En este trabajo se aborda el problema de compartir recursos en redes de comunicación de banda ancha que puede garan-tizar una cierta calidad de servicio (QoS), y se desarrollan algunos de los resultados sobre fuentes de datos y modeli-zación del tráfico, especialmente en los aspectos del ajuste del modelo y la estimacion de parámetros. El multiplexado de las fuentes de tasa variable plantea un problema matematico y estadístico: la estimación de las necesidades de recursos de una fuente o un conjunto de fuentes. El método de estima-ción debería ser lo suficientemente simple para ponerse en práctica en el control de aceptación de conexiones (CAC). Se busca realizar un aporte al empleo del concepto de ancho de banda efectivo con el fin de estimar la asignación de re-cursos o la ocupación del canal de cada fuente. En parti-cular para la estimación y cálculo del punto operacional de un enlace dentro de una red, entendiendo como punto opera-cional al par de valores de los parámetros de tiempo y espa-cio o multiplexado en que el ancho de banda efectivo da la probabilidad asintótica de desborde del buffer. Nuestro estudio trata diversos aspectos, por un lado se enfoca el problema del modelado estocástico de las fuentes de tráfico de las redes y sus enlaces y por otro lado se aborda el pro-blema de la estimación de algunos parámetros de la calidad del servicio. Respecto del primer aspecto se desarrollan ejemplos de una amplia gama de modelos típicos utilizados hasta ahora para modelar las fuentes de tasa variable y además se introduce un nuevo modelo de especial interés. Para el segundo aspecto se demuestra que, dado un buen estimador del ancho de banda efectivo que obtenemos a partir de las trayectorias de tráfico, se puede estimar con precisión el punto operacional y bajo la imposición de algunas condiciones de regularidad, se prueba que dicho estimador es consistente y se construye un intervalo de confianza. Ade-más se extendenden estas propiedades a otros parametros del enlace, como son la probabilidad de pérdida, la estimación de la capacidad del enlace y el tamaño de buffer mínimo necesarios para que el enlace opere con una probabilidad de pérdida para determinada calidad de servicio. Por último, mediante simulaciones de trazas, se verifican las precisiones de los resultados teóricos obtenidos. / This work addresses the problem of sharing network resources in broadband communication that can guarantee a certain quality of service (QoS), and develops some of the results on data sources and modeling of traffic, espe-cially on aspects of model fit and parameter estimation. The multiplexing of variable rate sources poses a mathe-matical and statistical problem: estimating the resource requirements of a font or a set of fonts. The estimation method should be simple enough to be implemented in connec-tion acceptance control (CAC). We try to contribute to the use of the concept of effective bandwidth in order to esti-mate the allocation of resources or the lq lq occupation rq rq of the channel from each source. In particular for the estimation and calculation of the operating point of a link within a network, defining operational point as the pair of values of the parameters of time and space or mul-tiplexed on the effective bandwidth gives the asymptotic probability of buffer overflow. Our study covers various aspects on the one hand focuses on the problem of stochas-tic modeling of traffic sources and network links and on the other hand addresses the problem of estimating some parameters of quality of service. For the first aspect, examples of a wide range of typical models used so far to model variable rate sources are developed and a new model of special interest is introduced. For the second aspect is shown that, given a good estimator of the effective bandwidth that we get from traffic paths can be estimated accurately the operational point, and under imposing some regularity conditions we prove that this estimator is consistent and confidence interval can be developed. These properties are also extended to other parameters of the link such as the loss probability, the minimum link capacity and the minimum buffer size needed for the link operate with a given quality of service. Finally, by simulated traces, the details of the theoretical results are checked.

[pt] A Rede Digital de serviços Integrados - Faixa Larga (RDSI- FL) caracteriza-se pela flexibilidade de integração de diversas fontes de tráfego tais como voz, dados e vídeo. Neste trabalho estudamos o controle de congestionamento nesta rede. Através de simulação das fontes de tráfego e de seu comportamento na rede, foi possível a exploração do ganho da multiplexação estatística alcançado principalmente pela utilização do Modo de Transferência Assíncrono (MTA). Apresentamos as fases que compreendem o controle de congestionamento e obtivemos resultados de Alocação de largura de banda para alguns tipos de fontes assim como resultados comparativos de critérios de Admissão com resultado de simulação. A largura de banda a ser alocada é utilizada na fase de controle de admissão para a decisão da aceitação de uma nova chamada. Apresentamos ainda, um simulador da fonte variável (vídeo) necessário em todas as análises. / [en] Broadbend Integrated Services Digital Networks (B-ISDN) are characterized by their flexibility of integrating a variety of traffic sources such as, voice, data and video. Congestion control of these networks is studied in this work. Through simulation of traffic sources, it have been possible to explore statistical multiplexing gain reached by the Asynchronous Tranfer Mode (ATM) utilization. We present the congetion control phases and results concerning the Bandwidth Allocation and Admission Control phases. The Bandwidth Allocation is used by the Admission control to decide a new call acceptance. We also present, the simulation results concerning the Bandwidth Allocation for each traffic source and a comparison between some admission criteria proposed in the literature and simulation results.

O processo de Fleming-Viot é um processo de Markov cujo espaço de estado é um conjunto de medidas de propabilidade. As funções-amostras do processo representam as prováveis possibilidades de transformação das freqüencias de tipos genéticos presentes numa população ao longo do tempo. Obtido como solução de um problema de martingala bem posto para um operador linear construído de forma a modelar diversas características importantes no estudo da genética populacional, como mutação, seleção, deriva genética, entre outras, o processo de Fleming-Viot permite, por meio de uma abordagem matemática unificadora, tratar problemas de complexidade variada. No presente trabalho, estudamos s processs de Fleming-Viot com saltos, introduzidos por Hiraba. Interpretamos biologicamente esse saltos como mudanças abruptas que podem ocorrer, num curto espaço de tempo, durante a evolução de uma população de indivíduos, causadas por epidemias, desastres naturais ou outras catástrofes, e que levam a descontinuidades nas frequências dos tipos gênicos. Apresentamos uma forma de incluir um fator de seleção no processo com saltos, através da aplicação de uma transformação de medida do tipo Girsanov. Em seguida, fazemos uma análise do comportamento assintótico do processo utilizando técnicas de dualidade e acoplamento.

Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2016.

Um Jogo Markoviano Alternado (Alternating Markov Game - AMG) é uma extensão de um Processo de Decisão Markoviano (Markov Decision Process - MDP) para ambientes multiagentes. O modelo AMG é utilizado na tomada de decisão sequencial de n agentes quando são conhecidas as probabilidades de transição das ações a serem tomadas por cada agente. Nesse trabalho estamos interessados em AMGs com probabilidades de transição de estados imprecisas, por exemplo, quando elas são dadas na forma de intervalos de probabilidades. Apresentamos um novo modelo de AMG, que chamamos de Jogo Markoviano Alternado com Probabilidades Imprecisas (Alternate Markov Game with Imprecise Probabilities - AMGIP) que permite que as imprecisões nas probabilidades de transições de estados sejam dadas na forma de parâmetros sujeitos a restrições lineares que estende trabalhos anteriores em que a imprecisão é dada por intervalos de probabilidades (AMG-INTERVAL). Dizemos que a imprecisão representa escolhas da Natureza. A imprecisão desses modelos implica no valor do jogo ser dado por uma função intervalar. Existem diversas formas de calcular a solução do jogo, que depende do comportamento da Natureza e dos critérios de preferência dos jogadores diante das escolhas da Natureza. Assim, neste trabalho discutimos diversas soluções para o AMG-IP e AMG-INTERVAL. Também como resultado do estudo das relações existentes entre os MDPs e os AMGs, propomos um novo modelo chamado de AMG-ST (Alternating Markov Game with Set-valued Transition), capaz de modelar a incerteza do modelo MDP-ST (Markovian Decision Process with Set-valued Transition) como um jogo entre o agente e a Natureza, isto é, um jogo em que a Natureza faz o papel de um dos jogadores. / An Alternating Markov Game (AMG) is an extension of a Markov Decision Process (MDP) for multiagent environments. This model is used on sequencial decision making for n agents when we know the state transition probabilities of actions being taken by each agent. In this work we are interested in AMGs with imprecise probabilities on state transition function, for example, when they are given by probabilities intervals. We present a new AMG model, which we call Alternating Markov Game with Imprecise Probabilities (AMG-IP) that allows imprecision on state transition probabilities given by parameters subject to linear constraints that extend previous works which the imprecision is given by probabilities intervals (AMG-INTERVAL). We say that the imprecision represents the Nature choices. The imprecision of these models implies the game value is given by interval function. There are several ways to calculate the solution of the game, that depend on the behavior of the Nature and the preference criteria of the players on the choices of Nature. Therefore, in this work we discuss various solutions to AMG-IP and AMG-INTERVAL. Also from our study on the relationship among the MDPs and AMGs, we propose a new model called Alternating Markov Game with Set-valued Transition (AMG-ST), that can be used to model the uncertainty of an MDP-ST (Markovian Decision Process with Set-valued Transition) as a result of the match between the agent and the Nature, i.e., a game where the Nature is seen as one of the players.

Dissertação de Doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2005

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:41:42Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7334_1.pdf: 2101921 bytes, checksum: 616398eed784919dd3fc90046a28924c (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / É proposta uma metodologia de análise de disponibilidade para sistemas complexos baseada num modelo de inferência para as taxas falha e de reparo de um processo markoviano. Para tanto, influências causais entre variáveis monitoradas que influenciam direta ou indiretamente o tempo entre falhas e de reparo são analisadas, tais como: qualidade do equipamento instalado, tipo da última manutenção realizada, fatores que causam a falha dos equipamentos, a forma como os equipamentos falham e outras variáveis monitoradas do sistema. Para representar as relações causais dessas variáveis, serão utilizadas as redes bayesianas no contexto da extração do conhecimento de base de dados. De acordo com essa abordagem, o modelo proposto irá fazer uso de uma base de dados para determinar a topologia da rede formada pelas variáveis monitoradas e o tempo entre falhas e de reparo dos equipamentos. Com as redes bayesianas estruturadas, torna-se possível, por meio do teorema de Bayes, atualizar as distribuições de probabilidade dos tempos dado um evento de manutenção ou uma nova evidência em alguma variável da rede. Uma base de dados de um sistema complexo no campo de produção de óleo será utilizada como um exemplo de aplicação

Um Jogo Markoviano Alternado (Alternating Markov Game - AMG) é uma extensão de um Processo de Decisão Markoviano (Markov Decision Process - MDP) para ambientes multiagentes. O modelo AMG é utilizado na tomada de decisão sequencial de n agentes quando são conhecidas as probabilidades de transição das ações a serem tomadas por cada agente. Nesse trabalho estamos interessados em AMGs com probabilidades de transição de estados imprecisas, por exemplo, quando elas são dadas na forma de intervalos de probabilidades. Apresentamos um novo modelo de AMG, que chamamos de Jogo Markoviano Alternado com Probabilidades Imprecisas (Alternate Markov Game with Imprecise Probabilities - AMGIP) que permite que as imprecisões nas probabilidades de transições de estados sejam dadas na forma de parâmetros sujeitos a restrições lineares que estende trabalhos anteriores em que a imprecisão é dada por intervalos de probabilidades (AMG-INTERVAL). Dizemos que a imprecisão representa escolhas da Natureza. A imprecisão desses modelos implica no valor do jogo ser dado por uma função intervalar. Existem diversas formas de calcular a solução do jogo, que depende do comportamento da Natureza e dos critérios de preferência dos jogadores diante das escolhas da Natureza. Assim, neste trabalho discutimos diversas soluções para o AMG-IP e AMG-INTERVAL. Também como resultado do estudo das relações existentes entre os MDPs e os AMGs, propomos um novo modelo chamado de AMG-ST (Alternating Markov Game with Set-valued Transition), capaz de modelar a incerteza do modelo MDP-ST (Markovian Decision Process with Set-valued Transition) como um jogo entre o agente e a Natureza, isto é, um jogo em que a Natureza faz o papel de um dos jogadores. / An Alternating Markov Game (AMG) is an extension of a Markov Decision Process (MDP) for multiagent environments. This model is used on sequencial decision making for n agents when we know the state transition probabilities of actions being taken by each agent. In this work we are interested in AMGs with imprecise probabilities on state transition function, for example, when they are given by probabilities intervals. We present a new AMG model, which we call Alternating Markov Game with Imprecise Probabilities (AMG-IP) that allows imprecision on state transition probabilities given by parameters subject to linear constraints that extend previous works which the imprecision is given by probabilities intervals (AMG-INTERVAL). We say that the imprecision represents the Nature choices. The imprecision of these models implies the game value is given by interval function. There are several ways to calculate the solution of the game, that depend on the behavior of the Nature and the preference criteria of the players on the choices of Nature. Therefore, in this work we discuss various solutions to AMG-IP and AMG-INTERVAL. Also from our study on the relationship among the MDPs and AMGs, we propose a new model called Alternating Markov Game with Set-valued Transition (AMG-ST), that can be used to model the uncertainty of an MDP-ST (Markovian Decision Process with Set-valued Transition) as a result of the match between the agent and the Nature, i.e., a game where the Nature is seen as one of the players.

Este trabalho é dedicado ao estudo do erro de estimação em filtragem linear para sistemas lineares com parâmentros sujeitos a saltos markovianos a tempo discreto. Indroduzimos o conceito de alcançabilidade média para uma classe de sistemas. Construímos um conjunto de matrizes de alcançabilidade e mostramos que o conceito usual de alcan- çabilidade definido através da positividade do gramiano é caracterizado pela definição por posto completo destas matrizes. A alcançabilidade média funciona como condição necessária e suficiente para positividade do segundo momento do estado do sistema, resultado esse que auxilia na caracterização da positividade uniforme da matriz de covariância do erro de estimação. Abordamos a estabilidade de estimadores com a interpretação de que a covariância do erro permanece limitada na presença de erro de qualquer magnitude no modelo do ruído, que é uma característica relevante para aplicações. Apresentamos uma prova de que filtros markovianos são estáveis sempre que o segundo momento condicionado é positivo. Exemplos numéricos encontram-se inclusos. / This work studies linear filtering for discrete-time systems with Markov jump parameters. We introduce a notion of average reachability for these systems and present a set of matrices playing the role of reachability matrices, in the sense that their rank is full if and only if the system is average reachable. Reachability is also a sufficient condition for the second moment of the system to be positive. Uniform positiveness of the error covariance matrix is studied for general (possibly non-markovian) linear estimators, relying on the state second moment positiveness. Satbility of linear markovian estimators is also addressed, allowing to show that markovian estimators are stable whenever the system is reachable, with the interpretation that the error covariance remains bounded in the presence of error of any magnitude in the model of the noise, which is a relevant feature for applications. Numerical examples are included.

Este trabalho é dedicado ao estudo do erro de estimação em filtragem linear para sistemas lineares com parâmentros sujeitos a saltos markovianos a tempo discreto. Indroduzimos o conceito de alcançabilidade média para uma classe de sistemas. Construímos um conjunto de matrizes de alcançabilidade e mostramos que o conceito usual de alcan- çabilidade definido através da positividade do gramiano é caracterizado pela definição por posto completo destas matrizes. A alcançabilidade média funciona como condição necessária e suficiente para positividade do segundo momento do estado do sistema, resultado esse que auxilia na caracterização da positividade uniforme da matriz de covariância do erro de estimação. Abordamos a estabilidade de estimadores com a interpretação de que a covariância do erro permanece limitada na presença de erro de qualquer magnitude no modelo do ruído, que é uma característica relevante para aplicações. Apresentamos uma prova de que filtros markovianos são estáveis sempre que o segundo momento condicionado é positivo. Exemplos numéricos encontram-se inclusos. / This work studies linear filtering for discrete-time systems with Markov jump parameters. We introduce a notion of average reachability for these systems and present a set of matrices playing the role of reachability matrices, in the sense that their rank is full if and only if the system is average reachable. Reachability is also a sufficient condition for the second moment of the system to be positive. Uniform positiveness of the error covariance matrix is studied for general (possibly non-markovian) linear estimators, relying on the state second moment positiveness. Satbility of linear markovian estimators is also addressed, allowing to show that markovian estimators are stable whenever the system is reachable, with the interpretation that the error covariance remains bounded in the presence of error of any magnitude in the model of the noise, which is a relevant feature for applications. Numerical examples are included.