Arquiteturas eficientes para sensoriamento espectral e classificação automática de modulações usando características cicloestacionárias

The increasing demand for high performance wireless communication systems has shown the inefficiency of the current model of fixed allocation of the radio spectrum. In this context, cognitive radio appears as a more efficient alternative, by providing opportunistic spectrum access, with the maximum bandwidth possible. To ensure these requirements, it is necessary that the transmitter identify opportunities for transmission and the receiver recognizes the parameters defined for the communication signal. The techniques that use cyclostationary analysis can be applied to problems in either spectrum sensing and modulation classification, even in low signal-to-noise ratio (SNR) environments. However, despite the robustness, one of the main disadvantages of cyclostationarity is the high computational cost for calculating its functions. This work proposes efficient architectures for obtaining cyclostationary features to be employed in either spectrum sensing and automatic modulation classification (AMC). In the context of spectrum sensing, a parallelized algorithm for extracting cyclostationary features of communication signals is presented. The performance of this features extractor parallelization is evaluated by speedup and parallel eficiency metrics. The architecture for spectrum sensing is analyzed for several configuration of false alarm probability, SNR levels and observation time for BPSK and QPSK modulations. In the context of AMC, the reduced alpha-profile is proposed as as a cyclostationary signature calculated for a reduced cyclic frequencies set. This signature is validated by a modulation classification architecture based on pattern matching. The architecture for AMC is investigated for correct classification rates of AM, BPSK, QPSK, MSK and FSK modulations, considering several scenarios of observation length and SNR levels. The numerical results of performance obtained in this work show the eficiency of the proposed architectures

Estudo do annealing de traços de fissão em epídoto

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Empilhamento sísmico por superfície de reflexão comum: um novo algoritmo usando otimização global e local

O método de empilhamento sísmico por Superfície de Reflexão Comum (ou empilhamento SRC) produz a simulação de seções com afastamento nulo (NA) a partir dos dados de cobertura múltipla. Para meios 2D, o operador de empilhamento SRC depende de três parâmetros que são: o ângulo de emergência do raio central com fonte-receptor nulo (β₀), o raio de curvatura da onda ponto de incidência normal (R_NIP) e o raio de curvatura da onda normal (R_N). O problema crucial para a implementação do método de empilhamento SRC consiste na determinação, a partir dos dados sísmicos, dos três parâmetros ótimos associados a cada ponto de amostragem da seção AN a ser simulada. No presente trabalho foi desenvolvido uma nova sequência de processamento para a simulação de seções AN por meio do método de empilhamento SRC. Neste novo algoritmo, a determinação dos três parâmetros ótimos que definem o operador de empilhamento SRC é realizada em três etapas: na primeira etapa são estimados dois parâmetros (β°₀ e R°_NIP) por meio de uma busca global bidimensional nos dados de cobertura múltipla. Na segunda etapa é usado o valor de β°₀ estimado para determinar-se o terceiro parâmetro (R°_N) através de uma busca global unidimensional na seção AN resultante da primeira etapa. Em ambas etapas as buscas globais são realizadas aplicando o método de otimização Simulated Annealing (SA). Na terceira etapa são determinados os três parâmetros finais (β₀, R_NIP e R_N) através uma busca local tridimensional aplicando o método de otimização Variable Metric (VM) nos dados de cobertura múltipla. Nesta última etapa é usado o trio de parâmetros (β°₀, R°_NIP, R°_N) estimado nas duas etapas anteriores como aproximação inicial. Com o propósito de simular corretamente os eventos com mergulhos conflitantes, este novo algoritmo prevê a determinação de dois trios de parâmetros associados a pontos de amostragem da seção AN onde há intersecção de eventos. Em outras palavras, nos pontos da seção AN onde dois eventos sísmicos se cruzam são determinados dois trios de parâmetros SRC, os quais serão usados conjuntamente na simulação dos eventos com mergulhos conflitantes. Para avaliar a precisão e eficiência do novo algoritmo, este foi aplicado em dados sintéticos de dois modelos: um com interfaces contínuas e outro com uma interface descontinua. As seções AN simuladas têm elevada razão sinal-ruído e mostram uma clara definição dos eventos refletidos e difratados. A comparação das seções AN simuladas com as suas similares obtidas por modelamento direto mostra uma correta simulação de reflexões e difrações. Além disso, a comparação dos valores dos três parâmetros otimizados com os seus correspondentes valores exatos calculados por modelamento direto revela também um alto grau de precisão. Usando a aproximação hiperbólica dos tempos de trânsito, porém sob a condição de R_NIP = R_N, foi desenvolvido um novo algoritmo para a simulação de seções AN contendo predominantemente campos de ondas difratados. De forma similar ao algoritmo de empilhamento SRC, este algoritmo denominado empilhamento por Superfícies de Difração Comum (SDC) também usa os métodos de otimização SA e VM para determinar a dupla de parâmetros ótimos (β₀, R_NIP) que definem o melhor operador de empilhamento SDC. Na primeira etapa utiliza-se o método de otimização SA para determinar os parâmetros iniciais β°₀ e R°_NIP usando o operador de empilhamento com grande abertura. Na segunda etapa, usando os valores estimados de β°₀ e R°_NIP, são melhorados as estimativas do parâmetro R_NIP por meio da aplicação do algoritmo VM na seção AN resultante da primeira etapa. Na terceira etapa são determinados os melhores valores de β°₀ e R°_NIP por meio da aplicação do algoritmo VM nos dados de cobertura múltipla. Vale salientar que a aparente repetição de processos tem como efeito a atenuação progressiva dos eventos refletidos. A aplicação do algoritmo de empilhamento SDC em dados sintéticos contendo campos de ondas refletidos e difratados, produz como resultado principal uma seção AN simulada contendo eventos difratados claramente definidos. Como uma aplicação direta deste resultado na interpretação de dados sísmicos, a migração pós-empilhamento em profundidade da seção AN simulada produz uma seção com a localização correta dos pontos difratores associados às descontinuidades do modelo.

Métodos de otimização global aplicados na busca dos parâmetros SRC

O método de empilhamento por Superfície de Reflexão Comum (SRC) produz seções simuladas de afastamento nulo (AN) por meio do somatório de eventos sísmicos dos dados de cobertura múltipla contidos nas superfícies de empilhamento. Este método não depende do modelo de velocidade do meio, apenas requer o conhecimento a priori da velocidade próxima a superfície. A simulação de seções AN por este método de empilhamento utiliza uma aproximação hiperbólica de segunda ordem do tempo de trânsito de raios paraxiais para definir a superfície de empilhamento ou operador de empilhamento SRC. Para meios 2D este operador depende de três atributos cinemáticos de duas ondas hipotéticas (ondas PIN e N), observados no ponto de emergência do raio central com incidência normal, que são: o ângulo de emergência do raio central com fonte-receptor nulo (β₀) , o raio de curvatura da onda ponto de incidência normal (R_PIN) e o raio de curvatura da onda normal (R_N). Portanto, o problema de otimização no método SRC consiste na determinação, a partir dos dados sísmicos, dos três parâmetros (β₀, R_PIN, R_N) ótimos associados a cada ponto de amostragem da seção AN a ser simulada. A determinação simultânea destes parâmetros pode ser realizada por meio de processos de busca global (ou otimização global) multidimensional, utilizando como função objetivo algum critério de coerência. O problema de otimização no método SRC é muito importante para o bom desempenho no que diz respeito a qualidade dos resultados e principalmente ao custo computacional, comparado com os métodos tradicionalmente utilizados na indústria sísmica. Existem várias estratégias de busca para determinar estes parâmetros baseados em buscas sistemáticas e usando algoritmos de otimização, podendo estimar apenas um parâmetro de cada vez, ou dois ou os três parâmetros simultaneamente. Levando em conta a estratégia de busca por meio da aplicação de otimização global, estes três parâmetros podem ser estimados através de dois procedimentos: no primeiro caso os três parâmetros podem ser estimados simultaneamente e no segundo caso inicialmente podem ser determinados simultaneamente dois parâmetros (β₀, R_PIN) e posteriormente o terceiro parâmetro (R_N) usando os valores dos dois parâmetros já conhecidos. Neste trabalho apresenta-se a aplicação e comparação de quatro algoritmos de otimização global para encontrar os parâmetros SRC ótimos, estes são: Simulated Annealing (SA), Very Fast Simulated Annealing (VFSA), Differential Evolution (DE) e Controlled Rando Search - 2 (CRS2). Como resultados importantes são apresentados a aplicação de cada método de otimização e a comparação entre os métodos quanto a eficácia, eficiência e confiabilidade para determinar os melhores parâmetros SRC. Posteriormente, aplicando as estratégias de busca global para a determinação destes parâmetros, por meio do método de otimização VFSA que teve o melhor desempenho foi realizado o empilhamento SRC a partir dos dados Marmousi, isto é, foi realizado um empilhamento SRC usando dois parâmetros (β₀, R_PIN) estimados por busca global e outro empilhamento SRC usando os três parâmetros (β₀, R_PIN, R_N) também estimados por busca global.

Sequenciamento de linhas de montagem múltiplas em ambiente de produção enxuta utilizando simulação

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Obtenção de um ataque químico padrão, zona de annealing parcial e temperatura de fechamento para o epídoto através do método dos traços de fissão

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Desenvolvimento de extensões para um sistema de carregamento e descarregamento de navios

One of the reasons that influences the efficience of a port terminal that is especialized in movement of containers is in the process of their loading and unloading. The fundamental idea is to determine a plan, to each port in order to decrease the number of total movement of loading and unloading that are necessary during the ship route to every port so that they save time and consequently reduce costs. The goal of this research was to present improvement in the program, written in language C, used to solve to problem of loading and unloading of ships, a NP-complete problem, through the meta-heuristics Simulated Annealing. With the improvement made, an average of 50% reduction of necessary time was gotten to solve the problem in 45 analised instances and in a specific group of these instances the average reduction reached 77 and in 10 instances there was even an improvement in the solution

Diferentes métodos de aglutinação para melhoria de processos com múltiplas respostas

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

A sequencing approach for creating new train timetables

Train scheduling is a complex and time consuming task of vital importance. To schedule trains more accurately and efficiently than permitted by current techniques a novel hybrid job shop approach has been proposed and implemented. Unique characteristics of train scheduling are first incorporated into a disjunctive graph model of train operations. A constructive algorithm that utilises this model is then developed. The constructive algorithm is a general procedure that constructs a schedule using insertion, backtracking and dynamic route selection mechanisms. It provides a significant search capability and is valid for any objective criteria. Simulated Annealing and Local Search meta-heuristic improvement algorithms are also adapted and extended. An important feature of these approaches is a new compound perturbation operator that consists of many unitary moves that allows trains to be shifted feasibly and more easily within the solution. A numerical investigation and case study is provided and demonstrates that high quality solutions are obtainable on real sized applications.

Metaheuristic approaches to the hybrid flow shop scheduling problem with a cost-related criterion

In the paper, the flow-shop scheduling problem with parallel machines at each stage (machine center) is studied. For each job its release and due date as well as a processing time for its each operation are given. The scheduling criterion consists of three parts: the total weighted earliness, the total weighted tardiness and the total weighted waiting time. The criterion takes into account the costs of storing semi-manufactured products in the course of production and ready-made products as well as penalties for not meeting the deadlines stated in the conditions of the contract with customer. To solve the problem, three constructive algorithms and three metaheuristics (based one Tabu Search and Simulated Annealing techniques) are developed and experimentally analyzed. All the proposed algorithms operate on the notion of so-called operation processing order, i.e. the order of operations on each machine. We show that the problem of schedule construction on the base of a given operation processing order can be reduced to the linear programming task. We also propose some approximation algorithm for schedule construction and show the conditions of its optimality.

Railway junction traffic control by heuristic methods

Traffic conflicts at railway junctions are very conmon, particularly on congested rail lines. While safe passage through the junction is well maintained by the signalling and interlocking systems, minimising the delays imposed on the trains by assigning the right-of-way sequence sensibly is a bonus to the quality of service. A deterministic method has been adopted to resolve the conflict, with the objective of minimising the total weighted delay. However, the computational demand remains significant. The applications of different heuristic methods to tackle this problem are reviewed and explored, elaborating their feasibility in various aspects and comparing their relative merits for further studies. As most heuristic methods do not guarantee a global optimum, this study focuses on the trade-off between computation time and optimality of the resolution.

Automated error correction of business process models

As order dependencies between process tasks can get complex, it is easy to make mistakes in process model design, especially behavioral ones such as deadlocks. Notions such as soundness formalize behavioral errors and tools exist that can identify such errors. However these tools do not provide assistance with the correction of the process models. Error correction can be very challenging as the intentions of the process modeler are not known and there may be many ways in which an error can be corrected. We present a novel technique for automatic error correction in process models based on simulated annealing. Via this technique a number of process model alternatives are identified that resolve one or more errors in the original model. The technique is implemented and validated on a sample of industrial process models. The tests show that at least one sound solution can be found for each input model and that the response times are short.

Shrinking neighborhood evolution : a novel stochastic algorithm for numerical optimization

Focusing on the conditions that an optimization problem may comply with, the so-called convergence conditions have been proposed and sequentially a stochastic optimization algorithm named as DSZ algorithm is presented in order to deal with both unconstrained and constrained optimizations. The principle is discussed in the theoretical model of DSZ algorithm, from which we present the practical model of DSZ algorithm. Practical model efficiency is demonstrated by the comparison with the similar algorithms such as Enhanced simulated annealing (ESA), Monte Carlo simulated annealing (MCS), Sniffer Global Optimization (SGO), Directed Tabu Search (DTS), and Genetic Algorithm (GA), using a set of well-known unconstrained and constrained optimization test cases. Meanwhile, further attention goes to the strategies how to optimize the high-dimensional unconstrained problem using DSZ algorithm.