Visualizing the Simulation of 3-D Underwater Sensor Networks

The majority of sensor network research deals with land-based networks, which are essentially two-dimensional, and thus the majority of simulation and animation tools also only handle such networks. Underwater sensor networks on the other hand, are essentially 3D networks because the depth at which a sensor node is located needs to be considered as well. Due to that additional dimension, specialized tools need to be used when conducting simulations for experimentation. The School of Engineering’s Underwater Sensor Network (UWSN) lab is conducting research on underwater sensor networks and requires simulation tools for 3D networks. The lab has extended NS-2, a widely used network simulator, so that it can simulate three-dimensional networks. However, NAM, a widely used network animator, currently only supports two-dimensional networks and no extensions have been implemented to give it three-dimensional capabilities. In this project, we develop a network visualization tool that functions similarly to NAM but is able to render network environments in full 3-D. It is able to take as input a NS-2 trace file (the same file taken as input by NAM), create the environment, position the sensor nodes, and animate the events of the simulation. Further, the visualization tool is easy to use, especially friendly to NAM users, as it is designed to follow the interfaces and functions similar to NAM. So far, the development has fulfilled the basic functionality. Future work includes fully functional capabilities for visualization and much improved user interfaces.

Agent-based modeling and simulation for the design of the future european Air Traffic Management system: the experience of CASSIOPEIA

The SESAR (Single European Sky ATM Research) program is an ambitious re-search and development initiative to design the future European air traffic man-agement (ATM) system. The study of the behavior of ATM systems using agent-based modeling and simulation tools can help the development of new methods to improve their performance. This paper presents an overview of existing agent-based approaches in air transportation (paying special attention to the challenges that exist for the design of future ATM systems) and, subsequently, describes a new agent-based approach that we proposed in the CASSIOPEIA project, which was developed according to the goals of the SESAR program. In our approach, we use agent models for different ATM stakeholders, and, in contrast to previous work, our solution models new collaborative decision processes for flow traffic management, it uses an intermediate level of abstraction (useful for simulations at larger scales), and was designed to be a practical tool (open and reusable) for the development of different ATM studies. It was successfully applied in three stud-ies related to the design of future ATM systems in Europe.

Tool support for executable documentation of Java class hierarchies

While object-oriented programming offers great solutions for today's software developers, this success has created difficult problems in class documentation and testing. In Java, two tools provide assistance: Javadoc allows class interface documentation to be embedded as code comments and JUnit supports unit testing by providing assert constructs and a test framework. This paper describes JUnitDoc, an integration of Javadoc and JUnit, which provides better support for class documentation and testing. With JUnitDoc, test cases are embedded in Javadoc comments and used as both examples for documentation and test cases for quality assurance. JUnitDoc extracts the test cases for use in HTML files serving as class documentation and in JUnit drivers for class testing. To address the difficult problem of testing inheritance hierarchies, JUnitDoc provides a novel solution in the form of a parallel test hierarchy. A small controlled experiment compares the readability of JUnitDoc documentation to formal documentation written in Object-Z. Copyright (c) 2005 John Wiley & Sons, Ltd.

Evaluation of Pareto/D/1/k Queue by Simulation

The finding that Pareto distributions are adequate to model Internet packet interarrival times has motivated the proposal of methods to evaluate steady-state performance measures of Pareto/D/1/k queues. Some limited analytical derivation for queue models has been proposed in the literature, but their solutions are often of a great mathematical challenge. To overcome such limitations, simulation tools that can deal with general queueing system must be developed. Despite certain limitations, simulation algorithms provide a mechanism to obtain insight and good numerical approximation to parameters of queues. In this work, we give an overview of some of these methods and compare them with our simulation approach, which are suited to solve queues with Generalized-Pareto interarrival time distributions. The paper discusses the properties and use of the Pareto distribution. We propose a real time trace simulation model for estimating the steady-state probability showing the tail-raising effect, loss probability, delay of the Pareto/D/1/k queue and make a comparison with M/D/1/k. The background on Internet traffic will help to do the evaluation correctly. This model can be used to study the long- tailed queueing systems. We close the paper with some general comments and offer thoughts about future work.

Evaluating the effectiveness of signal timing optimization based on microscopic simulation evaluation

The optimization of the timing parameters of traffic signals provides for efficient operation of traffic along a signalized transportation system. Optimization tools with macroscopic simulation models have been used to determine optimal timing plans. These plans have been, in some cases, evaluated and fine tuned using microscopic simulation tools. A number of studies show inconsistencies between optimization tool results based on macroscopic simulation and the results obtained from microscopic simulation. No attempts have been made to determine the reason behind these inconsistencies. This research investigates whether adjusting the parameters of macroscopic simulation models to correspond to the calibrated microscopic simulation model parameters can reduce said inconsistencies. The adjusted parameters include platoon dispersion model parameters, saturation flow rates, and cruise speeds. The results from this work show that adjusting cruise speeds and saturation flow rates can have significant impacts on improving the optimization/macroscopic simulation results as assessed by microscopic simulation models.

Up-Link/Down-Link capacity Unbalance analysis in UMTS using a GIS based Planning Tool and MATLAB simulation

Capacity analysis using simulation is not a new thing in literature. Most of the development process of UMTS standardization have used simulation tools; however, we thing that the use of GIS planning tools and matrix manipulation capacity of MATLAB can show us different scenarios and make a more realistic analysis. Some work is been doing in COST 273 in order to have more realistic scenarios for UMTS planning. Our work initially was centered in uplink analysis, but we are now working in downlink analysis, specifically in two areas: capacity in number of users for RT and NRT services, and Node B power. In this work we will show results for up-link capacity and some results for downlink capacity and BS power consumption.

Laying the path to consumer-level immersive simulation environment

Since the end of the long winter of virtual reality (VR) at the beginning of the 2010 decade, many improvements have been made in terms of hardware technologies and software platforms performances and costs. Many expect such trend will continue, pushing the penetration rate of virtual reality headsets to skyrocket at some point in the future, just as mobile platforms did before. In the meantime, virtual reality is slowly transitioning from a specialized laboratory-only technology, to a consumer electronics appliance, opening interesting opportunities and challenges. In this transition, two interesting research questions amount to how 2D-based content and applications may benefit (or be hurt) by the adoption of 3D-based immersive environments and to how to proficiently support such integration. Acknowledging the relevance of the former, we here consider the latter question, focusing our attention on the diversified family of PC-based simulation tools and platforms. VR-based visualization is, in fact, widely understood and appreciated in the simulation arena, but mainly confined to high performance computing laboratories. Our contribution here aims at characterizing the simulation tools which could benefit from immersive interfaces, along with a general framework and a preliminary implementation which may be put to good use to support their transition from uniquely 2D to blended 2D/3D environments.

Aplicação de ferramentas de simulação de processos

Este trabalho foi efectuado com o propósito de interpretar, compreender e explicar algumas ferramentas de simulação de processos, em particular o Aspen Energy Analyzer (AEA), o Aspen Economic Evaluation (AEE) e o seu funcionamento integrado com o Aspen Hysys(AH). O AH é uma ferramenta de modelação de processos para a concepção de projectos de engenharia química, o AEA é uma ferramenta de modelação de redes de integração energética. O AEE integrado no AH é uma ferramenta que permite incorporar estudos económicos numa fase preliminar do desenvolvimento de um projecto de engenharia. A abordagem a este trabalho foi efectuada através do estudo de Casos. O Caso I foi baseado na resolução de um problema no AEA através da construção e optimização de uma rede de permutadores de calor. Os Casos II e III foram baseados na construção de um flowsheet de produção de Benzeno e de Cloreto de Vinil, respectivamente, e cada Caso foi dividido em dois cenários diferentes. Para o efeito foram utilizados os softwares AEA para a integração energética dos processos, o AH para construção do fluxograma do processo e o AEE para os estudos económicos dos diferentes cenários. Finalmente, os Casos IV e V dizem respeito à resolução de um problema de integração energética. O Caso IV foi baseado num problema de optimização da rede de permutadores através do aumento da sua área. Já o Caso V foi baseado na informação inicial das correntes do caso anterior e em dois cenários diferentes, nos quais foi estudada a influência dos preços das utilidades na construção da rede de permutadores. A conclusão foi que as ferramentas de modelação, particularmente o AH, o AEA e o AEE são uma mais-valia extraordinária para ajudar o utilizador na tomada de decisões em fases bastante preliminares da engenharia de processos.

Desenvolvimento do sistema de tracção de um veículo eléctrico ecológico com travagem regenerativa

Nesta dissertação descreve-se uma metodologia de dimensionamento do sistema de tracção para equipar um veículo eléctrico ecológico (VEECO) com inclusão de um sistema de travagem regenerativa. Apresenta-se uma perspectiva geral de diversas topologias de sistemas de tracção utilizadas nos veículos eléctricos e realiza-se a sua comparação através do estudo e análise dos acionamentos electromecânicos que podem ser utilizados nesses sistemas de tracção eléctrica. Utilizando ferramentas de simulação numérica, estuda-se o modelo matemático de um veículo eléctrico com travagem regenerativa. A partir deste modelo matemático é adoptado uma possível configuração para o seu sistema de tracção eléctrica e são obtidas características teóricas de desempenho do veículo eléctrico, através da análise de testes padrão ao veículo. Em banco de ensaios, constrói-se um sistema de tracção eléctrica que permite a validação experimental do modelo matemático do veículo eléctrico. Para a construção deste banco de ensaios foram concebidos os sistemas de tracção eléctrica, de carga mecânica e de controlo e monitorização do banco de ensaios. A validação experimental realiza-se através dos mesmos testes padrão ao veículo eléctrico, como o teste NEDC (New European Driving Cycle), o teste de aceleração entre 0 e 100km/h e o teste de gradeabilidade. Desenvolve-se o dimensionamento do sistema de tracção eléctrica a equipar o VEECO, através da componente de modelação paramétrica do modelo matemático do veículo eléctrico. Com esta metodologia é adoptado um conjunto de variáveis paramétricas relacionadas com os elementos que constituem o sistema de tracção eléctrica do VEECO. Estuda-se a influência destas variáveis paramétricas nas características de desempenho pretendidas para o VEECO. Como resultado da análise de modelação paramétrica é apresentada uma solução para o sistema de tracção eléctrica do VEECO que cumpre a execução do NEDC, apresenta um tempo de aceleração entre 0 e 100km/h inferior a 10 segundos, supera uma gradeabilidade de 10% e uma autonomia de 200 km. O sistema de tracção do VEECO também permite realizar a travagem regenerativa com rendimento até 33%. Possui controlo de tracção e anti bloqueio da roda motora, através de uma unidade de controlo que permite reduzir a potência transmitida ao veio, quando a velocidade da roda de tracção difere do valor de referência da velocidade do veículo. Os conhecimentos adquiridos através do processo de investigação e desenvolvimento, para a realização da presente dissertação permitem apresentar perspectivas de desenvolvimento futuro com aplicação nos sistemas de tracção de veículos eléctricos rodoviários.

Simulação numérica aplicada ao tratamento de efluentes

A existência de estações de tratamentos de águas residuais (ETAR) é, nos dias de hoje, fundamental na medida em que permite, reduzir a poluição ambiental associada às águas e, também, a reutilização da água tratada para diversos fins. A constante necessidade de cumprir os limites de descargas nos meios recetores conduziu a um melhoramento nas técnicas e processos de tratamento de efluentes, nomeadamente, nos processos biológicos. O processo por lamas ativadas é um processo amplamente utilizado para a remoção de poluentes orgânicos presentes nas águas residuais, pelo que um estudo mais intensivo sobre estes tratamentos resultou na publicação de uma série de conceitos e pressupostos, através de modelos numéricos. A modelação numérica de processos de tratamento de águas residuais e a utilização de ferramentas de simulação numérica têm sido largamente utilizadas, a nível mundial, por exemplo em investigação, desenvolvimento de processos, atividade de consultoria e igualmente por entidades reguladoras, na medida em que os auxiliam no planeamento, dimensionamento e análise do comportamento de infraestruturas de tratamento. No presente trabalho, recorreu-se ao software de simulação GPS-X (versão 6.0) para implementar o esquema de tratamento da ETAR de Beirolas. O objetivo deste trabalho é verificar a aplicabilidade de modelos numéricos na simulação de unidades de tratamento de efluentes e avaliar a resposta dos diferentes modelos, assim como a influência na alteração de características das águas afluentes no comportamento dos modelos. Os resultados obtidos permitiram concluir que os modelos numéricos podem ser utilizados para prever a resposta dos sistemas biológicos e as suas perturbações. Conclui-se ainda que o comportamento, dos modelos estudados (ASM1, ASM2d, ASM3 e mantis), é semelhante, contudo deve-se referir que devido à complexidade do modelo e a falta de informação experimental sobre as características do efluente, não permitiram efetuar uma completa caracterização e calibração do caso de estudo, e toda a informação disponível sobre as características físico-químicas da água foram baseadas em estimativas de concentrações de carências de oxigénio e sólidos suspensos.

Automatic synthesis of VHDL Hardware Components from IOPT Petri Net models

Conferência: 39th Annual Conference of the IEEE Industrial-Electronics-Society (IECON), Vienna, Austria, Nov 10-14, 2013

Towards comparable simulations of cooperating objects and wireless sensor networks

Simulators are indispensable tools to support the development and testing of cooperating objects such as wireless sensor networks (WSN). However, it is often not possible to compare the results of different simulation tools. Thus, the goal of this paper is the specification of a generic simulation platform for cooperating objects. We propose a platform that consists of a set of simulators that together fulfill desired simulator properties. We show that to achieve comparable results the use of a common specification language for the software-under-test is not feasible. Instead, we argue that using common input formats for the simulated environment and common output formats for the results is useful. This again motivates that a simulation tool consisting of a set of existing simulators that are able to use common scenario-input and can produce common output which will bring us a step closer to the vision of achieving comparable simulation results.

Algorithms and methodologies for decision support in energy efficiency on buildings

Dissertação apresentada na faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Distributed controllers modeling through Petri nets with multi-asynchronous-channels

This paper proposes the concept of multi-asynchronous-channel for Petri nets. Petri nets extended with multi-asynchronous-channels and time-domains support the specification of distributed controllers, where each controller has a synchronous execution but the global system is asynchronous (globally-asynchronous locally-synchronous systems). Each multi-asynchronous-channel specify the interaction between two or more distributed controllers. These channels, together with the time-domain concept, ensure the creation of network-independent models to support implementations using heterogeneous communication networks. The created models support not only the systems documentation but also their validation and implementation through simulation tools, verification tools, and automatic code generators. An application example illustrates the use of a Petri net class extended with the proposed channels. © 2015 IEEE.

Sequencing cutting patterns with colored interval graphs

The problem addressed here originates in the industry of flat glass cutting and wood panel sawing, where smaller items are cut from larger items accordingly to predefined cutting patterns. In this type of industry the smaller pieces that are cut from the patterns are piled around the machine in stacks according to the size of the pieces, which are moved to the warehouse only when all items of the same size have been cut. If the cutting machine can process only one pattern at a time, and the workspace is limited, it is desirable to set the sequence in which the cutting patterns are processed in a way to minimize the maximum number of open stacks around the machine. This problem is known in literature as the minimization of open stacks (MOSP). To find the best sequence of the cutting patterns, we propose an integer programming model, based on interval graphs, that searches for an appropriate edge completion of the given graph of the problem, while defining a suitable coloring of its vertices.