the problem dramatically increases with the number of nodes. This paper proposes H-NAMe, a very simple yet extremely efficient hidden-node avoidance mechanism for WSNs. H-NAMe relies on a grouping strategy that splits each cluster of a WSN into disjoint groups of non-hidden nodes that scales to multiple clusters via a cluster grouping strategy that guarantees no interference between overlapping clusters. Importantly, H-NAMe is instantiated in IEEE 802.15.4/ZigBee, which currently are the most widespread communication technologies for WSNs, with only minor add-ons and ensuring backward compatibility with their protocols standards. H-NAMe was implemented and exhaustively tested using an experimental test-bed based on ldquooff-the-shelfrdquo technology, showing that it increases network throughput and transmission success probability up to twice the values obtained without H-NAMe. H-NAMe effectiveness was also demonstrated in a target tracking application with mobile robots - over a WSN deployment.

Two protocols without periodicity for the global and preemptive scheduling problem of multi-mode real-time systems upon multiprocessor Platforms

We consider the problem of scheduling a multi-mode real-time system upon identical multiprocessor platforms. Since it is a multi-mode system, the system can change from one mode to another such that the current task set is replaced with a new task set. Ensuring that deadlines are met requires not only that a schedulability test is performed on tasks in each mode but also that (i) a protocol for transitioning from one mode to another is specified and (ii) a schedulability test for each transition is performed. We propose two protocols which ensure that all the expected requirements are met during every transition between every pair of operating modes of the system. Moreover, we prove the correctness of our proposed algorithms by extending the theory about the makespan determination problem.

H-NAMe: specifying, implementing and testing a hidden-node avoidance mechanism for wireless sensor networks

The hidden-node problem has been shown to be a major source of Quality-of-Service (QoS) degradation in Wireless Sensor Networks (WSNs) due to factors such as the limited communication range of sensor nodes, link asymmetry and the characteristics of the physical environment. In wireless contention-based Medium Access Control protocols, if two nodes that are not visible to each other transmit to a third node that is visible to the formers, there will be a collision – usually called hidden-node or blind collision. This problem greatly affects network throughput, energy-efficiency and message transfer delays, which might be particularly dramatic in large-scale WSNs. This technical report tackles the hidden-node problem in WSNs and proposes HNAMe, a simple yet efficient distributed mechanism to overcome it. H-NAMe relies on a grouping strategy that splits each cluster of a WSN into disjoint groups of non-hidden nodes and then scales to multiple clusters via a cluster grouping strategy that guarantees no transmission interference between overlapping clusters. We also show that the H-NAMe mechanism can be easily applied to the IEEE 802.15.4/ZigBee protocols with only minor add-ons and ensuring backward compatibility with the standard specifications. We demonstrate the feasibility of H-NAMe via an experimental test-bed, showing that it increases network throughput and transmission success probability up to twice the values obtained without H-NAMe. We believe that the results in this technical report will be quite useful in efficiently enabling IEEE 802.15.4/ZigBee as a WSN protocol.