Short-term Hydropower Planning System

The Thesis gives a decision support framework that has significant impact on the economic performance and viability of a hydropower company. The studyaddresses the short-term hydropower planning problem in the Nordic deregulated electricity market. The basics of the Nordic electricity market, trading mechanisms, hydropower system characteristics and production planning are presented in the Thesis. The related modelling theory and optimization methods are covered aswell. The Thesis provides a mixed integer linear programming model applied in asuccessive linearization method for optimal bidding and scheduling decisions inthe hydropower system operation within short-term horizon. A scenario based deterministic approach is exploited for modelling uncertainty in market price and inflow. The Thesis proposes a calibration framework to examine the physical accuracy and economic optimality of the decisions suggested by the model. A calibration example is provided with data from a real hydropower system using a commercial modelling application with the mixed integer linear programming solver CPLEX.

Moniprotokollapalveluiden luontiympäristö

Tieto- ja teleliikenneverkkojen konvergenssi on tuonut uusia vaatimuksia palvelukehitysympäristöille ja aiheuttanut haasteita ympäristöjen kehitykselle. Moderneilla palvelukehitysympäristöillä on pystyttävä tuottamaan nopeasti monimutkaisia ja samalla varmatoimisia palveluja. Lisäksi moniprotokollapalveluiden luontiympäristöjen on mukauduttava uusiin olosuhteisiin, jotta palveluntarjoajat pysyisivät kilpailukykyisinä. Tämän työn tarkoituksena oli etsiä menetelmiä ja apuvälineitä nopeaan ja luotettavaan konvergoivissa verkoissa tarjottavien palveluiden luontiin. Työssä tutustuttiin markkinoilla oleviin palvelukehitysympäristöihin ja esiteltiin Intellitel OSN:n palvelukehitysympäristö ja sen palvelunluontimalli, joka tukee palvelunkehitystä läpi koko palvelunluontiprosessin. Työn käytäntöosuudessa parannettiin Intellitelin palvelunluontimallia ja palvelukehitysympäristön tarjoamia työkaluja ja apuohjelmia. Työssä toteutettiin Intellitelin palvelukehitysympäristöllä vaiheittain palvelunluontimallin mukaisesti numeronmuunnospalvelu.

Palveluyrityksen strateginen ohjaus ja tavoiteasetanta tiimiorganisaatiossa. Case: Etelä-Karjalan Osuuspankki

Tutkielman tavoitteena oli selvittää talouden ohjauksen tila case -yrityksessä, pyrkiä tunnistamaan kehityskohteita ohjauksessa ja ehdottaa mallia, joka huomioi tunnistetut kehittämiskohteet. Teoriaosassa analysoidaan yrityksen ohjausta aiemman teoreettisen kirjoittelun perusteella ja esitetään käsitteet sekä viitekehys. Empiirisessä osassa analysoidaan case -yrityksen ohjauksen nykytilaa ja tunnistetaan kehityskohteita ohjauksessa. Tutkielmassa on käytetty sekä hermeneuttista että normatiivista tutkimusotetta Tutkimuksessa havaittiin strategian jalkautumisen jäävän puutteelliseksi ja tämän vaikeuttavan tavoitteiden takana olevan ajattelun ymmärtämistä. Tavoitteisiin sitoutumista vaikeutti myös näkemys, jonka mukaan tavoitteet tulivat liikaa annettuina tekijöinä. Tutkielman lopuksi kehitettiin case-yritykselle tavoiteasetantamalli, jonka nähtiin auttavan strategian jalkauttamista ja sitouttamista yrityksen myyntitavoitteisiin.

Computational modeling for irrigated agriculture planning. Part II: risk analysis

Techniques of evaluation of risks coming from inherent uncertainties to the agricultural activity should accompany planning studies. The risk analysis should be carried out by risk simulation using techniques as the Monte Carlo method. This study was carried out to develop a computer program so-called P-RISCO for the application of risky simulations on linear programming models, to apply to a case study, as well to test the results comparatively to the @RISK program. In the risk analysis it was observed that the average of the output variable total net present value, U, was considerably lower than the maximum U value obtained from the linear programming model. It was also verified that the enterprise will be front to expressive risk of shortage of water in the month of April, what doesn't happen for the cropping pattern obtained by the minimization of the irrigation requirement in the months of April in the four years. The scenario analysis indicated that the sale price of the passion fruit crop exercises expressive influence on the financial performance of the enterprise. In the comparative analysis it was verified the equivalence of P-RISCO and @RISK programs in the execution of the risk simulation for the considered scenario.

Planification de la récolte et allocation des produits aux usines

L’industrie forestière est un secteur qui, même s’il est en déclin, se trouve au cœur du débat sur la mondialisation et le développement durable. Pour de nombreux pays tels que le Canada, la Suède et le Chili, les objectifs sont de maintenir un secteur florissant sans nuire à l’environnement et en réalisant le caractère fini des ressources. Il devient important d’être compétitif et d’exploiter de manière efficace les territoires forestiers, de la récolte jusqu’à la fabrication des produits aux usines, en passant par le transport, dont les coûts augmentent rapidement. L’objectif de ce mémoire est de développer un modèle de planification tactique/opérationnelle qui permet d’ordonnancer les activités pour une année de récolte de façon à satisfaire les demandes des usines, sans perdre de vue le transport des quantités récoltées et la gestion des inventaires en usine. L’année se divise en 26 périodes de deux semaines. Nous cherchons à obtenir les horaires et l’affectation des équipes de récolte aux blocs de coupe pour une année. Le modèle mathématique développé est un problème linéaire mixte en nombres entiers dont la structure est basée sur chaque étape de la chaine d’approvisionnement forestière. Nous choisissons de le résoudre par une méthode exacte, le branch-and-bound. Nous avons pu évaluer combien la résolution directe de notre problème de planification était difficile pour les instances avec un grand nombre de périodes. Cependant l’approche des horizons roulants s’est avérée fructueuse. Grâce à elle en une journée, il est possible de planifier les activités de récolte des blocs pour l’année entière (26 périodes).

Domain/Multi-Domain Protection and Provisioning in Optical Networks

L’évolution récente des commutateurs de sélection de longueurs d’onde (WSS -Wavelength Selective Switch) favorise le développement du multiplexeur optique d’insertionextraction reconfigurable (ROADM - Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers) à plusieurs degrés sans orientation ni coloration, considéré comme un équipement fort prometteur pour les réseaux maillés du futur relativement au multiplexage en longueur d’onde (WDM -Wavelength Division Multiplexing ). Cependant, leur propriété de commutation asymétrique complique la question de l’acheminement et de l’attribution des longueur d’ondes (RWA - Routing andWavelength Assignment). Or la plupart des algorithmes de RWA existants ne tiennent pas compte de cette propriété d’asymétrie. L’interruption des services causée par des défauts d’équipements sur les chemins optiques (résultat provenant de la résolution du problème RWA) a pour conséquence la perte d’une grande quantité de données. Les recherches deviennent ainsi incontournables afin d’assurer la survie fonctionnelle des réseaux optiques, à savoir, le maintien des services, en particulier en cas de pannes d’équipement. La plupart des publications antérieures portaient particulièrement sur l’utilisation d’un système de protection permettant de garantir le reroutage du trafic en cas d’un défaut d’un lien. Cependant, la conception de la protection contre le défaut d’un lien ne s’avère pas toujours suffisante en termes de survie des réseaux WDM à partir de nombreux cas des autres types de pannes devenant courant de nos jours, tels que les bris d’équipements, les pannes de deux ou trois liens, etc. En outre, il y a des défis considérables pour protéger les grands réseaux optiques multidomaines composés de réseaux associés à un domaine simple, interconnectés par des liens interdomaines, où les détails topologiques internes d’un domaine ne sont généralement pas partagés à l’extérieur. La présente thèse a pour objectif de proposer des modèles d’optimisation de grande taille et des solutions aux problèmes mentionnés ci-dessus. Ces modèles-ci permettent de générer des solutions optimales ou quasi-optimales avec des écarts d’optimalité mathématiquement prouvée. Pour ce faire, nous avons recours à la technique de génération de colonnes afin de résoudre les problèmes inhérents à la programmation linéaire de grande envergure. Concernant la question de l’approvisionnement dans les réseaux optiques, nous proposons un nouveau modèle de programmation linéaire en nombres entiers (ILP - Integer Linear Programming) au problème RWA afin de maximiser le nombre de requêtes acceptées (GoS - Grade of Service). Le modèle résultant constitue celui de l’optimisation d’un ILP de grande taille, ce qui permet d’obtenir la solution exacte des instances RWA assez grandes, en supposant que tous les noeuds soient asymétriques et accompagnés d’une matrice de connectivité de commutation donnée. Ensuite, nous modifions le modèle et proposons une solution au problème RWA afin de trouver la meilleure matrice de commutation pour un nombre donné de ports et de connexions de commutation, tout en satisfaisant/maximisant la qualité d’écoulement du trafic GoS. Relativement à la protection des réseaux d’un domaine simple, nous proposons des solutions favorisant la protection contre les pannes multiples. En effet, nous développons la protection d’un réseau d’un domaine simple contre des pannes multiples, en utilisant les p-cycles de protection avec un chemin indépendant des pannes (FIPP - Failure Independent Path Protecting) et de la protection avec un chemin dépendant des pannes (FDPP - Failure Dependent Path-Protecting). Nous proposons ensuite une nouvelle formulation en termes de modèles de flots pour les p-cycles FDPP soumis à des pannes multiples. Le nouveau modèle soulève un problème de taille, qui a un nombre exponentiel de contraintes en raison de certaines contraintes d’élimination de sous-tour. Par conséquent, afin de résoudre efficacement ce problème, on examine : (i) une décomposition hiérarchique du problème auxiliaire dans le modèle de décomposition, (ii) des heuristiques pour gérer efficacement le grand nombre de contraintes. À propos de la protection dans les réseaux multidomaines, nous proposons des systèmes de protection contre les pannes d’un lien. Tout d’abord, un modèle d’optimisation est proposé pour un système de protection centralisée, en supposant que la gestion du réseau soit au courant de tous les détails des topologies physiques des domaines. Nous proposons ensuite un modèle distribué de l’optimisation de la protection dans les réseaux optiques multidomaines, une formulation beaucoup plus réaliste car elle est basée sur l’hypothèse d’une gestion de réseau distribué. Ensuite, nous ajoutons une bande pasiv sante partagée afin de réduire le coût de la protection. Plus précisément, la bande passante de chaque lien intra-domaine est partagée entre les p-cycles FIPP et les p-cycles dans une première étude, puis entre les chemins pour lien/chemin de protection dans une deuxième étude. Enfin, nous recommandons des stratégies parallèles aux solutions de grands réseaux optiques multidomaines. Les résultats de l’étude permettent d’élaborer une conception efficace d’un système de protection pour un très large réseau multidomaine (45 domaines), le plus large examiné dans la littérature, avec un système à la fois centralisé et distribué.

A Hierarchical Cache Coherent Protocol

As the number of processors in distributed-memory multiprocessors grows, efficiently supporting a shared-memory programming model becomes difficult. We have designed the Protocol for Hierarchical Directories (PHD) to allow shared-memory support for systems containing massive numbers of processors. PHD eliminates bandwidth problems by using a scalable network, decreases hot-spots by not relying on a single point to distribute blocks, and uses a scalable amount of space for its directories. PHD provides a shared-memory model by synthesizing a global shared memory from the local memories of processors. PHD supports sequentially consistent read, write, and test- and-set operations. This thesis also introduces a method of describing locality for hierarchical protocols and employs this method in the derivation of an abstract model of the protocol behavior. An embedded model, based on the work of Johnson[ISCA19], describes the protocol behavior when mapped to a k-ary n-cube. The thesis uses these two models to study the average height in the hierarchy that operations reach, the longest path messages travel, the number of messages that operations generate, the inter-transaction issue time, and the protocol overhead for different locality parameters, degrees of multithreading, and machine sizes. We determine that multithreading is only useful for approximately two to four threads; any additional interleaving does not decrease the overall latency. For small machines and high locality applications, this limitation is due mainly to the length of the running threads. For large machines with medium to low locality, this limitation is due mainly to the protocol overhead being too large. Our study using the embedded model shows that in situations where the run length between references to shared memory is at least an order of magnitude longer than the time to process a single state transition in the protocol, applications exhibit good performance. If separate controllers for processing protocol requests are included, the protocol scales to 32k processor machines as long as the application exhibits hierarchical locality: at least 22% of the global references must be able to be satisfied locally; at most 35% of the global references are allowed to reach the top level of the hierarchy.

ADAM: A Decentralized Parallel Computer Architecture Featuring Fast Thread and Data Migration and a Uniform Hardware Abstraction

The furious pace of Moore's Law is driving computer architecture into a realm where the the speed of light is the dominant factor in system latencies. The number of clock cycles to span a chip are increasing, while the number of bits that can be accessed within a clock cycle is decreasing. Hence, it is becoming more difficult to hide latency. One alternative solution is to reduce latency by migrating threads and data, but the overhead of existing implementations has previously made migration an unserviceable solution so far. I present an architecture, implementation, and mechanisms that reduces the overhead of migration to the point where migration is a viable supplement to other latency hiding mechanisms, such as multithreading. The architecture is abstract, and presents programmers with a simple, uniform fine-grained multithreaded parallel programming model with implicit memory management. In other words, the spatial nature and implementation details (such as the number of processors) of a parallel machine are entirely hidden from the programmer. Compiler writers are encouraged to devise programming languages for the machine that guide a programmer to express their ideas in terms of objects, since objects exhibit an inherent physical locality of data and code. The machine implementation can then leverage this locality to automatically distribute data and threads across the physical machine by using a set of high performance migration mechanisms. An implementation of this architecture could migrate a null thread in 66 cycles -- over a factor of 1000 improvement over previous work. Performance also scales well; the time required to move a typical thread is only 4 to 5 times that of a null thread. Data migration performance is similar, and scales linearly with data block size. Since the performance of the migration mechanism is on par with that of an L2 cache, the implementation simulated in my work has no data caches and relies instead on multithreading and the migration mechanism to hide and reduce access latencies.

Farming systems methodology for efficient resource management at the farm level: a review from an Indian perspective

Farming systems research is a multi-disciplinary holistic approach to solve the problems of small farms. Small and marginal farmers are the core of the Indian rural economy Constituting 0.80 of the total farming community but possessing only 0.36 of the total operational land. The declining trend of per capita land availability poses a serious challenge to the sustainability and profitability of farming. Under such conditions, it is appropriate to integrate land-based enterprises such as dairy, fishery, poultry, duckery, apiary, field and horticultural cropping within the farm, with the objective of generating adequate income and employment for these small and marginal farmers Under a set of farm constraints and varying levels of resource availability and Opportunity. The integration of different farm enterprises can be achieved with the help of a linear programming model. For the current review, integrated farming systems models were developed, by Way Of illustration, for the marginal, small, medium and large farms of eastern India using linear programming. Risk analyses were carried out for different levels of income and enterprise combinations. The fishery enterprise was shown to be less risk-prone whereas the crop enterprise involved greater risk. In general, the degree of risk increased with the increasing level of income. With increase in farm income and risk level, the resource use efficiency increased. Medium and large farms proved to be more profitable than small and marginal farms with higher level of resource use efficiency and return per Indian rupee (Rs) invested. Among the different enterprises of integrated farming systems, a chain of interaction and resource flow was observed. In order to make fanning profitable and improve resource use efficiency at the farm level, the synergy among interacting components of farming systems should be exploited. In the process of technology generation, transfer and other developmental efforts at the farm level (contrary to the discipline and commodity-based approaches which have a tendency to be piecemeal and in isolation), it is desirable to place a whole-farm scenario before the farmers to enhance their farm income, thereby motivating them towards more efficient and sustainable fanning.

Analysis of the calving pattern of herds in small-scale dairy systems in central Mexico

This study sets out to find the best calving pattern for small-scale dairy systems in Michoacan State, central Mexico. Two models were built. First, a linear programming model was constructed to optimize calving pattern and herd structure according to metabolizable energy availability. Second, a Markov chain model was built to investigate three reproductive scenarios (good, average and poor) in order to suggest factors that maintain the calving pattern given by the linear programming model. Though it was not possible to maintain the optimal linear programming pattern, the Markov chain model suggested adopting different reproduction strategies according to period of the year that the cow is expected to calve. Comparing different scenarios, the Markov model indicated the effect of calving interval on calving pattern and herd structure.

An approach for solving the lot-sizing problem of a market-driven foundry

Foundries can be found all over Brazil and they are very important to its economy. In 2008, a mixed integer-programming model for small market-driven foundries was published, attempting to minimize delivery delays. We undertook a study of that model. Here, we present a new approach based on the decomposition of the problem into two sub-problems: production planning of alloys and production planning of items. Both sub-problems are solved using a Lagrangian heuristic based on transferences. An important aspect of the proposed heuristic is its ability to take into account a secondary practice objective solution: the furnace waste. Computational tests show that the approach proposed here is able to generate good quality solutions that outperform prior results. Journal of the Operational Research Society (2010) 61, 108-114. doi:10.1057/jors.2008.151

Desenvolvimento de um modelo computacional para a ampliação do atendimento do Programa de Acessibilidade Especial Porta a Porta - PRAE

Worldwide, the demand for transportation services for persons with disabilities, the elderly, and persons with reduced mobility have increased in recent years. The population is aging, governments need to adapt to this reality, and this fact could mean business opportunities for companies. Within this context is inserted the Programa de Acessibilidade Especial porta a porta PRAE, a door to door public transportation service from the city of Natal-RN in Brazil. The research presented in this dissertation seeks to develop a programming model which can assist the process of decision making of managers of the shuttle. To that end, it was created an algorithm based on methods of generating approximate solutions known as heuristics. The purpose of the model is to increase the number of people served by the PRAE, given the available fleet, generating optimized schedules routes. The PRAE is a problem of vehicle routing and scheduling of dial-a-ride - DARP, the most complex type among the routing problems. The validation of the method of resolution was made by comparing the results derived by the model and the currently programming method. It is expected that the model is able to increase the current capacity of the service requests of transport

Modelo de programação linear para seleção de pulverizadores agrícolas de barras

A seleção de pulverizadores agrícolas que se adaptem às necessidades da propriedade, é um processo trabalhoso, sendo uma das etapas mais importantes dentro do processo produtivo. O objetivo do presente trabalho foi o de desenvolver e utilizar um modelo de programação linear para auxiliar na seleção de pulverizadores agrícolas de barras, baseado no menor custo horário do equipamento. Foram utilizadas as informações técnicas referentes a 20 modelos de pulverizadores disponíveis no mercado, sendo quatro autopropelidos, oito de arrasto e oito do tipo montado. A análise de sensibilidade dos componentes dos custos operacionais mostrou que as taxas de reparo e depreciação foram os fatores que mais interferiram na variação do custo horário do conjunto trator-pulverizador. O modelo matemático desenvolvido facilitou a realização da análise de sensibilidade que foi processada em um tempo muito pequeno.

Primary power distribution systems planning taking into account reliability, operation and expansion costs

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)