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Traffic signals are one of the vital control elements of traffic management and control systems under purview of Departments of Transportation (DOTs) nationwide. They directly affect mobility, safety, and environmental parameters of the transportation networks. Traffic engineers in DOTs often face pressure for extracting additional benefits from existing signal control equipment, influenced by evident increase in demand and changing traffic patterns. However, they often face difficulties, usually from the maturity of the field equipment, lack of understanding of currently available equipment capabilities, and multitude of market available equipment. Besides issues in everyday operation, the need for improved decision-making process appears during selection and implementation of the future signal-control subsystems. This thesis is focusing on the issues related with the need for extracting additional benefits and improved planning of signal-control equipment deployment. Presented are several methodologies and techniques for modeling and assessing traffic signal controllers and supporting communication infrastructure. Techniques presented in this thesis include Petri Net modeling language, Software-in-the-loop simulation, and Geographical Information Systems. Specific capabilities of listed techniques are coordinated for maximizing their benefits in addressing specific issues. The intended positive effects reflect in enhanced comprehension, numerical representation, and analysis of state-of-the-art signal control subsystems in focus. Frameworks, methodologies, and example cases are presented for each of the specific issues in identified traffic signal subsystems, along with recommendations for further research. / Master of Science

Yes / A fuzzy neural Petri Nets (FNPN) controller is utilized for controlling a three-links robot arm which considers a nonlinear dynamic system. The incorporation of the classical FNN with a Petri net (PN) has been suggested to produce a new representing system called FNPN structure to alleviate the computation burden. The motion equation of three links robot arm is derived from Lagrange’s equation. This equation has been incorporated with the motion equations of DC Servo motors which motivate the robot. For nonlinearity dynamic problems, this paper presents a direct adaptive control technique to control three links robot arm utilizing the FNPN controller. The computer simulation depicts that the present FNPN controller accomplished better performance with fast response and minimum error.

Call centers have become a preferred and prevalent means for companies to communicate with their customers. As a consequence of this, the call center industry has seen a huge growth in both volume and scope in the last couple of decades. Operations managers are challenged with the fact that personnel costs, especially staffing, account for over 65% of the cost of running the typical call center. The trade-off between service quality (marketing) and efficiency (operations), thus naturally arises, and a central goal of ours is to contribute to its understanding. We present here a server switching policy for routing of calls to Customer Service Representatives (CSR) in a multi-skilled inbound call center utilizing skill-based routing (SBR). We model the system as a queueing network and propose stochastic Petri net based models for the design and performance analysis of call centers. Our models and experimentations help in identifying practices that result in efficient usage of existing personnel in a call center. In our work, we have considered two types of scenarios in which a multi-skilled SBR call center handling inbound calls can function - (i) with specialist agents only, and (ii) with a mix of specialist and flexible agents. We have developed both these models and compared the rewards obtained from each of them. This analysis helped us answer important issues regarding the routing decision of calls to CSRs, identify the hedging point where one obtains the highest rewards and the impact of varying the strategic and tactical level decisions on the overall call center performance.

Les convertisseurs de puissance multicellulaires trouvent une place privilégiée dans le contrôle des systèmes de très forte puissance. Dans ce travail de thèse une nouvelle classe de convertisseurs de puissance est étudiée les Convertisseurs Multicellulaires Parallèles (CMP). La topologie de ces convertisseurs repose sur une association de n cellules de commutationinterconnectées par l'intermédiaire d'inductances indépendantes, appelées aussiinductances de liaison. Le CMP permet d'atteindre un courant de sortie égal à n fois le courant d'entrée du convertisseur, l'inconvénient majeur de ce type de convertisseur est le déséquilibrage des courants de branches . Dans le but de réduire et d'économiser le nombre de capteurs, nous avons proposé dans la première partie de la thèse une analyse d'observabilité spécifique à une classe de système dynamique hybride appelée Z(TN)-Observability et synthétisé un observateur hybride en utilisant l'algorithme super twisting. La deuxièmepartie du travail a été consacrée à la synthèse d'une loi de commande pour la régulation des courants de branches. En effet, le régulateur proposé est un régulateur hybride en basant sur la modélisation par réseaux de pétri de l'algorithme de contrôle. Enfin, Les deux parties théoriques sont suivies par une réalisation pratique d'un CMP à trois cellules de commutation pour valider les deux approches proposées. Les résultats expérimentaux nous ont montré les performances de l'observateur et le régulateur de courant et de tension de sortie. / This study deals with observability problems and control of the parallel multicell chopper. In the area of strong currents with high switching frequencies, new structures based on the combination of components have been developed. This type of chopper is a DC/DC static power converter which has an output current equals to n (n is the number of cells) times the source current. After recalling the dynamical equations of the converter, its hybrid dynamical behaviour and properties are highlighted. This particular hybrid system induces new and difficult observability problems, such problem can be tackled by a new observability concept [the Z(TN)-observability]. However, for a large number of switching cells in parallel, the complexity of the system makes it impossible to predict the transient behaviour of the converter and therefore all predimensioning. The main disadvantage of this type of converter is the imbalance branches of current with increasing number of cells. Therefore modelling and control with Petri net is proposed to solve the problems of imbalanced of currents and the voltage output regulation with variation of the load. The authors approaches are attested by several numerical simulations and experimental results considering noisy measurements and load variations.

As camadas de enlace empregadas em redes sem fio de baixo custo e desempenho limitado, como as redes de sensores sem fio, são implementadas segundo o padrão IEEE 802.15.4. Prever o desempenho deste padrão é importante para analisar a viabilidade e o desempenho esperado de projetos envolvendo esse tipo de rede. Constatou-se que trabalhos anteriores com esse objetivo são incompletos no tocante às métricas aferidas e tem foco no cálculo de probabilidades, o que não faz parte da especificação do padrão. Assim, o objetivo deste trabalho foi projetar e implementar um modelo comportamental do padrão IEEE 802.15.4, cujos parâmetros possam ser facilmente alterados e que seja capaz de aferir as principais métricas de uma rede: vazão, taxa de entrega, atraso e gasto de energia. Os objetivos foram cumpridos com a validação do modelo perante simulação com o NS2. Além disso, o modelo foi utilizado para estudar a variação dos parâmetros aMaxFrameRetries, macMaxCSMABackos, initialCW e aUnitBackoPeriod do padrão IEEE 802.15.4, para estudar cenários em que os nós possuem tráfego assimétrico e cenários com diferentes relações de tamanho e taxa de chegada de pacotes, mantendo a taxa de bits constante. / Low cost and performance constrained wireless networks, such as wireless sensor networks, employ IEEE 802.15.4 standard as its MAC layer. Foreseeing this standard\'s performance is essential to analyze the feasibility and expected metrics results of these networks projects. It was observed that previous works with that aim are both incomplete regarding metrics of interest and focus on probability calculation, which is not part of the standard specication. Thus, the objective of this work is to project and implement a behavioral IEEE 802.15.4 standard model, which parameters may be easily set and that covers the main metrics of interest: throughput, delivery rate, delay and energy. The objectives were achieved, with model validation against NS2 simulations. Furthermore, the model was employed to analyze the performance variation caused by the parameters aMaxFrameRetries, macMaxCSMABackos, initialCW and aUnitBackoPeriod from the IEEE 802.15.4 standard and also scenarios with asymmetric trac conditions and packet size and arrival rate variations, maintaining a constant bitrate.

Em geral a avaliação de desempenho dos sistemas produtivos considera critério normalizado de uso eficiente de recursos de transformação tecnológica (como máquinas e matérias-primas), processamento de informações e operações de manuseio/transporte. No entanto, não existem critérios ou regras normalizadas para avaliar o desempenho de um sistema produtivo no contexto da sustentabilidade. Assim, este trabalho introduz uma abordagem para identificar e avaliar os indicadores de desempenho relacionados à sustentabilidade dos sistemas produtivos, especificamente para casos geograficamente dispersos, ou seja, Sistema Produtivo Disperso (SPD), no qual os processos ocorrem de forma distribuída e dispersa. A abordagem proposta baseia-se em um framework destinado a medir os indicadores-chave de desempenho de sustentabilidade (KPIs - Key Performance Indicators) que avaliam a sustentabilidade de um sistema. O framework considera a norma ANSI/ISA-95 e os processos produtivos modelados usando a rede de Petri. A metodologia de avaliação de sustentabilidade considera o equilíbrio dos indicadores de sustentabilidade, os quais dependem dos aspectos econômicos, ambientais, sociais e tecnológicos, além do comprometimento de todos os colaboradores envolvidos. / In general, the performance evaluation of productive systems considers normalized criteria of the efficient use of technological transformation resources (such as machines and raw materials), information processing and handling/transportation operations. However, there are no normalized criteria or rules to evaluate the performance of a productive system in the context of sustainability. Thus, this paper introduces an approach to identify and to evaluate the performance indicators related to the sustainability of productive systems, specifically for geographically disperse cases, i.e., disperse productive system (DPS), in which the processes are in a distributed and disperse architecture. The proposed approach is based on a framework aimed to measure sustainability key-performance-indicators (KPIs) that evaluate the sustainability of a system. The framework considers the ANSI/ISA-95 standard and productive processes modeled using Petri net. The sustainability assessment methodology considers the balance of sustainability indicators, which depend on economic, environmental, social, and technological aspects, besides the commitment of all the partners involved.

Trabalhos recentes na área de Planejamento e Escalonamento têm gerado uma grande expectativa em relação à aplicação dos resultados em sistemas reais. Neste cenário, métodos, ferramentas e conceitos provenientes das Engenharia do Conhecimento e da Engenharia de Requisitos se tornam fundamentais para caracterizar melhor, entender e especificar os domínios de planejamento. Nesse caso uma especial importância deve ser dada às etapas iniciais do processo, onde o conhecimento sobre o domínio é incompleto e onde existem poucas ferramentas, seja para o suporte ou automação parcial do processo, e as ferramentas já existentes carecem de métodos formais para a modelagem e análise dos requisitos. Neste trabalho propõe-se o ReKPlan (Ambiente para a Engenharia de Requisitos usando KAOS em problemas de planejamento), que usa KAOS, um método orientado a objetivos, para a modelagem de requisitos. Entretanto, o uso do KAOS (ou de qualquer outro método goaloriented) não atende à necessidade de verificar formalmente o comportamento dinâmico quando o alvo são sistemas de planejamento. A proposta deste trabalho é combinar o uso do método orientado a objetivos com o formalismo das Redes de Petri (Rdp) -especificamente a abordagem seguida pelo GHENeSys- para representar e analisar requisitos no projeto de sistemas de planejamento. Finalmente é proposto um método sobre o processo de projeto que, guiado por modelos, gera instruções PDDL servindo de entrada para os planejadores. A método foi aplicado a vários estudos de caso que o avaliam como um mecanismo promissor e eficiente na Engenharia de Requisitos resultando em uma melhor definição dos requisitos em problemas de planejamento. / Recent works in Planning and Scheduling, lead to a great expectations about how to apply achieved results in real systems. In this scenario, methods, tools and concepts from Knowledge and Requirements Engineering seem to be a key issue for characterizing, understanding and specifying the domain of planning problems. In this case a special attention should be given to the initial stages of the process, where knowledge about the domain is incomplete and there are a few tools to support or partially automate the process, and there is a lack of formal methods for modeling and analysis of requirements in the existing tools. This work proposes the ReKPlan (Requirement Engineering Using KAOS for Planning Problems) which uses KAOS, a goal-oriented method, for modeling requirements. However, the use of KAOS (or another goal-oriented method) don\'t seem the most appropriate for formal verification of the dynamic behavior of planning systems. The purpose of this work is to combine the use of KAOS with Petri Nets formalism (Rdp) - GHENeSys approach specifically - for modeling and analyzing requirements in the design of planning system. Finally is proposed a model driven engineering mechanism over a design for guiding, until the generation of PDDL instructions as input for planners to solve problems.

As tecnologias da informação, telecomunicações e mobilidade aliadas às mudanças econômicas e sociais acarretaram uma grande reestruturação da indústria. Entre estas mudanças, verifica-se um maior nível de descentralização e especialização das unidades produtivas, o aumento da automação dos processos e, em conseqüência, uma maior quantidade e complexidade nas interações de seus sub-sistemas. De forma a lidar com esta complexidade e facilitar o estudo e projeto de novos sistemas, faz-se necessário o uso de modelos, que são analisados por exemplo, através de simulação. Entre elas destaca-se a simulação distribuída, a qual trata da evolução de situações/cenários do sistema em computadores fisicamente dispersos, conectados através de uma rede de comunicação, visando, por exemplo, a redução do tempo de simulação, a simulação de grandes modelos(composto por muitos elementos), maior tolerânica a falhas e mesmo a distribuição geográfica. Visando contribuir para uma maior aplicabilidade das técnicas de modelagem e simulação, em especial a distribuída, propõe-se nesta tese (1) um novo método para a modelagem hierárquica de sistemas produtivos; e (2) um novo algoritmo para a sincronização da evolução do tempo de simulação de diferentes simuladores interagindo através de redes de comunicação (LAN, WAN). No método de modelagem proposto, utiliza-se uma abordagem top-down para a decomposição do sistema, partindo-se de um nível de abstração para um de maior detalhamento, permitindo, assim, um maior nível de conhecimento quanto ao comportamento dos elementos e suas interações. No nível de detalhamento desejado, utiliza-se a Rede de Petri na modelagem dos elementos básicos do sistema, que são, assim como na orientação a objetos, denominados classes. Em seguida, através de uma abordagem bottom-up, estes modelos são agrupados, formando modelos mais complexos: componentes e aplicativos. A fim de garantir a interação entre estes elementos, foram definidos um conjunto de interfaces, bem como suas regras de relacionamento. Este método foi aplicado a um estudo de caso para comprovar sua eficácia. No que diz respeito ao algoritmo proposto para sincronizar os tempos de simulação, utiliza-se como subsidio o mecanismo de gerenciamento da transmissão de dados em redes conhecido como Token Ring. Um simulador de eventos, distribuído, foi implementado com a finalidade de validar o algoritmo proposto. / Evolution on the information technology, telecommunications and transport systems, associated to social and economic changes around the world have caused a significative reorganization of the industry. In this context, a high level of decentralization and specialization of the productive units, as well as an increment of the automation level used in productive processes have been verified. It results on the increase of the amount and the complexity of the enterprise subsystems interactions. Modeling techniques are used with simulation to deal with the complexity, to analysis, and to design new productive systems. Among the simulation approaches, distributed simulation is distinguished. It deals with the execution of simulation in physically dispersed computers connected through a LAN (Local Area Network), providing, for example, the reduction of the simulation time, huge simulation models (models with many elements), fault tolerance, as well as geographic dispersion. To contribute for the evolution of modeling and simulation techniques, in special the distributed one, it is proposed on this work: (1) a new method for the hierarchical modeling of productive systems; and (2) a new time synchronization algorithm used to manage the time evolution of a set of distributed simulation software. On the proposed modeling method it is used a top-down approach to decompose the system in basic elements, starting in a high-level abstraction model, and ending with a set of basic models with high level of detail. Then, these models are modeled using Petri net. As well as on object-oriented languages, each model is called class. After that, using a bottom-up approach, these basic models are grouped to generate more complex models: component and application. A set of interfaces, as well as its relationship rules had been defined to guarantee the interaction among these elements. This method was applied to a case study to confirm its effectiveness. About the time synchronization algorithm, the token ring protocol is used as subsidy. An event based distributed simulator was implemented with the purpose to validate the proposed algorithm.

As tecnologias da informação, telecomunicações e mobilidade aliadas às mudanças econômicas e sociais acarretaram uma grande reestruturação da indústria. Entre estas mudanças, verifica-se um maior nível de descentralização e especialização das unidades produtivas, o aumento da automação dos processos e, em conseqüência, uma maior quantidade e complexidade nas interações de seus sub-sistemas. De forma a lidar com esta complexidade e facilitar o estudo e projeto de novos sistemas, faz-se necessário o uso de modelos, que são analisados por exemplo, através de simulação. Entre elas destaca-se a simulação distribuída, a qual trata da evolução de situações/cenários do sistema em computadores fisicamente dispersos, conectados através de uma rede de comunicação, visando, por exemplo, a redução do tempo de simulação, a simulação de grandes modelos(composto por muitos elementos), maior tolerânica a falhas e mesmo a distribuição geográfica. Visando contribuir para uma maior aplicabilidade das técnicas de modelagem e simulação, em especial a distribuída, propõe-se nesta tese (1) um novo método para a modelagem hierárquica de sistemas produtivos; e (2) um novo algoritmo para a sincronização da evolução do tempo de simulação de diferentes simuladores interagindo através de redes de comunicação (LAN, WAN). No método de modelagem proposto, utiliza-se uma abordagem top-down para a decomposição do sistema, partindo-se de um nível de abstração para um de maior detalhamento, permitindo, assim, um maior nível de conhecimento quanto ao comportamento dos elementos e suas interações. No nível de detalhamento desejado, utiliza-se a Rede de Petri na modelagem dos elementos básicos do sistema, que são, assim como na orientação a objetos, denominados classes. Em seguida, através de uma abordagem bottom-up, estes modelos são agrupados, formando modelos mais complexos: componentes e aplicativos. A fim de garantir a interação entre estes elementos, foram definidos um conjunto de interfaces, bem como suas regras de relacionamento. Este método foi aplicado a um estudo de caso para comprovar sua eficácia. No que diz respeito ao algoritmo proposto para sincronizar os tempos de simulação, utiliza-se como subsidio o mecanismo de gerenciamento da transmissão de dados em redes conhecido como Token Ring. Um simulador de eventos, distribuído, foi implementado com a finalidade de validar o algoritmo proposto. / Evolution on the information technology, telecommunications and transport systems, associated to social and economic changes around the world have caused a significative reorganization of the industry. In this context, a high level of decentralization and specialization of the productive units, as well as an increment of the automation level used in productive processes have been verified. It results on the increase of the amount and the complexity of the enterprise subsystems interactions. Modeling techniques are used with simulation to deal with the complexity, to analysis, and to design new productive systems. Among the simulation approaches, distributed simulation is distinguished. It deals with the execution of simulation in physically dispersed computers connected through a LAN (Local Area Network), providing, for example, the reduction of the simulation time, huge simulation models (models with many elements), fault tolerance, as well as geographic dispersion. To contribute for the evolution of modeling and simulation techniques, in special the distributed one, it is proposed on this work: (1) a new method for the hierarchical modeling of productive systems; and (2) a new time synchronization algorithm used to manage the time evolution of a set of distributed simulation software. On the proposed modeling method it is used a top-down approach to decompose the system in basic elements, starting in a high-level abstraction model, and ending with a set of basic models with high level of detail. Then, these models are modeled using Petri net. As well as on object-oriented languages, each model is called class. After that, using a bottom-up approach, these basic models are grouped to generate more complex models: component and application. A set of interfaces, as well as its relationship rules had been defined to guarantee the interaction among these elements. This method was applied to a case study to confirm its effectiveness. About the time synchronization algorithm, the token ring protocol is used as subsidy. An event based distributed simulator was implemented with the purpose to validate the proposed algorithm.