Asiakastarpeiden kartoitus kuljetusten häiriöiden analysoinnin ja hallinnan kehittämiseksi

Tämä diplomityö on tehty osana Logproof-tutkimushanketta, joka keskittyy häiriöttömyyden hallintaan logistisissa monitoimijaverkostoissa. Työn tavoitteena on selvittää logistiikkaintensiivisten yritysten tarpeita kuljetusten häiriöiden analysoinnin ja hallinnan kehittämiseksi ja siten ennakoivan riskienhallinnan edistämiseksi. Asiakastarvetietoa on kerätty hyödyntäen puolistrukturoituja haastatteluja ja tietoa on analysoitu käyttäen hyväksi sisällönanalyysiä sekä tulkintataulukkoa. Kiinnostus kuljetusten häiriöitä ja niiden analysointia kohtaan on kasvamassa ja yrityksissä tiedostetaan hallintajärjestelmien ja analysoinnin tarve tulevaisuudessa. Kirjallisuuskatsauksen ja asiakastarpeiden kartoituksen avulla työssä on selvitetty yritysten nykytilaa kuljetusten häiriöiden hallinnan ja analysoinnin osalta ja tarkasteltu mahdollisia tulevaisuuden kehityssuuntia analysoimalla asiakkaiden näkyviä ja piileviä tarpeita. Työssä on edellisten lisäksi tarkasteltu, kuinka havaitut asiakastarpeet ovat sovitettavissa yhteen case-yrityksen, Oy Lars Krogius Ab:n, ARS (Analytic Rou-ting Solution) -palvelun ominaispiirteiden kanssa. Työ tarjoaa tarvetietoa palvelun tulevaisuuden kehitykselle.

On Energy Efficient Computing Platforms

In accordance with the Moore's law, the increasing number of on-chip integrated transistors has enabled modern computing platforms with not only higher processing power but also more affordable prices. As a result, these platforms, including portable devices, work stations and data centres, are becoming an inevitable part of the human society. However, with the demand for portability and raising cost of power, energy efficiency has emerged to be a major concern for modern computing platforms. As the complexity of on-chip systems increases, Network-on-Chip (NoC) has been proved as an efficient communication architecture which can further improve system performances and scalability while reducing the design cost. Therefore, in this thesis, we study and propose energy optimization approaches based on NoC architecture, with special focuses on the following aspects. As the architectural trend of future computing platforms, 3D systems have many bene ts including higher integration density, smaller footprint, heterogeneous integration, etc. Moreover, 3D technology can signi cantly improve the network communication and effectively avoid long wirings, and therefore, provide higher system performance and energy efficiency. With the dynamic nature of on-chip communication in large scale NoC based systems, run-time system optimization is of crucial importance in order to achieve higher system reliability and essentially energy efficiency. In this thesis, we propose an agent based system design approach where agents are on-chip components which monitor and control system parameters such as supply voltage, operating frequency, etc. With this approach, we have analysed the implementation alternatives for dynamic voltage and frequency scaling and power gating techniques at different granularity, which reduce both dynamic and leakage energy consumption. Topologies, being one of the key factors for NoCs, are also explored for energy saving purpose. A Honeycomb NoC architecture is proposed in this thesis with turn-model based deadlock-free routing algorithms. Our analysis and simulation based evaluation show that Honeycomb NoCs outperform their Mesh based counterparts in terms of network cost, system performance as well as energy efficiency.

Design Space Exploration for MPSoC Architectures

Multiprocessor system-on-chip (MPSoC) designs utilize the available technology and communication architectures to meet the requirements of the upcoming applications. In MPSoC, the communication platform is both the key enabler, as well as the key differentiator for realizing efficient MPSoCs. It provides product differentiation to meet a diverse, multi-dimensional set of design constraints, including performance, power, energy, reconfigurability, scalability, cost, reliability and time-to-market. The communication resources of a single interconnection platform cannot be fully utilized by all kind of applications, such as the availability of higher communication bandwidth for computation but not data intensive applications is often unfeasible in the practical implementation. This thesis aims to perform the architecture-level design space exploration towards efficient and scalable resource utilization for MPSoC communication architecture. In order to meet the performance requirements within the design constraints, careful selection of MPSoC communication platform, resource aware partitioning and mapping of the application play important role. To enhance the utilization of communication resources, variety of techniques such as resource sharing, multicast to avoid re-transmission of identical data, and adaptive routing can be used. For implementation, these techniques should be customized according to the platform architecture. To address the resource utilization of MPSoC communication platforms, variety of architectures with different design parameters and performance levels, namely Segmented bus (SegBus), Network-on-Chip (NoC) and Three-Dimensional NoC (3D-NoC), are selected. Average packet latency and power consumption are the evaluation parameters for the proposed techniques. In conventional computing architectures, fault on a component makes the connected fault-free components inoperative. Resource sharing approach can utilize the fault-free components to retain the system performance by reducing the impact of faults. Design space exploration also guides to narrow down the selection of MPSoC architecture, which can meet the performance requirements with design constraints.

Thermal-Aware Networked Many-Core Systems

Advancements in IC processing technology has led to the innovation and growth happening in the consumer electronics sector and the evolution of the IT infrastructure supporting this exponential growth. One of the most difficult obstacles to this growth is the removal of large amount of heatgenerated by the processing and communicating nodes on the system. The scaling down of technology and the increase in power density is posing a direct and consequential effect on the rise in temperature. This has resulted in the increase in cooling budgets, and affects both the life-time reliability and performance of the system. Hence, reducing on-chip temperatures has become a major design concern for modern microprocessors. This dissertation addresses the thermal challenges at different levels for both 2D planer and 3D stacked systems. It proposes a self-timed thermal monitoring strategy based on the liberal use of on-chip thermal sensors. This makes use of noise variation tolerant and leakage current based thermal sensing for monitoring purposes. In order to study thermal management issues from early design stages, accurate thermal modeling and analysis at design time is essential. In this regard, spatial temperature profile of the global Cu nanowire for on-chip interconnects has been analyzed. It presents a 3D thermal model of a multicore system in order to investigate the effects of hotspots and the placement of silicon die layers, on the thermal performance of a modern ip-chip package. For a 3D stacked system, the primary design goal is to maximise the performance within the given power and thermal envelopes. Hence, a thermally efficient routing strategy for 3D NoC-Bus hybrid architectures has been proposed to mitigate on-chip temperatures by herding most of the switching activity to the die which is closer to heat sink. Finally, an exploration of various thermal-aware placement approaches for both the 2D and 3D stacked systems has been presented. Various thermal models have been developed and thermal control metrics have been extracted. An efficient thermal-aware application mapping algorithm for a 2D NoC has been presented. It has been shown that the proposed mapping algorithm reduces the effective area reeling under high temperatures when compared to the state of the art.

Kuljetustensuunnittelu- ja reitinoptimointiohjelmiston kaupallistamiseen vaikuttavat keskeiset ominaisuudet

Ajoneuvojen reititystä on tutkittu 1950-luvulta asti, alunperin etsiessä polttoainekuljetuksille optimaalisinta reittiä varastolta useille palveluasemille. Siitä lähtien ajoneuvon reititystehtäviä on tutkittu akateemisesti ja niistä on muodostettu kymmeniä erilaisia variaatioita. Tehtävien ratkaisumenetelmät jaetaan tyypillisesti tarkkoihin menetelmiin sekä heuristiikkoihin ja metaheuristiikkoihin. Konetehon ja heuristiikoissa käytettävien algoritmien kehittymisen myötä reitinoptimointia on alettu tarjota kaupallisesti. CO-SKY-projektin tavoitteena on kaupallistaa web-pohjainen tai toiminnanohjausjärjestelmään integroitava ajoneuvon reititys. Diplomityössä tutkitaan kuljetustensuunnittelu- ja reitinoptimointiohjelmistojen kaupallistamiseen vaikuttavia keskeisiä ominaisuuksia. Ominaisuuksia on tarkasteltu: 1) erityisesti pk-kuljetusyritysten tarpeiden ja vaatimusten pohjalta, ja 2) markkinoilla olevien ohjelmistojen tarjontaa arvioiden. Näiden pohjalta on myös pyritty arvioimaan kysynnän ja tarjonnan kohtaamista. Pilottiasiakkaita haastattelemalla ohjelmistolle on kyetty asettamaan vaatimuksia, mutta samalla on kuultu käyttäjien mielipiteitä optimoinnista. Lukuisia logistiikkaohjelmistojen tarjoajia on haastateltu logistiikkamessuilla sekä Suomessa että Saksassa. Haastattelujen perusteella on saatu käsitys kyseisistä ohjelmista sekä optimoinnin tarjonnasta että kysynnästä. Akateeminen tutkimus aiheesta on laajaa, koskien niin teknistä toteutusta kuin myös (kysely-)tutkimuksia tarjolla olevien ohjelmistojen ominaisuuksista ja laadusta. Kuljetusyritysten tarpeissa on vaihtelua yritys- ja alakohtaisesti. Perusongelmat ovat samoja, joita reitinoptimoinnin akateemisessa tutkimuksessa käsitellään ja joita kaupalliset ohjelmistot pystyvät ratkaisemaan. Vaikka reitinoptimoinnilla saatavat hyödyt ovat mitattavissa, suunnittelu etenkin pk-yrityksissä tehdään pääosin yhä käsin. Messuhaastattelujen ja loppukäyttäjien mielipiteiden perusteella voidaan todeta kaupallisten ratkaisujen olevan suunniteltu isommille kuljetusyrityksille: tyypillisen it-projektin hinta, käyttöönottoaika ja asennus sekä ratkaisun takaisinmaksuaika vaikuttavat pk-yritysten hankintapäätökseen. Kaupallistamiseen liittyen haasteet liittyvät erityisesti segmentointiin ja markkinointiin asiakasarvon todentamisen ja sen välittämisen kautta.

Myynti ja toimituskanavan valinta ulkomaan kaupassa, kohdemaa Venäjä

Parissa kymmenessä vuodessa on tapahtunut paljon muutoksia. Neuvostoliitto hajosi, Suomen talousrakenne muuttui, globalisaatio kiihtyy kasvavalla vauhdilla, viennin kuljetusmuotoihin on tullut muutoksia, mutta yritystoiminta edellyttää pysymistä ajan tasalla. Tässä diplomityössä tutkitaan myynti- ja toimituskanavien valintoja EU:sta Venäjälle tapahtuvissa viennissä. Työssä käytetään Venäjältä saatavaa tietoa, sillä suurimmat lopputulokseen vaikuttavat kuljetuskustannukset kuten kuljetus, tavaran käsittely ja välivarastointi syntyvät Venäjän puolella. Vienti EU:sta Venäjälle on kasvanut koko ajan tasaisella vauhdilla ja muodostanut samalla tavanomaisesta poikkeavia kuljetusmenetelmiä. Suomessa pk-yrityksillä ei ole resursseja perehtyä aiheeseen, mutta koko ajan yhä useammat yritykset harjoittavat kauppaa ohjaamalla tavaran valmistajalta suoraan vastaanottajalle. Silloin tavara on lähetettävä esimerkiksi eurooppalaiselta keskusvarastolta Venäjälle, jolloin säästytään turhista kuljetuksista Suomen kautta. Työssä tutkitaan yleisimpiä käytössä olevia kuljetusmuotoja, rautatiekuljetuksen potentiaalia ja maantiekuljetuksen mahdollisuuksia. Siinä analysoidaan logistisen teorian pääpiirteitä, yritystoiminnan logistisia prosesseja samoin kuin EU:n vientisäädöksiä ja EU:sta lähtevien vientikuljetuksien organisointiongelmia. Käytössäni on logististen prosessien rakenteen metodologia. Työssä suoritetaan vientiprosessin tutkimus ja esitetään suoritetun tutkimuksen tulokset. Tuloksien pohjalta tehdään päätökset.

Replikoitavan palvelinjärjestelmän toteuttaminen julkisen liikenteen avoimen datan jakeluun

Tässä diplomityössä tutkittiin, miten toteuttaa replikoitava palvelinjärjestelmä julkisen liikenteen avoimen datan jakeluun. Tutkimuksessa selvitettiin, onko vastaavanlaisia järjestelmiä suunniteltu aiemmin, vai pitääkö järjestelmä suunnitella itse. Projektissa käytettiin avoimen lähdekoodin OneBusAway-ohjelmistokokonaisuutta. Projektin avulla osoitettiin, että kyseinen ohjelmisto toimi yliopiston testikäytössä hyvin. Ohjelmiston avulla pystytään jakelemaan staattista ja reaaliaikaista dataa, ja se on replikoitavissa kunnasta toiseen maailmanlaajuisesti. Tulevaisuudessa olisi kuitenkin hyvä selvittää, miten ohjelmistosta puuttuva reittihakuominaisuus kannattaisi toteuttaa, sekä olisiko REST- rajapinta mahdollista muuttaa sellaiseksi, että se noudattaisi julkisen liikenteen standardeja.

Participation of the endoplasmic reticulum protein chaperone thio-oxidoreductase in gonadotropin-releasing hormone receptor expression at the plasma membrane

Chaperone members of the protein disulfide isomerase family can catalyze the thiol-disulfide exchange reaction with pairs of cysteines. There are 14 protein disulfide isomerase family members, but the ability to catalyze a thiol disulfide exchange reaction has not been demonstrated for all of them. Human endoplasmic reticulum protein chaperone thio-oxidoreductase (ERp18) shows partial oxidative activity as a protein disulfide isomerase. The aim of the present study was to evaluate the participation of ERp18 in gonadotropin-releasing hormone receptor (GnRHR) expression at the plasma membrane. Cos-7 cells were cultured, plated, and transfected with 25 ng (unless indicated) wild-type human GnRHR (hGnRHR) or mutant GnRHR (Cys14Ala and Cys200Ala) and pcDNA3.1 without insert (empty vector) or ERp18 cDNA (75 ng/well), pre-loaded for 18 h with 1 µCi myo-[2-3H(N)]-inositol in 0.25 mL DMEM and treated for 2 h with buserelin. We observed a decrease in maximal inositol phosphate (IP) production in response to buserelin in the cells co-transfected with hGnRHR, and a decrease from 20 to 75 ng of ERp18 compared with cells co-transfected with hGnRHR and empty vector. The decrease in maximal IP was proportional to the amount of ERp18 DNA over the range examined. Mutants (Cys14Ala and Cys200Ala) that could not form the Cys14-Cys200 bridge essential for plasma membrane routing of the hGnRHR did not modify maximal IP production when they were co-transfected with ERp18. These results suggest that ERp18 has a reduction role on disulfide bonds in wild-type hGnRHR folding.

Modelling Energy Consumption of a Switch using Fuzzy-Rule Classifier

The energy consumption of IT equipments is becoming an issue of increasing importance. In particular, network equipments such as routers and switches are major contributors to the energy consumption of internet. Therefore it is important to understand how the relationship between input parameters such as bandwidth, number of active ports, traffic-load, hibernation-mode and their impact on energy consumption of a switch. In this paper, the energy consumption of a switch is analyzed in extensive experiments. A fuzzy rule-based model of energy consumption of a switch is proposed based on the result of experiments. The model can be used to predict the energy saving when deploying new switches by controlling the parameters to achieve desired energy consumption and subsequent performance. Furthermore, the model can also be used for further researches on energy saving techniques such as energy-efficient routing protocol, dynamic link shutdown, etc.

Properties and algorithms of the (n, k)-arrangement graphs

The (n, k)-arrangement interconnection topology was first introduced in 1992. The (n, k )-arrangement graph is a class of generalized star graphs. Compared with the well known n-star, the (n, k )-arrangement graph is more flexible in degree and diameter. However, there are few algorithms designed for the (n, k)-arrangement graph up to present. In this thesis, we will focus on finding graph theoretical properties of the (n, k)- arrangement graph and developing parallel algorithms that run on this network. The topological properties of the arrangement graph are first studied. They include the cyclic properties. We then study the problems of communication: broadcasting and routing. Embedding problems are also studied later on. These are very useful to develop efficient algorithms on this network. We then study the (n, k )-arrangement network from the algorithmic point of view. Specifically, we will investigate both fundamental and application algorithms such as prefix sums computation, sorting, merging and basic geometry computation: finding convex hull on the (n, k )-arrangement graph. A literature review of the state-of-the-art in relation to the (n, k)-arrangement network is also provided, as well as some open problems in this area.

Properties and algorithms of the hyper-star graph and its related graphs

The hyper-star interconnection network was proposed in 2002 to overcome the drawbacks of the hypercube and its variations concerning the network cost, which is defined by the product of the degree and the diameter. Some properties of the graph such as connectivity, symmetry properties, embedding properties have been studied by other researchers, routing and broadcasting algorithms have also been designed. This thesis studies the hyper-star graph from both the topological and algorithmic point of view. For the topological properties, we try to establish relationships between hyper-star graphs with other known graphs. We also give a formal equation for the surface area of the graph. Another topological property we are interested in is the Hamiltonicity problem of this graph. For the algorithms, we design an all-port broadcasting algorithm and a single-port neighbourhood broadcasting algorithm for the regular form of the hyper-star graphs. These algorithms are both optimal time-wise. Furthermore, we prove that the folded hyper-star, a variation of the hyper-star, to be maixmally fault-tolerant.

Properties and Algorithms of the KCube Graphs

The KCube interconnection topology was rst introduced in 2010. The KCube graph is a compound graph of a Kautz digraph and hypercubes. Compared with the at- tractive Kautz digraph and well known hypercube graph, the KCube graph could accommodate as many nodes as possible for a given indegree (and outdegree) and the diameter of interconnection networks. However, there are few algorithms designed for the KCube graph. In this thesis, we will concentrate on nding graph theoretical properties of the KCube graph and designing parallel algorithms that run on this network. We will explore several topological properties, such as bipartiteness, Hamiltonianicity, and symmetry property. These properties for the KCube graph are very useful to develop efficient algorithms on this network. We will then study the KCube network from the algorithmic point of view, and will give an improved routing algorithm. In addition, we will present two optimal broadcasting algorithms. They are fundamental algorithms to many applications. A literature review of the state of the art network designs in relation to the KCube network as well as some open problems in this field will also be given.

Properties and Algorithms of the KCube Interconnection Networks

The KCube interconnection network was first introduced in 2010 in order to exploit the good characteristics of two well-known interconnection networks, the hypercube and the Kautz graph. KCube links up multiple processors in a communication network with high density for a fixed degree. Since the KCube network is newly proposed, much study is required to demonstrate its potential properties and algorithms that can be designed to solve parallel computation problems. In this thesis we introduce a new methodology to construct the KCube graph. Also, with regard to this new approach, we will prove its Hamiltonicity in the general KC(m; k). Moreover, we will find its connectivity followed by an optimal broadcasting scheme in which a source node containing a message is to communicate it with all other processors. In addition to KCube networks, we have studied a version of the routing problem in the traditional hypercube, investigating this problem: whether there exists a shortest path in a Qn between two nodes 0n and 1n, when the network is experiencing failed components. We first conditionally discuss this problem when there is a constraint on the number of faulty nodes, and subsequently introduce an algorithm to tackle the problem without restrictions on the number of nodes.

Une heuristique à grand voisinage pour un problème de confection de tournée pour un seul véhicule avec cueillettes et livraisons et contrainte de chargement

Dans ce mémoire, nous présentons un nouveau type de problème de confection de tour- née pour un seul véhicule avec cueillettes et livraisons et contrainte de chargement. Cette variante est motivée par des problèmes similaires rapportés dans la littérature. Le véhi- cule en question contient plusieurs piles où des colis de hauteurs différentes sont empilés durant leur transport. La hauteur totale des items contenus dans chacune des piles ne peut dépasser une certaine hauteur maximale. Aucun déplacement n’est permis lors de la li- vraison d’un colis, ce qui signifie que le colis doit être sur le dessus d’une pile au moment d’être livré. De plus, tout colis i ramassé avant un colis j et contenu dans la même pile doit être livré après j. Une heuristique à grand voisinage, basé sur des travaux récents dans le domaine, est proposée comme méthode de résolution. Des résultats numériques sont rapportés pour plusieurs instances classiques ainsi que pour de nouvelles instances.

Planification et dimensionnement des réseaux optiques de longues distances

Le projet de recherche porte sur l'étude des problèmes de conception et de planification d'un réseau optique de longue distance, aussi appelé réseau de coeur (OWAN-Optical Wide Area Network en anglais). Il s'agit d'un réseau qui transporte des flots agrégés en mode commutation de circuits. Un réseau OWAN relie différents sites à l'aide de fibres optiques connectées par des commutateurs/routeurs optiques et/ou électriques. Un réseau OWAN est maillé à l'échelle d'un pays ou d’un continent et permet le transit des données à très haut débit. Dans une première partie du projet de thèse, nous nous intéressons au problème de conception de réseaux optiques agiles. Le problème d'agilité est motivé par la croissance de la demande en bande passante et par la nature dynamique du trafic. Les équipements déployés par les opérateurs de réseaux doivent disposer d'outils de configuration plus performants et plus flexibles pour gérer au mieux la complexité des connexions entre les clients et tenir compte de la nature évolutive du trafic. Souvent, le problème de conception d'un réseau consiste à prévoir la bande passante nécessaire pour écouler un trafic donné. Ici, nous cherchons en plus à choisir la meilleure configuration nodale ayant un niveau d'agilité capable de garantir une affectation optimale des ressources du réseau. Nous étudierons également deux autres types de problèmes auxquels un opérateur de réseau est confronté. Le premier problème est l'affectation de ressources du réseau. Une fois que l'architecture du réseau en termes d'équipements est choisie, la question qui reste est de savoir : comment dimensionner et optimiser cette architecture pour qu'elle rencontre le meilleur niveau possible d'agilité pour satisfaire toute la demande. La définition de la topologie de routage est un problème d'optimisation complexe. Elle consiste à définir un ensemble de chemins optiques logiques, choisir les routes physiques suivies par ces derniers, ainsi que les longueurs d'onde qu'ils utilisent, de manière à optimiser la qualité de la solution obtenue par rapport à un ensemble de métriques pour mesurer la performance du réseau. De plus, nous devons définir la meilleure stratégie de dimensionnement du réseau de façon à ce qu'elle soit adaptée à la nature dynamique du trafic. Le second problème est celui d'optimiser les coûts d'investissement en capital(CAPEX) et d'opération (OPEX) de l'architecture de transport proposée. Dans le cas du type d'architecture de dimensionnement considérée dans cette thèse, le CAPEX inclut les coûts de routage, d'installation et de mise en service de tous les équipements de type réseau installés aux extrémités des connexions et dans les noeuds intermédiaires. Les coûts d'opération OPEX correspondent à tous les frais liés à l'exploitation du réseau de transport. Étant donné la nature symétrique et le nombre exponentiel de variables dans la plupart des formulations mathématiques développées pour ces types de problèmes, nous avons particulièrement exploré des approches de résolution de type génération de colonnes et algorithme glouton qui s'adaptent bien à la résolution des grands problèmes d'optimisation. Une étude comparative de plusieurs stratégies d'allocation de ressources et d'algorithmes de résolution, sur différents jeux de données et de réseaux de transport de type OWAN démontre que le meilleur coût réseau est obtenu dans deux cas : une stratégie de dimensionnement anticipative combinée avec une méthode de résolution de type génération de colonnes dans les cas où nous autorisons/interdisons le dérangement des connexions déjà établies. Aussi, une bonne répartition de l'utilisation des ressources du réseau est observée avec les scénarios utilisant une stratégie de dimensionnement myope combinée à une approche d'allocation de ressources avec une résolution utilisant les techniques de génération de colonnes. Les résultats obtenus à l'issue de ces travaux ont également démontré que des gains considérables sont possibles pour les coûts d'investissement en capital et d'opération. En effet, une répartition intelligente et hétérogène de ressources d’un réseau sur l'ensemble des noeuds permet de réaliser une réduction substantielle des coûts du réseau par rapport à une solution d'allocation de ressources classique qui adopte une architecture homogène utilisant la même configuration nodale dans tous les noeuds. En effet, nous avons démontré qu'il est possible de réduire le nombre de commutateurs photoniques tout en satisfaisant la demande de trafic et en gardant le coût global d'allocation de ressources de réseau inchangé par rapport à l'architecture classique. Cela implique une réduction substantielle des coûts CAPEX et OPEX. Dans nos expériences de calcul, les résultats démontrent que la réduction de coûts peut atteindre jusqu'à 65% dans certaines jeux de données et de réseau.