abstract: LTE-Advanced networks employ random access based on preambles transmitted according to multi-channel slotted Aloha principles. The random access is controlled through a limit <italic>W</italic> on the number of transmission attempts and a timeout period for uniform backoff after a collision. We model the LTE-Advanced random access system by formulating the equilibrium condition for the ratio of the number of requests successful within the permitted number of transmission attempts to those successful in one attempt. We prove that for <italic>W</italic>&le;8 there is only one equilibrium operating point and for <italic>W</italic>&ge;9 there are three operating points if the request load &rho; is between load boundaries &rho;₁ and &rho;₂. We analytically identify these load boundaries as well as the corresponding system operating points. We analyze the throughput and delay of successful requests at the operating points and validate the analytical results through simulations. Further, we generalize the results using a steady-state equilibrium based approach and develop models for single-channel and multi-channel systems, incorporating the barring probability <italic>P<super>B</super></italic>. Ultimately, we identify the de-correlating effect of parameters <italic>O, P<super>B</super>,</italic> and <italic>T_o<super>max</super></italic> and introduce the Poissonization effect due to the backlogged requests in a slot. We investigate the impact of Poissonization on different traffic and conclude this thesis. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2014

Stream ciphers are counted as an important part of symmetric encryption method. Their basic idea comes from One-Time-Pad cipher using XOR operator on the plain text and the key to generate the cipher. The present work brings a new idea in symmetric encryption method, which inherits stream key generation idea from synchronous stream cipher and uses division instead of xoring. The Usage of division to combine the plain text with stream key gives numerous abilities to this method that the most important one is using random factors to produce the ciphers.

Num problema de espalhamento temos partículas incidentes sobre uma região de espalhamento que, depois de interagir por algum tempo nessa região, escapam para o infinito. Quando o espalhamento é caótico, a função de espalhamento (que é a relação entre uma variável antes do espalhamento e outra variável depois do espalhamento), apresenta singularidades sobre um conjunto de Cantor de condições iniciais. O espalhamento caótico pode ser dividido em dois tipos: espalhamento não-hiperbólico e hiperbólico. No espalhamento não-hiperbólico, o conjunto invariante contém órbitas estáveis. O decaimento das partículas que escapam do conjunto invariante é regido por uma lei de potência com relação ao tempo. No caso do espalhamento hiperbólico, a sela caótica é hiperbólica e todas as órbitas que a compõem são instáveis. O decaimento das partículas na região de espalhamento segue uma exponencial decrescente. Investigamos a transição do espalhamento não-hiperbólico para o hiperbólico quando ruído é adicionado à dinâmica do sistema. Isto porque prevíamos que o ruído reduzisse o efeito de aprisionamento (stickness) dos conjuntos de órbitas estáveis, provocando um decaimento exponencial. Introduzimos perturbações randômicas a fim de simular flutuações reais que ocorrem em sistemas físicos, como por exemplo, um vórtex que depende irregularmente do tempo no estudo de fluidos. Assim, usamos o conceito de mapas randômicos, que são mapas onde um ou mais parâmetros são variados aleatoriamente a cada iteração. Estudamos então, os efeitos provocados por perturbações randômicas em um sistema com espalhamento caótico não-hiperbólico. / In a scattering problem we have particles inciding on a scattering region and these particles, after spending some time in this region, escape towards infinity. When the scattering is chaotic, the scattering function (a function that relates an input variable with an output variable), is singular on a Cantor set of initial conditions. The chaotic scattering can be either non-hyperbolic or hyperbolic. In the non-hyperbolic scattering, the invariant set has stable orbits. This decay is governed by a power law in time. In the hyperbolic case, the chaotic saddle is hyperbolic and all the orbits are unstable. The decay of the particles is a decreasing exponential in the time. We investigate the transition from non-hyperbolic to hyperbolic scattering as noise is added to the system. One expects that noise will reduce the stickness of the regular regions, resulting in an exponential decay law, typical of hyperbolic systems. We apply random perturbations in order to simulate the real fluctuations that occur in physical systems, for example, an aperiodic vortex in a fluid flow. So, we work with random maps, where we change randomly one or more parameters on each iteration. We study thus, the effects of the random perturbations on a system having non-hyperbolic scattering.

Apresentamos uma versão hierárquica do modelo de Ising para mostrar a equivalência entre os modelos ferromagnético em campo aleatório e antiferromagnético diluído em campo uniforme. A equivalência está baseada no fato de que transformações do grupo de renormalização quando aplicadas ao modelo antiferromagnético diluído produzam, como efeito combinado do campo externo e da diluição. um campo externo aleatório na nova escala. Verificamos também que quando não se leva em conta contornos dentro de contornos os modelos analisados apresentam transição de fase para dimensão d maior ou igual a dois. O método usado foi a combinação dos argumentos de Peierls, Imry e Ma as transformações da Teoria do Grupo de Renormalização que na versão hierárquica tornam-se um processo exato. / We are presenting a hierarchical version of Ising modal to show an equivalence between the ferromagnetic model in a random magnetic field and dilute antiferromagnetic modal in a uniform magnetic field. The equivalence is based on the fact that a dilute antiferromagnetic in a uniform magnetic field generates under a renormalization group transformation a random magnetic field. We also verify that when we do not take into account contours inside contours the models analyzed show phase transition for dimension d greater than or equal to two. The method used consist of combination of Peierls, Imry and Ma arguments and the Renormalization Group Transformation, which in the hierarchical approach becomes an exact process.

A presente Tese de Doutorado é composta de quatro artigos científicos em duas áreas distintas. Em Horta, Guerre e Fernandes (2015), o qual constitui o Capítulo 2 desta Tese, é proposto um estimador suavizado no contexto de modelos de regressão quantílica linear (Koenker e Basset, 1978). Uma representação de Bahadur-Kiefer uniforme é obtida, a qual apresenta uma ordem assintótica que domina aquela correspondente ao estimador clássico. Em seguida, prova-se que o viés associado à suavização é negligenciável, no sentido de que o termo de viés é equivalente, em primeira ordem, ao verdadeiro parâmetro. A taxa precisa de convergência é dada, a qual pode ser controlada uniformemente pela escolha do parâmetro de suavização. Em seguida, são estudadas propriedades de segunda ordem do estimador proposto, em termos do seu erro quadrático médio assintótico, e mostra-se que o estimador suavizado apresenta uma melhoria em relação ao usual. Como corolário, tem-se que o estimador é assintoticamente normal e consistente à ordem p n. Em seguida, é proposto um estimador consistente para a matriz de covariância assintótica, o qual não depende de estimação de parâmetros auxiliares e a partir do qual pode-se obter diretamente intervalos de confiança assintóticos. A qualidade do método proposto é por fim ilustrada em um estudo de simulação. Os artigos Horta e Ziegelmann (2015a, 2015b, 2015c) se originam de um ímpeto inicial destinado a generalizar os resultados de Bathia et al. (2010). Em Horta e Ziegelmann (2015a), Capítulo 3 da presente Tese, é investigada a questão de existência de certos processos estocásticos, ditos processos conjugados, os quais são conduzidos por um segundo processo cujo espaço de estados tem como elementos medidas de probabilidade. Através dos conceitos de coerência e compatibilidade, obtémse uma resposta afirmativa à questão anterior. Baseado nas noções de medida aleatória (Kallenberg, 1973) e desintegração (Chang e Pollard, 1997; Pollard, 2002), é proposto um método geral para construção de processos conjugados. A teoria permite um rico conjunto de exemplos, e inclui uma classe de modelos de mudança de regime. Em Horta e Ziegelmann (2015b), Capítulo 4 desta Tese, é proposto – em relação com a construção obtida em Horta e Ziegelmann (2015a) – o conceito de processo fracamente conjugado: um processo estocástico real a tempo contínuo, conduzido por uma sequência de funções de distribuição aleatórias, ambos conectados por uma condição de compatibilidade a qual impõe que aspectos da distribuição do primeiro processo são divisíveis em uma quantidade enumerável de ciclos, dentro dos quais este tem como marginais, precisamente, o segundo processo. Em seguida, mostra-se que a metodologia de Bathia et al. (2010) pode ser aplicada para se estudar a estrutura de dependência de processos fracamente conjugados, e com isso obtém-se resultados de consistência à ordem p n para os estimadores que surgem naturalmente na teoria. Adicionalmente, a metodologia é ilustrada através de uma implementação a dados financeiros. Especificamente, o método proposto permite que características da dinâmica das distribuições de processos de retornos sejam traduzidas em termos de um processo escalar latente, a partir do qual podem ser obtidas previsões de quantidades associadas a essas distribuições. Em Horta e Ziegelmann (2015c), Capítulo 5 da presente Tese, são obtidos resultados de consistência à ordem p n em relação à estimação de representações espectrais de operadores de autocovariância de séries de tempo Hilbertianas estacionárias, em um contexto de medições imperfeitas. Os resultados são uma generalização do método desenvolvido em Bathia et al. (2010), e baseiam-se no importante fato de que elementos aleatórios em um espaço de Hilbert separável são quase certamente ortogonais ao núcleo de seu respectivo operador de covariância. É dada uma prova direta deste fato. / The present Thesis is composed of 4 research papers in two distinct areas. In Horta, Guerre, and Fernandes (2015), which constitutes Chapter 2 of this Thesis, we propose a smoothed estimator in the framework of the linear quantile regression model of Koenker and Bassett (1978). A uniform Bahadur-Kiefer representation is provided, with an asymptotic rate which dominates the standard quantile regression estimator. Next, we prove that the bias introduced by smoothing is negligible in the sense that the bias term is firstorder equivalent to the true parameter. A precise rate of convergence, which is controlled uniformly by choice of bandwidth, is provided. We then study second-order properties of the smoothed estimator, in terms of its asymptotic mean squared error, and show that it improves on the usual estimator when an optimal bandwidth is used. As corollaries to the above, one obtains that the proposed estimator is p n-consistent and asymptotically normal. Next, we provide a consistent estimator of the asymptotic covariance matrix which does not depend on ancillary estimation of nuisance parameters, and from which asymptotic confidence intervals are straightforwardly computable. The quality of the method is then illustrated through a simulation study. The research papers Horta and Ziegelmann (2015a;b;c) are all related in the sense that they stem from an initial impetus of generalizing the results in Bathia et al. (2010). In Horta and Ziegelmann (2015a), Chapter 3 of this Thesis, we address the question of existence of certain stochastic processes, which we call conjugate processes, driven by a second, measure-valued stochastic process. We investigate primitive conditions ensuring existence and, through the concepts of coherence and compatibility, obtain an affirmative answer to the former question. Relying on the notions of random measure (Kallenberg (1973)) and disintegration (Chang and Pollard (1997), Pollard (2002)), we provide a general approach for construction of conjugate processes. The theory allows for a rich set of examples, and includes a class of Regime Switching models. In Horta and Ziegelmann (2015b), Chapter 4 of the present Thesis, we introduce, in relation with the construction in Horta and Ziegelmann (2015a), the concept of a weakly conjugate process: a continuous time, real valued stochastic process driven by a sequence of random distribution functions, the connection between the two being given by a compatibility condition which says that distributional aspects of the former process are divisible into countably many cycles during which it has precisely the latter as marginal distributions. We then show that the methodology of Bathia et al. (2010) can be applied to study the dependence structure of weakly conjugate processes, and therewith provide p n-consistency results for the natural estimators appearing in the theory. Additionally, we illustrate the methodology through an implementation to financial data. Specifically, our method permits us to translate the dynamic character of the distribution of an asset returns process into the dynamics of a latent scalar process, which in turn allows us to generate forecasts of quantities associated to distributional aspects of the returns process. In Horta and Ziegelmann (2015c), Chapter 5 of this Thesis, we obtain p n-consistency results regarding estimation of the spectral representation of the zero-lag autocovariance operator of stationary Hilbertian time series, in a setting with imperfect measurements. This is a generalization of the method developed in Bathia et al. (2010). The generalization relies on the important property that centered random elements of strong second order in a separable Hilbert space lie almost surely in the closed linear span of the associated covariance operator. We provide a straightforward proof to this fact.

Esse trabalho tem dois objetivos principais: o primeiro deles consiste em apresentar o estado da arte sobre processos de otimização combinatorial dando uma ênfase especial ao método Simulated Annealing (SA). São apresentados seu histórico, funcionalidades, algoritmo genérico e propostas de paralelização presentes na literatura. Além disso, é apresentado o algoritmo de geração de redes aleatórias contínuas, algoritmo, esse, projetado por pesquisadores do Instituto de Física da UFRGS que utiliza o método SA para gerar redes que atendam certas restrições. O segundo objetivo consiste empropor a paralelização desse algoritmo visando diminuir significativamente o tempo de geração de cada rede, que com o algoritmo seqüencial chega a demorar mais de um mês. Nessa etapa foi utilizada uma adaptação de um dos métodos propostos pela literatura juntamente com a técnica de divisão de domínio. Os resultados obtidos mostraram-se satisfatórios tanto em relação à qualidade numérica quanto à diminuição do tempo de processamento. Além disso, discute-se no trabalho a genericidade da proposta de paralelização a outros problemas baseados em SA. / This work has two main goals: the first one is to present the state of the art on combinatorial optimization processes, with a special emphasis to the Simulated Annealing (SA) method. The work presents its history, features, generic algorithm and proposed parallelization present in the literature. Moreover, the algorithm to generate random networks continued is presented. This algorithm was designed by researchers of the UFRGS Physics Institute and it uses the SA method. The second goal of this work is to propose a parallelization for this algorithm in order to decrease significantly the generation time of each network, that with the sequential algorithm reaches more than months. To do that was used an adaptation of one of the methods proposed by literature together with the domain partitioning technical. The results were satisfactory in terms of the numerical quality and in the decrease of the processing time. In addition, this work discusses the genericity of the proposed parallelization to other problems based on SA.

Orientador: Clésio Luis Tozzi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenhaia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T00:09:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SoutoJunior_CarlosAlberto_M.pdf: 16501917 bytes, checksum: 490a2364c9bd25c00b6cfa939af84889 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho consiste em uma avaliação de descritores de atributos de textura para o caso totalmente não-supervisionado, na qual nada se conhece anteriormente sobre a natureza das texturas ou o número de regiões presentes na imagem. Escolheram-se para descrever as texturas decomposição por filtros de Gabor, descritores escalares baseados em matrizes de co-ocorrência de níveis de cinza e campos aleatórios de Gauss-Markov; e aplicou-se um procedimento baseado no algoritmo k-means, onde o valor ótimo do parâmetro k foi estimado a partir de uma métrica de qualidade calculada nos resultados da execução do algoritmo k-means para vários valores de k. O k ótimo foi obtido pelo "método do cotovelo". Aplicou-se o procedimento em imagens sintéticas e naturais e confrontou-se com uma segmentação manual. Obtiveram-se melhores resultados para imagens agrícolas de baixa altitude e tipo frente-fundo quando usados descritores baseados em matrizes de co-ocorrência; nas imagens de satélite, o método que emprega campos aleatórios foi melhor sucedido / Abstract: This work comprises a texture features descriptors evaluation focusing the fully unsupervised case, where neither the texture nature nor the numbers of regions in the image are previously known. Three distinct texture descriptors were chosen: Image decomposition with Gabor filters, scalar descriptors based in gray-level co-occurrence matrix and Gauss-Markov random fields; and an automatic region number determination framework was applied. For performance evaluation, the procedure was applied in both synthetic and natural images / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia Elétrica

O avanço das pesquisas em redes complexas proporcionou desenvolvimentos significativos para a compreensão de sistemas complexos. Uma rede complexa é modelada matematicamente por meio de um grafo, onde cada vértice representa uma unidade dinâmica e suas interações são simbolizadas por um conjunto de arestas. Para se determinar propriedades estruturais desse sistema, caminhadas aleatórias tem-se mostrado muito úteis pois dependem apenas de informações locais (vértices vizinhos). Entre elas, destaca-se o passeio auto-excludente (SAW) que possui a restrição de não visitar um vértice que já foi alcançado, ou seja, apresenta memória do caminho percorrido. Por este motivo o SAW tem apresentado melhores resultados do que caminhantes sem restrição, na exploração da rede. Entretanto, por não se tratar de um processo Markoviano ele apresenta grande complexidade analítica, tornando indispensável o uso de simulações computacionais para melhor compreensão de sua dinâmica em diferentes topologias. Mesmo com as dificuldades analíticas, o SAW se tornou uma ferramenta promissora na identificação de estruturas de comunidades. Apesar de sua importância, detecção de comunidades permanece um problema em aberto devido à alta complexidade computacional associada ao problema de optimização, além da falta de uma definição formal do significado de comunidade. Neste trabalho, propomos um método de detecção de comunidades baseado em SAW para extrair uma estrutura de comunidades da rede otimizando o parâmetro modularidade. Combinamos características extraídas desta dinâmica com a análise de componentes principais para posteriormente classificar os vértices em grupos por meio da clusterização hierárquica aglomerativa. Para avaliar a performance deste novo algoritmo, comparamos os resultados com outras quatro técnicas populares: Girvan-Newman, Fastgreedy, Walktrap e Infomap, aplicados em dois tipos de redes sintéticas e nove redes reais diversificadas e bem conhecidas. Para os benchmarks, esta nova técnica produziu resultados satisfatórios em diferentes combinações de parâmetros, como tamanho de rede, distribuição de grau e número de comunidades. Já para as redes reais, obtivemos valores de modularidade superior aos métodos tradicionais, indicando uma distribuição de grupos mais adequada à realidade. Feito isso, generalizamos o algoritmo para redes ponderadas e digrafos, além de incorporar metadados à estrutura topológica a fim de melhorar a classificação em grupos. / The progress in complex networks research has provided significant understanding of complex systems. A complex network is mathematically modeled by a graph, where each vertex represents a dynamic unit and its interactions are symbolized by groups of edges. To determine the system structural properties, random walks have shown to be a useful tool since they depend only on local information (neighboring vertices). Among them, the selfavoiding walk (SAW) stands out for not visiting vertices that have already been reached, meaning it can record the path that has been travelled. For this reason, SAW has shown better results when compared to non-restricted walkers network exploration methods. However, as SAW is not a Markovian process, it has a great analytical complexity and needs computational simulations to improve its dynamics in different topologies. Even with the analytical complexity, SAW has become a promising tool to identify the community structure. Despite its significance, detecting communities remains an unsolved problem due to its high computational complexity associated to optimization issues and the lack of a formal definition of communities. In this work, we propose a method to identify communities based on SAW to extract community structure of a network through optimization of the modularity score. Combining technical features of this dynamic with principal components analyses, we classify the vertices in groups by using hierarchical agglomerative clustering. To evaluate the performance of this new algorithm, we compare the results with four other popular techniques: Girvan-Newman, Fastgreedy, Walktrap and Infomap, applying the algorithm in two types of synthetic networks and nine different and well known real ones. For the benchmarks, this new technique shows satisfactory results for different combination of parameters as network size, degree distribution and number of communities. As for real networks, our data shows better modularity values when compared to traditional methods, indicating a group distribution most suitable to reality. Furthermore, the algorithm was adapted for general weighted networks and digraphs in addition to metadata incorporated to topological structure, in order to improve the results of groups classifications.

We study two interacting particles in a random potential chain by a transfer matrix method which allows a correct handling of the symmetry of the two- particle wave function, but introduces an artificial ¨bag¨ interaction. The dependence of the two-particle localization length lambta 2on disorder, interaction strength and range is investigated. Our results demonstrate that the recently proposed enhancement of lambta 2 as compared to the results for single particles is vanishingly small for a Hubbard interaction. For longer-range interactions, we observe a small enhancement but with a different disorder dependence than proposed previously.

The purpose of this thesis is to evaluate and analyze the performance of RED (Random Early Detection) algorithm and our proposed RED algorithm. As an active queue management RED has been considered an emerging issue in the last few years. Quality of service (QoS) is the latest issue in today’s internet world. The name QoS itself signifies that special treatment is given to the special traffic. With the passage of time the network traffic grew in an exponential way. With this, the end user failed to get the service for what they had paid and expected for. In order to overcome this problem, QoS within packet transmission came into discussion in internet world. RED is the active queue management system which randomly drops the packets whenever congestion occurs. It is one of the active queue management systems designed for achieving QoS. In order to deal with the existing problem or increase the performance of the existing algorithm, we tried to modify RED algorithm. Our purposed solution is able to minimize the problem of packet drop in a particular duration of time achieving the desired QoS. An experimental approach is used for the validation of the research hypothesis. Results show that the probability of packet dropping in our proposed RED algorithm during simulation scenarios significantly minimized by early calculating the probability value and then by calling the pushback mechanism according to that calculated probability value. / +46739567385(Rajiv), +46762125426(Mustafa)