Orientador: Antônio Fernando Branco Costa / Resumo: O presente trabalho desenvolveu um modelo matemático que contribui para o projeto de redes cicloviárias conexas e integradas ao sistema de transporte público por ônibus em áreas urbanas, fazendo uso da Otimização Multiobjetivo (OM) por meio da Programação Linear Inteira Mista (MILP ou MIP). A investigação dos critérios de infraestrutura que influenciam a demanda cicloviária e que deveriam compor a modelagem matemática foi realizada por meio da Revisão da Literatura e cinco critérios identificados, referentes ao: Conforto, Segurança, Objetividade, Intermodalidade e Continuidade. Cada critério é composto por uma série de subcritérios, dezesseis no total, classificados como parâmetros de projeto de entrada e/ou de saída para o modelo matemático, segundo funções objetivos e restrições. Uma aplicação do modelo foi realizada em um caso real para cidade de grande porte, em São José dos Campos – SP, e obtidas soluções exatas com redes parcialmente conexas (abordagem 1) e redes totalmente conexas (abordagem 2), integradas aos pontos de parada de ônibus e as linhas de ônibus da região delimitada, por meio da linguagem de modelagem General Algebric Modeling System (GAMS) e o solver CPLEX. Os resultados obtidos foram aderentes a realidade da macrozona de tráfego na região estudada e contribuem para o planejamento urbano como validado pela Secretaria de Mobilidade Urbana de São José dos Campos. A análise de diversos cenários para o modelo matemático, ponderando os objetivos do modelo, pos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The present work created a mathematical model that contributes to design bikeway networks integrated to the public transport service by buses in urban areas, using the Network Multiobjective Optimization through Mixed by means of Mixed Integer Linear Programming (MILP or MIP). The investigation of the infrastructure criteria that influence cycling demand and that should set the mathematical modeling was carried out through the Literature Review and five criteria were identified, referring to: Comfort, Safety, Objectivity, Intermodality and Connectivity. Each criteria is composed of a subcriteria set, sixteen in total, which performed as input and/or output design parameters for the mathematical model, according to fitness functions and constraints. An application of the model was carried out in a real case in São Jose dos Campos city - Sao Paulo state, and exact solutions were obtained with partially connected networks (approach 1) and fully connected networks (approach 2), integrated to the stop points by bus and bus lines in the defined region, using the General Algebric Modeling System (GAMS) modeling language and the CPLEX solver. The results obtained were adherent to the reality of the traffic macrozone in the studied region and contribute to urban planning, as validated by the São José dos Campos Urban Mobility Secretariat. The analysis of several scenarios for the mathematical model, considering the model's objectives, made it possible to verify the behavior of the res... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / As simulações computacionais tem sido amplamente empregadas no estudo do escoamento darciano e não-darciano em meios porosos consolidados e não-consolidados. Neste trabalho, através de uma nova formulação para a equação de Forchheimer, foram identificadas duas novas propriedades denominados fator de comportamento do fluido, que atua paralelamente a permeabilidade, e permeabilidade equivalente global, resultado da relação anterior. Este comportamento foi estudado e validado através da implementação de um aparato experimental e um código computacional baseado no modelo de regressão-linear que, além disso, demonstrou que o escoamento, ainda que em regime não darciano, comporta-se linearmente como a equação de Darcy, ainda que o coeficiente angular desta diminuiu de acordo com a faixa do número de Reynolds atingida, sendo esta dependente do tipo de leito empregado. Ainda neste trabalho, foi implementado o método de otimização R2W para estimar os parâmetros da equação de Kozeny-Carman a partir de dados experimentais obtidos por Dias et al, a fim de simular o escoamento darciano em meios porosos. Por fim, foi alcançada excelente concordância entre os dados simulados pelo método R2W / equação de Kozeny-Carman e os dados reais. / Computer simulations have been widely used in the study of Darcys flow and non-Darcy porous media in consolidated and non-consolidated. In this work, through a new formulation for the Forchheimer equation, we have been identified two new called Fluid Factor Behavior properties, which acts parallel to permeability, and overall equivalent permeability result of the previous relationship. This behavior has been studied and validated through implementation of an experimental apparatus and a computer code based on the linear regression model, moreover, it demonstrated that flow, even in non darciano system behaves linearly as the Darcy, however, the slope of this decreased according to the range of Reynolds numbers reached, this being dependent on the type of bed used. Although this work was implemented R2W optimization method to estimate the parameters of Kozeny-Carman equation from experimental data provided in the literature in order to simulate the darciano flow in porous media. Finally, it achieved excellent agreement between the data simulated by R2W method / Kozeny-Carman equation and actual data.

CAPES / Nesta Tese de Doutorado propõe-se um modelo de consumo de energia para redes acústicas subaquáticas que leva em consideração as especificidades do ambiente subaquático, como a comunicação utilizando ondas acústicas, a dependência da largura de banda do canal com a perda de percurso, que varia tanto com a distância quanto com a frequência, e o ruído. O desvanecimento, resultado do multipercurso, normalmente modelado pelas distribuições Rayleigh e Rice nas transmissões terrestres, é modelado pela distribuição K, que melhor representa a severidade do ambiente subaquático. O modelo considera uma rede subaquática linear de múltiplos saltos e a possibilidade de retransmissões para calcular a energia total consumida para cada bit de informação transmitido com sucesso entre a fonte e o destino. A fim de obter o menor consumo de energia, a SNR e a frequência de operação também são otimizadas, sendo considerado o uso de códigos convolucionais, cuja taxa ótima que leva ao menor consumo é determinada. Uma análise teórica é desenvolvida para cenários com e sem limitação de atraso. No primeiro caso avalia-se o consumo de energia quando retransmissões não são permitidas ou devem ser limitadas e, portanto, uma FER residual deve ser tolerada. No segundo caso infinitas retransmissões são permitidas até que um pacote seja recebido sem erros. Para ambos cenários o número ótimo de saltos que minimiza o consumo de energia é determinado, e na sequência o impacto do número de tentativas de transmissão é considerado. Resultados numéricos são apresentados, mostrando que o esquema de múltiplos saltos é mais eficiente em termos de consumo de energia que a transmissão direta. Além disso, os resultados mostram que um número pequeno de tentativas de transmissão é suficiente para alcançar uma redução considerável no consumo de energia em redes de múltiplos saltos, limitando o atraso médio por pacote transmitido, o que é muito interessante em aplicações reais. / In this Thesis, an energy consumption model for underwater acoustic networks is proposed. The model takes into account the specificities of the underwater environment, such as the use of acoustic waves for communication, dependence of the underwater acoustic channel bandwidth with the path loss, which varies with both the distance and frequency, and noise. The fading, usually modeled by Rayleigh and Rice distributions on terrestrial communications, in this work, is modeled by the K distribution, which best represents the severity of the underwater environment. The model considers a linear multi-hop underwater network and the possibility of retransmissions to calculate the total energy consumed for each bit of information successfully transmitted between the source and the destination. In order to obtain the minimum energy, the SNR and the operating frequency are also optimized. The use of convolutional codes is considered and the optimal code rate, which leads to the minimum energy consumption, is determined. A theoretical analysis was developed for two scenarios: delay constrained and delay unconstrained networks, indicating the optimal number of hops which minimizes energy consumption. Next, the impact of the number of transmission trials was considered. A numerical analysis was also performed for both the scenarios. The numerical results validate the theoretical analysis, showing that the multi-hop scheme is more efficient in terms of energy consumption when compared to direct transmission. Furthermore, the results show that a small number of transmission trials is sufficient to achieve a considerable reduction in energy consumption in multi-hop networks, limiting the average delay per packet transmitted, which is very interesting in real applications.

Os avanços tecnológicos ocorridos nos últimos anos provocaram um crescimento na base de usuários que utilizam as redes de comunicação, principalmente com serviços de multimídia, como IPTV, videoconferência e VoIP. Como estes serviços requerem mais recursos e geram uma grande demanda sobre a infraestrutura da rede, cada usuário deve ter as suas aplicações tratadas de acordo com determinadas prioridades, para oferecer um nível aceitável de serviço. Partindo deste pressuposto, as redes de comunicação para acesso sem fio em banda larga, baseadas no padrão IEEE 802.16, também conhecidas como WiMAX, conseguem atender as várias demandas dos usuários finais, como a necessidade de acesso aos dados em todos os momentos e em qualquer lugar e a conectividade de banda larga eficiente, oferecendo uma excelente relação custo-benefício para o utilizador final, pois possibilitam uma elevada capacidade de transmissão de dados a um custo relativamente baixo de implantação. A provisão de qualidade de serviços é um fator de grande importância para o desempenho das redes de comunicação, para isso, os mecanismos de escalonamento, de controle de admissão de conexões e de policiamento de tráfego, devem estar presentes. Porém, o padrão IEEE 802.16 apenas especifica as políticas de como estes mecanismos devem ser implementados, mas não define como implementá-los. Esta pesquisa tem como objetivo apresentar uma nova arquitetura para o tráfego uplink, nas estações bases das redes WiMAX, com provisão de qualidade de serviços, utilizando a metaheurística de otimização por enxame de partículas para o cálculo da duração do tempo do quadro, quando houver a necessidade, possibilitando encontrar o valor ideal para esta quantidade, proporcionando uma melhor alocação de usuários na rede. / Technological advances in recent years have led to a growth in the user base using communication networks, especially with multimedia services such as IPTV, video conferencing and VoIP. As these services require more resources and generate a great demand on the network infrastructure, each user must have their applications dealt with in accordance with certain priorities, to provide an acceptable level of service. Under this assumption, the communication networks for wireless broadband, based on the IEEE 802.16 standard, also known as WiMAX, can meet the various demands of end users, the need for access to data at all times and in any place and the connectivity efficient broadband, offering excellent tredeoff for the end user by enabling high data transmission capacity at a relatively low cost of deployment. The provision of quality services is a very important factor for the performance of communication networks for that, the scheduling mechanisms, admission control connections and traffic policing, must be present. However, the IEEE 802.16 standard specifies only policies of how these mechanisms should be implemented, but does not define how to implement them. This research aims to present a new architecture for uplink traffic, the WiMAX network base stations, with provision of quality services through the particle swarm optimization metaheuristic to calculate the frame duration, allowing to find an ideal value, providing a better allocation of network users.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo do presente trabalho é apresentar um estudo sobre o equilíbrio de fases sólido-líquido-vapor para hidratos de metano. A análise do equilíbrio trifásico sólido-líquido-vapor tem encontrado diversas aplicações para sistemas hidrocarboneto-água, uma vez que permite, por exemplo, a determinação da região de estabilidade de hidratos de metano e hidratos de gás natural. Inicialmente foi feita uma pesquisa sobre o estado da arte no que diz respeito ao comportamento termodinâmico e equilíbrio de fases de hidratos. Foram implementados os modelos apresentados por Ballard (2002) e Zhang et al. (2005). A proposta de Zhang et al. (2005) é aplicável para equilíbrios de fases a temperaturas abaixo de 300 K. Sua abordagem combinou a teoria de van der Waals e Platteeuw para a fase hidrato com a equação do estado de Peng-Robinson (1976) modificada por Stryjek e Vera (1986) para ambas as fases fluidas (fase vapor e fase aquosa). A abordagem de Ballard (2000) considerou a distorção do hidrato do seu estado padrão, o que fornece uma exata composição do hidrato e melhora a previsão da formação dos hidratos a altas pressões. Ao esclarecer a mudança de volume no hidrato, o raio da gaiola do hidrato é uma função do seu volume. Com isso, Ballard propôs uma nova abordagem considerando tal variação de volume e gerou um equilíbrio de fases em uma rotina de flash multifásico através da minimização da energia livre de Gibbs. Assim, o presente trabalho apresenta as abordagens de Zhang et al. (2005) e Ballard (2002) para o comportamento termodinâmico de hidratos e faz uma análise e comparação entre eles. Para resolver o problema do flash computacionalmente, foi utilizada a ferramenta lsqnonlin (built-in do software MATLAB). O lsqnonlin é um algoritmo baseado no método de Levenberg-Marquadt. / The objective of the present work is to present a study of solid-vapor-liquid three-phase equilibrium for methane hydrates. The analysis of three-phase equilibrium has several applications for water-hydrocarbon systems, since it permits, for example, determination of stability region for methane hydrates and natural gas hydrates. We have started seeking in literature about the state-of-art for thermodynamic behaviour and phase equilibrium for hydrates. And then the models proposed by Ballard (2002) and Zhang et al. (2005) were implemented. Zhang et al. (2005) have proposed a phase equilibrium for single-guest gas hydrates at temperatures below 300 K. Their approach has combined the van der WaalsPlatteeuw theory for the hydrate phase and the PengRobinson equation of state for both fluid phases (vapor and aqueous phase) (1976) modified by Stryjek and Vera (1986). Ballards (2000) approach has allowed the hydrate distortion from its standard state and has gave a more accurate composition of the hydrate and has improved hydrate formation predictions at high pressures. As a direct result of accounting for a changing hydrate volume, the cage radii were functions of the hydrate volume. Thus, Ballard have proposed the hydrate phase equilibrium by Gibbs energy minimization in a multi-phase flash routine. Thus, this work presents the Zhang et al. (2005) and Ballards (2002) approaches for hydrate thermodynamic behavior and makes an analysis and comparison of them. To compute the flash problem, we use the tool lsqnonlin (built-in of MATLAB software). The algorithm lsqnonlin is based on the Levenberg-Marquadt method.

Diversas aplicações industriais relevantes envolvem os processos de adsorção, citando como exemplos a purificação de produtos, separação de substâncias, controle de poluição e umidade entre outros. O interesse crescente pelos processos de purificação de biomoléculas deve-se principalmente ao desenvolvimento da biotecnologia e à demanda das indústrias farmacêutica e química por produtos com alto grau de pureza. O leito móvel simulado (LMS) é um processo cromatográfico contínuo que tem sido aplicado para simular o movimento do leito de adsorvente, de forma contracorrente ao movimento do líquido, através da troca periódica das posições das correntes de entrada e saída, sendo operado de forma contínua, sem prejuízo da pureza das correntes de saída. Esta consiste no extrato, rico no componente mais fortemente adsorvido, e no rafinado, rico no componente mais fracamente adsorvido, sendo o processo particularmente adequado a separações binárias. O objetivo desta tese é estudar e avaliar diferentes abordagens utilizando métodos estocásticos de otimização para o problema inverso dos fenômenos envolvidos no processo de separação em LMS. Foram utilizados modelos discretos com diferentes abordagens de transferência de massa, com a vantagem da utilização de um grande número de pratos teóricos em uma coluna de comprimento moderado, neste processo a separação cresce à medida que os solutos fluem através do leito, isto é, ao maior número de vezes que as moléculas interagem entre a fase móvel e a fase estacionária alcançando assim o equilíbrio. A modelagem e a simulação verificadas nestas abordagens permitiram a avaliação e a identificação das principais características de uma unidade de separação do LMS. A aplicação em estudo refere-se à simulação de processos de separação do Baclofen e da Cetamina. Estes compostos foram escolhidos por estarem bem caracterizados na literatura, estando disponíveis em estudos de cinética e de equilíbrio de adsorção nos resultados experimentais. De posse de resultados experimentais avaliou-se o comportamento do problema direto e inverso de uma unidade de separação LMS visando comparar os resultados obtidos com os experimentais, sempre se baseando em critérios de eficiência de separação entre as fases móvel e estacionária. Os métodos estudados foram o GA (Genetic Algorithm) e o PCA (Particle Collision Algorithm) e também foi feita uma hibridização entre o GA e o PCA. Como resultado desta tese analisouse e comparou-se os métodos de otimização em diferentes aspectos relacionados com o mecanismo cinético de transferência de massa por adsorção e dessorção entre as fases sólidas do adsorvente. / Several important industrial applications involving adsorption processes, citing as an example the product purification, separation of substances, pollution control and moisture among others. The growing interest in processes of purification of biomolecules is mainly due to the development of biotechnology and the demand of pharmaceutical and chemical products with high purity. The simulated moving bed (SMB) chromatography is a continuous process that has been applied to simulate the movement of the adsorbent bed, in a countercurrent to the movement of liquid through the periodic exchange of the positions of input and output currents, being operated so continuous, notwithstanding the purity of the outlet streams. This is the extract, rich in the more strongly adsorbed component, and the raffinate, rich in the more weakly adsorbed component, the method being particularly suited to binary separations. The aim of this thesis is to study and evaluate different approaches using stochastic optimization methods for the inverse problem of the phenomena involved in the separation process in LMS. We used discrete models with different approaches to mass transfer. With the benefit of using a large number of theoretical plates in a column of moderate length, in this process the separation increases as the solute flowing through the bed, i.e. as many times as molecules interact between the mobile phase and stationary phase thus achieving the equilibrium. The modeling and simulation verified in these approaches allowed the assessment and identification of the main characteristics of a separation unit LMS. The application under consideration refers to the simulation of the separation of Ketamine and Baclofen. These compounds were chosen because they are well characterized in the literature and are available in kinetic studies and equilibrium adsorption on experimental results. With the results of experiments evaluated the behavior of the direct and inverse problem of a separation unit LMS in order to compare these results, always based on the criteria of separation efficiency between the mobile and stationary phases. The methods studied were the GA (Genetic Algorithm) and PCA (Particle Collision Algorithm) and we also made a hybridization between the GA and PCA. This thesis, we analyzed and compared the optimization methods in different aspects of the kinetic mechanism for mass transfer between the adsorption and desorption of the adsorbent solid phases.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O presente trabalho aborda o problema de identificação de danos em uma estrutura a partir de sua resposta impulsiva. No modelo adotado, a integridade estrutural é continuamente descrita por um parâmetro de coesão. Sendo assim, o Modelo de Elementos Finitos (MEF) é utilizado para discretizar tanto o campo de deslocamentos, quanto o campo de coesão. O problema de identificação de danos é, então, definido como um problema de otimização, cujo objetivo é minimizar, em relação a um vetor de parâmetros nodais de coesão, um funcional definido a partir da diferença entre a resposta impulsiva experimental e a correspondente resposta prevista por um MEF da estrutura. A identificação de danos estruturais baseadas no domínio do tempo apresenta como vantagens a aplicabilidade em sistemas lineares e/ou com elevados níveis de amortecimento, além de apresentar uma elevada sensibilidade à presença de pequenos danos. Estudos numéricos foram realizados considerando-se um modelo de viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada. Para a determinação do posicionamento ótimo do sensor de deslocamento e do número de pontos da resposta impulsiva, a serem utilizados no processo de identificação de danos, foi considerado o Projeto Ótimo de Experimentos. A posição do sensor e o número de pontos foram determinados segundo o critério D-ótimo. Outros critérios complementares foram também analisados. Uma análise da sensibilidade foi realizada com o intuito de identificar as regiões da estrutura onde a resposta é mais sensível à presença de um dano em um estágio inicial. Para a resolução do problema inverso de identificação de danos foram considerados os métodos de otimização Evolução Diferencial e Levenberg-Marquardt. Simulações numéricas, considerando-se dados corrompidos com ruído aditivo, foram realizadas com o intuito de avaliar a potencialidade da metodologia de identificação de danos, assim como a influência da posição do sensor e do número de dados considerados no processo de identificação. Com os resultados obtidos, percebe-se que o Projeto Ótimo de Experimentos é de fundamental importância para a identificação de danos. / The present work deals with the damage identification problem in mechanical structures from their impulse response. In the adopted model, the structural integrity is continually described by a cohesion parameter and the finite element model (FEM) is used to spatially discretize both the displacement and cohesion fields. The damage identification problem is then posed as an optimization one, whose objective is to minimize, with respect to the vector of nodal cohesion parameters, a functional based on the difference between the experimentally obtained impulse response and the corresponding one predicted by an FEM of the structure. The damage identification problem built on the time domain presents some advantages, as the applicability in linear systems with high levels of damping an/or closed spaced modes, and in nonlinear systems. Besides, the time domain approaches present high sensitivities to the presence of small damages. Numerical studies were carried out considering a simply supported Euler-Bernoulli beam. Optimal experiment design techniques were considered with the aim at determining the optimal position of the displacement sensor and also the number of points of the impulse response to be considered in the identification process. The Differential Evolution optimization method and the Levenberg-Marquardt method were considered to solve the inverse problem of damage identification. Numerical analysis were carried out in order to assess the influence, on the identification results, of noise in the synthetic experimental data, of the sensor position, and of the number of points retained in the impulse response. The presented results shown the potentiality of the proposed damage identification approach and also the importance of the optimal experiment design for the quality of the identification. al importance for the identification of damage.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A identificação de danos estruturais é uma questão de fundamental importância na engenharia, visto que uma estrutura está sujeita a processos de deterioração e a ocorrência de danos durante a sua vida útil. A presença de danos compromete o desempenho e a integridade estrutural, podendo colocar vidas humanas em risco e resultam em perdas econômicas consideráveis. Técnicas de identificação de danos estruturais e monitoramento de estruturas fundamentadas no ajuste de um Modelo de Elementos Finitos (MEF) são constantes na literatura especializada. No entanto, a obtenção de um problema geralmente mal posto e o elevado custo computacional, inerente a essas técnicas, limitam ou até mesmo inviabilizam a sua aplicabilidade em estruturas que demandam um modelo de ordem elevada. Para contornar essas dificuldades, na formulação do problema de identificação de danos, pode-se utilizar o Modelo de Superfície de Reposta (MSR) em substituição a um MEF da estrutura. No presente trabalho, a identificação de danos estruturais considera o ajuste de um MSR da estrutura, objetivando-se a minimização de uma função de erro definida a partir das frequências naturais experimentais e das correspondentes frequências previstas pelo MSR. Estuda-se o problema de identificação de danos estruturais em uma viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada, considerando as frequências naturais na formulação do problema inverso. O comportamento de uma viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada na presença de danos é analisado, com intuito de se verificar as regiões onde a identificação dos mesmos pode apresentar maior dificuldade. No processo de identificação de danos, do presente trabalho, são avaliados os tipos de superfícies de resposta, após uma escolha apropriada do tipo de superfície de resposta a ser utilizado, determina-se a superfície de resposta considerando os dados experimentais selecionados a partir do projeto ótimo de experimentos. A utilização do método Evolução Diferencial (ED) no problema inverso de identificação de danos é considerado inerente aos resultados numéricos obtidos, a estratégia adotada mostrou-se capaz de localizar e quantificar os danos com elevada acurácia, mostrando a potencialidade do modelo de identificação de danos proposto. / The identification of structural damage is an issue of fundamental importance in engineering, since a structure is subject to deterioration processes and to the occurrence of damage throughout its useful lifetime. The presence of damage compromises the performance and structural integrity, may put human lives at risk and may result in considerable economic losses. Damage identification and structural health monitoring techniques built on Finite Element Model (FEM) updating are constant in the specialized literature. However, the problem generally rank deficient and the high computational cost, inherent to these techniques, limit or even render their applicability in structures that require a high order model. To circumvent these difficulties, in the formulation of the damage identification problem, one may use a Response Surface Model (RSM) in place of a FEM of the structure. In the present work, the identification of structural damage considers the update of a RSM of the structure, with the aim at minimizing an error function defined from the experimental natural frequencies and the corresponding natural frequencies prescribed by a RSM. The problem of structural damage identification in a simply supported Euler-Bernoulli beam is studied, taking into account the natural frequencies in the inverse problem formulation. The behavior of a simply supported Euler-Bernoulli beam, in the presence of damage, is analyzed, in order to verify the identification of regions where the damage identification may present greater difficulties. In the damage identification process, in the present work, after a suitable choice of the type of the response surface model, the surface model is derived considering the experimental data selected from an optimal design of experiments. The use of the Differential Evolution (DE) method in the inverse problem of damage identification is considered. Considering the numerical results obtained, the strategy adopted proved to be able to locate and quantify the damage with high accuracy, showing the capability of the proposed damage identification model.

Investiga-se a eficiência energética e o throughput seguros em sistemas de comunicações sem fio cooperativos, em que um par de usuários legítimos (Alice e Bob) são auxiliados por um nó relay e em que a comunicação ocorre na presença de um espião passivo (Eve). Diversos protocolos cooperativos são comparados em relação a estas medidas e se utiliza um algoritmo iterativo e distribuído, baseado no algoritmo Dinkelbach, para alocação de potência entre Alice e o relay. A alocação de potência é utilizada visando maximizar a eficiência energética segura, medida em bits seguros/J/Hz, ou o throughput seguro, medido em bits seguros/s/Hz. Em relação aos protocolos, consideramos o caso onde Alice tem conhecimento perfeito do estado instantâneo do canal apenas em relação aos usuários legítimos. Desta forma, empregamos o protocolo Decode-and-Forward Seletivo (SDF), que realiza a escolha entre o melhor tipo de comunicação entre Alice e Bob (comunicação direta ou cooperativa) de forma a aumentar a segurança do sistema. Para comparação, consideramos outros esquemas clássicos de cooperação como o Amplify-and-Forward (AF), Decode-and-Forward Fixo (DF) e o Cooperative Jamming (CJ). Nossos resultados demostram que o SDF supera o AF, o DF e o CJ em grande parte das situações. Contudo, quando a taxa de transmissão aumenta ou quando Eve está muito próxima aos nós legítimos, o CJ apresenta um melhor desempenho. / We investigate the secure energy efficiency and throughput in cooperative wireless communications systems, in which a pair of legitimate users (Alice and Bob) are assisted by a relay node and the communication occurs in the presence of a passive eavesdropper (Eve). Several cooperative protocols are compared with respect to these measures and we use of an iterative and distributed algorithm, based on Dinkelbach algorithm, to allocate power between Alice and the relay. The power allocation is performed in order to increase the secure energy efficiency, measured in secure bits/J/Hz, or secure throughput, measured in secure bits/s/Hz. About the protocols, we consider the case where Alice has perfect knowledge only about the instantaneous channel state of the legitimate channel. So, we employ a Selective Decode-and-Forward (SDF) protocol, which chooses the best type of communication between Alice and Bob (direct or cooperative communication) in order to improve security. For comparison, we consider other classical cooperative schemes such as the Amplify-and-Forward (AF), the Fixed Decode-and-Forward (DF) and the Cooperative Jamming (CJ). Our results show that SDF outperforms AF, DF and CJ in most situations. However, when the transmit rate increases or when Eve is close to the legitimate nodes, CJ has a better performance.

ANP; FINEP; MCT / A modelagem de sistemas envolvidos no gerenciamento das operações de uma rede de dutos é um problema de otimização que envolve complexas restrições operacionais. O transporte por meio de dutos mostra-se confiável e econômico, principalmente para grandes volumes. Porém, a elevada taxa de ocupação das redes de distribuição e a quantidade de diferentes produtos que devem ser transportados sob condições operacionais diferenciadas levam a cenários operacionais complexos. Uma melhoria na eficiência do transporte de produtos através de redes de dutos pode ser obtida por uma melhor alocação dos recursos disponíveis, contudo além de ser este um problema combinatório de difícil solução, é também um problema de otimização multiobjetivo. Para resolver este tipo de problema, as técnicas baseadas em metaheurísticas populacionais, em especial os algoritmos evolucionários parecem adequados pois tratam simultaneamente com um conjunto de soluções possíveis que permite encontrar um conjunto de soluções ótimas de Pareto com a simples execução do algoritmo. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de modelos de otimização multiobjetivo aplicados ao escalonamento de operações em rede de dutos existente na indústria P & G, investigando técnicas baseadas em metaheurísticas que auxiliem na tomada de decisões deste cenário específico, em especial, técnicas baseadas em algoritmos evolucionários multiobjetivos. Assim, usa-se uma abordagem que propõe o uso de um algoritmo evolucionário multiobjetivo inspirado a partir da evolução memética de um grupo de sapos que procuram por comida: o SFLA (Shuffled Frog Leaping Algorithm). Os resultados obtidos a partir das simulações realizadas serão comparados com um algoritmo muito conhecido e usado na literatura, o algoritmo genético (AG). Além disso, como este trabalho utiliza um modelo de otimização multiobjetivo e nestes casos procura-se um conjunto de soluções Pareto-ótimas, uma nova abordagem é proposta para o algoritmo SFLA: o Modified Shuffled Frog-leaping Pareto Approach (MSFLPA). Esta nova abordagem combina o uso de uma pequena população e uma estratégia de arquivamento com um processo de reinicialização da população usando duas memórias auxiliares para armazenar soluções não-dominadas~(Conjunto de Pareto) encontradas durante a evolução da população. Para validar o desempenho e a eficiência do algoritmo MSFLPA proposto, cinco funções Zitzler-Deb-Thiele são utilizadas para comparar com dois algoritmos genéticos multi-objetivos bem conhecidos da literatura: NSGA-II e SPEA2. Os experimentos numéricos indicam que MSFLPA produz soluções bem espalhadas~(diversidade) e converge para a verdadeira fronteira de Pareto e verifica-se ser eficiente e competitivo para resolver problemas multiobjetivos. Após essa validação, o MSFLPA é usado para otimizar a alocação dos recursos e para resolver o problema de programação de uma rede de dutos e quando comparado com o NSGA-II e microAG, MSFLPA tem se mostrado uma nova alternativa eficaz para a solução de problemas multiobjetivos com mais de dois objetivos, como é o caso dos problemas de escalonamento de redes de dutos. / The development of model to support pipeline network operation management is an optimization problem which involves complex operational constraints. The product transport through pipelines proves reliable and economical, especially for large volumes. However, the high occupancy rate of the distribution networks and the amount of different products should be transported under different operating conditions lead to complex operational scenarios. An efficiency improvement of products transport through pipeline networks can be obtained by a better allocation of available resources. However that is a hard solution combinatorial problem with multiobjective optimization characteristics. An alternative to efficient solve this type of problem is the use of metaheuristics such Multiobjective Evolutionary Algorithms~(MOEA). MOEA uses a population of solutions in its search, and multiple Pareto-optimal solutions can, in principle, be found in one single run. This work aims to develop a model of multi-criterion optimization applied to scheduling operations in a real-world pipeline network in the oil industry. We use a metaheuristic optimization method inspired from the memetic evolution of a group of frogs when seeking for food: SFLA~(Shuffled Frog Leaping Algorithm). The results obtained from the simulations are compared to an algorithm well known in the literature: genetic algorithm~(GA). Moreover, this works then introduces a new approach of the original shuffled frog leaping algorithm to create a modified form of the algorithm: the Modified Shuffled frog-leaping Pareto Approach~(MSFLPA). The main goal of MSFLPA is to represent and recover the entire Pareto front to a modeled problem, moreover an efficient and competitive algorithm to solve multi-objective scheduling problems with more than two conflicting objectives. This new approach combines the use of a small population and an archiving strategy with a procedure to restart the population using two auxiliary memories to store nondominated solutions (Pareto set) found during population evolution. To validate the performance and efficiency of the proposed MSFLPA in spread Pareto front, five Zitzler-Deb-Thiele functions are examined and compared against two well-known multi-objective genetic algorithms: NSGA-II and SPEA2. The numerical experiments indicate that MSFLPA yields spread solutions and converges to the true Pareto front and it is verified to be efficient and competitive for solving multi-objective problem. After this validation, the MSFLPA is used to optimize the allocation of the resources and to solve the scheduling problem of a real world pipeline network and if compared with NSGA-II and microGA, MSFLPA is verified to be a new effective alternative for solving of multi-objective problems with more than two objectives as it is the case of the pipeline scheduling problems.