O estudo de sistemas logísticos envolve a concatenação de elementos estratégicos e operacionais, comumente compondo sistemas com múltiplas facetas, objetivos antagônicos e grande número de alternativas. Nesse contexto, o presente trabalho discute a utilização de análise de decisão multicritério (MCDA), simulação de eventos discretos (SED) e otimização para simulação. A metodologia MCDA captura, mensura e pondera os objetivos e valores dos tomadores de decisão. Por sua vez, a SED representa o sistema estudado com alto nível de detalhamento, permitindo a avaliação de diversas configurações do sistema. Por fim, métodos de otimização para simulação possibilitam a busca e comparação de alternativas mais eficientes. As três metodologias são avaliadas, identificando suas vantagens, desvantagens e complementaridades quando aplicadas a sistemas logísticos. Através da aplicação de um estudo de caso sobre o dimensionamento de um sistema de transporte, constatou-se que: a) a SED incorporou detalhes importantes para a avaliação mais precisa de vários indicadores de desempenho b) a metodologia MCDA possibilitou a captura de vários objetivos e valores, propiciando a realização de tradeoffs robustos; c) um método de busca exaustiva e técnicas de redução de variância permitiram a comparação das alternativas em tempos computacionais reduzidos. Por fim, conclui-se que a metodologia híbrida apresentada expande o potencial de aplicação da SED em sistemas logísticos complexos. / A logistic system study involves strategic and operational elements, commonly composing multi-faceted systems with antagonistic goals and large number of alternatives. In this context, this thesis discusses the use of multi-criteria decision analysis (MCDA), discrete event simulation (DES) and optimization for simulation. The MCDA methodology captures, measures and weighs the goals and values of decision makers. DES is useful for representing systems with high level of detail, allowing the evaluation of several system configurations. Finally, optimization for simulation procedures are useful for searching and comparing more efficient alternatives. These three methodologies are assessed and their advantages, disadvantages, and complementarities are identified for logistics systems applications. Through a case study of a transportation system, we conclude that: a) the SED incorporated important details for more precise evaluation of various performance indicators b) the MCDA methodology was useful to capture several goals and values, so that robust tradeoffs could be carried out c) an exhaustive search routine and variance reduction techniques allowed the comparison of several alternatives in feasible computational times. Finally, we conclude that the presented hybrid methodology expands the application of DES to complex logistics systems.

Realizar a análise econômica de uma produção agropecuária não é algo trivial, seja pela enorme heterogeneidade entre cada unidade produtiva, seja porque utiliza muitos recursos naturais, alguns de difícil mensuração. Há diversos métodos disponíveis para o cálculo do custo de produção, que é o indicador chave para a análise da viabilidade de um empreendimento. O desafio é permitir que a projeção da atividade no horizonte produtivo seja a mais real e dinâmica possível. A simulação computacional é atualmente uma das mais poderosas ferramentas de análise disponível para o planejamento, projeto e controle de sistemas complexos, e vem sendo cada vez mais utilizada e difundida. Simular compreende a elaboração de um método de experimentação que, através da construção de modelos de um sistema real, procura descrever comportamentos, construir teorias ou hipóteses por meio do observado e predizer comportamentos futuros. O uso de modelos de simulação, que incorporem o risco e a probabilidade dentro produção animal, pode ser uma alternativa tanto técnica - auxiliando na tomada de decisão, gestão e planejamento pecuário, quanto científica - permitindo a avaliação de efeitos de resultados da pesquisa e identificação de limitantes que podem incentivar o desenvolvimento de pesquisas futuras. O modelo de simulação híbrido - baseado em simulação de eventos discretos e baseado em agentes, aqui proposto - visou identificar coeficientes zootécnicos e os critérios de manejo que mais impactam a produção de ovinos de corte. Esse modelo de simulação computacional híbrido possui caráter dinâmico e probabilístico, com eventos marcados no tempo (estação de monta, gestação, parição, desmame, engorda, abate, entre outras) e complexos o suficiente para que seus agentes sofram alterações tanto no tempo quanto em resposta a ocorrência ou não das variáveis ligadas a eles. Os resultados dos experimentos e dos cenários estudados revelaram que dentre os índices zootécnicos das matrizes, a ocorrência de aborto gera maior impacto na taxa de abate e financeiramente na margem líquida operacional. Contudo, analisando as variáveis tanto para matrizes como para cordeiros, a mortalidade neonatal, até os cinco dias de vida dos cordeiros, demonstrou ser o ponto fundamental para a lucratividade da atividade. A estabilização do rebanho foi mais afetada pela presença de matrizes adultas no plantel, que culminaram no aumento no número de cordeiros por matriz. Os resultados da análise dos fluxos de caixa de 30 anos, a uma taxa mínima de atratividade de 6,17% aa, permitiram constatar que iniciar a atividade com número muito reduzido de matrizes é o cenário menos interessantes, com taxa interna de retorno negativa para o período de análise. O estudo do fluxo de caixa permitiu atribuir a 200 matrizes como o tamanho de rebanho inicial mais interessante (TIR = 3,30% aa). Assim, o uso de simuladores híbridos baseados em simulação de eventos discretos e baseados em agentes, para estudos na pecuária nacional, apresentou-se como ferramenta com grande potencial de contribuição, no sentido de permitir conhecer os resultados possíveis das diferentes combinações tecnológicas disponíveis. O modelo ainda permite ser utilizado como ferramenta de estudo e análise para a cadeia produtiva, contribuindo na orientação aos cientistas, auxiliando no direcionamento de seus esforços no desenvolvimento de futuras pesquisas / Conduct an economic analysis of agricultural production is not trivial, either by its enormous heterogeneity between each production unit, or because it uses many natural resources, some of which are difficult to measure. There are several methods available for calculating the cost of production, which is the key indicator for assessing the feasibility of a project. The challenge is to allow the projection of activity in the productive horizon in the most real and dynamic form as possible. The computer simulation is currently one of the most powerful analysis tools available for planning, design and control of complex systems and is being increasingly used and disseminated. Simulate includes the development of a method of testing by building models of a real system, that seeks to describe behaviors, build theories or hypotheses through noted and predicted future behaviors. The use of simulation models that incorporate uncertainty and probability in animal production can be both an alternative technique - assisting in decision-making, management and livestock planning; as scientific - allowing the evaluation of the research results of effects and identification of limiting that may encourage the development of future research. The model of hybrid simulation - based on discrete event simulation and on agent-based, proposed here - aimed to identify factors husbandry and management criteria that most affect the production of meat sheep. The model of hybrid computer simulation have dynamic and probabilistic characteristics, with events scheduled in time (breeding season, pregnancy, parturition, weaning, fattening, slaughter, etc.) and enough complexity that its agents be adversely affected both in time and in response to the occurrence or not of variables linked to them. The results of the experiments and the scenarios studied showed that among the zootechnical indexes of the sheep, the occurrence of abortion generates a greater impact on the slaughter rate and financially in the net operating margin. However, analyzing the variables for both sheep and lambs, neonatal mortality, up to the lambs\' five days of life, proved to be the fundamental point for the profitability of the activity. The stabilization of the herd was more affected by the presence of adult sheep in the herd, which culminated increasing the number of lambs per sheep. The results of the analysis of the 30-year cash flows, at a minimum attractiveness rate of 6.17% per year, showed that starting the activity with a very small number of sheep was the least interesting scenario, with a negative internal rate of return for the analysis period. The study of the cash flow allowed to assign to 200 sheep as the most interesting initial herd size (IRR = 3.30% per year). Thus, the use of hybrid simulators, based on discrete event simulation and agent-based for studies in national livestock, is presented as a tool with great potential to contribute, to allow knowing the possible outcomes of different combinations of available technology. The model also allows to be used as a study tool and assessment of different technological combinations for the production chain, contributing to the guidance of scientists, assisting their efforts in the development of future research

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-03-02T14:56:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) moises.rodrigues-phd.thesis-final-v3.pdf: 4286662 bytes, checksum: 9e67a238c996afd5b50b91cf3c59c86a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-02T14:56:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) moises.rodrigues-phd.thesis-final-v3.pdf: 4286662 bytes, checksum: 9e67a238c996afd5b50b91cf3c59c86a (MD5) Previous issue date: 2016-10-03 / During the last decades, the world web went from a way to connect a handful of nodes to the means with which people cooperate in search of knowledge, social interaction, and entertainment. Furthermore, our homes and workstations are not the only places where we are connected, the mobile broadband market is present and changing the way we interact with the web. According to Cisco, global network traffic will be three times higher in 2018 than it was in 2013. Real-time entertainment has been and will remain an important part of this growth. However, the internet was not designed to handle such demand and, therefore, there is a need for new technologies to overcome those challenges. Content Delivery Networks (CDN) prove to be an alternative to overcome those challenges. The basic concept is to distribute replica servers scattered geographically, keeping content close to end users. Following CDN’s popularity an increasing number of CDNs, most of them extremely localized, began to be deployed. Furthermore, Cloud Computing emerged, making software and hardware accessible as resources through well-defined interfaces. Using Cloud services, such as distributed IaaS, one could deploy complex CDNs. Despite being the best technology to scale content distribution, there are some scenarios where CDNs may perform poorly, such as flash crowd events. Therefore, we need to study content delivery techniques to efficiently accompany the ever increasing need for content contemplating new possibilities, such as growing the number of smaller localized CDNs and Cloud Computing. Examining given issues this work presents strategies towards improvements in Content Delivery Networks (CDN). We do so by proposing and evaluating algorithms, models and a prototype demonstrating possible uses of such new technologies to improve CDN’s resource management. We present P2PCDNSim, a comprehensive CDN simulator designed to assist researchers in the process of planning and evaluating new strategies. Furthermore, we propose a new dynamic Replica Placement Algorithm (RPA), based on the count of data flows through network nodes, that maintains similar Quality of Experience (QoE) while decreasing cross traffic during flash crowd events. Also, we propose a solution to improve the mobile backhaul’s replica placement flexibility based on SDN. Our experimental results show that the delay introduced by the developed module is less than 5ms for 99% of the packets, which is negligible in today’s LTE networks, and the slight negative impact on streaming rate selection is easily outweighed by the increased flexibility / Durante a última década, a rede mundial de computadores evoluiu de um meio de conexão para um pequeno grupo de nós para o meio de pelo qual pessoas obtém conhecimento, interação social e entretenimento. Além disso, nossas casas e estações de trabalho não são nossos únicos pontos de acesso à rede. De acordo com a Cisco, o tráfego global da rede em 2018 será três vezes maior do que era em 2013. Entretenimento em tempo real tem sido e continuará sendo uma parte importante nesse crescimento. No entanto, a rede não foi projetada para lidar com essa demanda, portanto, existe a necessidade de novas tecnologias para superar tais desafios. Content Delivery Networks (CDN) se mostram como uma boa alternativa para superar esses desafios. Seu conceito básico é distribuir servidores de réplica geograficamente, mantendo assim o conteúdo próximo aos usuários. Seguindo sua popularidade, um número crescente de CDNs, em sua maioria locais, começaram a ser implementadas. Além disso, computação em nuvem surgiu, tornando software e hardware recursos acessíveis através de interfaces bem definidas. Os serviços na nuvem, tais como Infrastructure as a Service (IaaS) distribuídos, tornam possível a implementação de CDNs complexas. Apesar de ser a melhor tecnologia para entrega de conteúdo em termos de escalabilidade, existem cenários que ainda desafiam as CDNs, como eventos de flash crowd. Portanto, precisamos estudar estratégias de entrega de conteúdo para acompanhar de maneira eficiente o constante crescimento na necessidade por conteúdo, aproveitando também as novas possibilidade como, o crescimento de CDNs localizadas e popularização da computação em nuvem. Examinando os problemas levantados, essa tese apresenta estratégias no sentido de melhorar Content Delivery Networks (CDN). Fazemos isso propondo e avaliando algoritmos, modelos e um protótipo demonstrando possíveis usos de tais tecnologias para melhorar o gerenciamento de recursos das CDNs. Apresentamos o P2PCDNSim, um simulador de CDNs planejado para auxiliar pesquisadores no processo de planejamento e avaliação de novas estratégias. Além disso, propomos uma nova estratégia de posicionamento de réplicas dinâmica, baseada na contagem de fluxos de dados passando pelos nós, que mantém uma Quality of Experience (QoE) similar enquanto diminui tráfego entre Autonomous System (AS). Ademais, propomos uma solução baseada em Software Defined Networks (SDN) que aumenta a flexibilidade de posicionamento de servidores réplica dentro do backhaul móvel. Nossos resultados experimentais mostram que o atraso introduzido pelo nosso módulo é menor que 5ms em 99% dos pacotes transmitidos, atraso mínimo nas redes Long-Term Evolution (LTE) atuais.

As redes ópticas estão passando por mudanças significativas, impulsionadas pelo crescimento exponencial do tráfego, principalmente advindo de serviços multimídia e armazenamento em nuvem. Esta demanda exigirá aumento da capacidade da taxa de transmissão para padrões como 400 Gb/s e 1 Tb/s. Nesse contexto, foi proposta uma arquitetura de rede com grade de frequências granular flexível chamada elastic optical network (EON). A EON divide o espectro de frequências em fatias (slots) de tamanho fixo e aloca grupos de slots contíguos estritamente de acordo com os requisitos de banda das demandas de conexão, implicando eficiência de uso do espectro. Com o aumento significativo da taxa de transmissão, acentuou-se a preocupação em manter a sobrevivência da rede, já que pouco tempo de queda no serviço pode acarretar uma imensa perda de dados. Neste trabalho, investigamos esquemas de proteção baseados em caminhos compartilhados (shared-path protection, SPP) e esquemas de restauração de tráfego. Avaliamos esquemas divulgados na literatura como o dynamic load balancing shared-path protection (DLBSPP) e esquemas de restauração como o traffic aware restoration (TAR) e bandwidth squeezed restoration (BSR). Avaliamos também uma heurística de alocação de slots chamada inverted dual stack (IDS). O DLBSPP utiliza balanceamento dinâmico de carga para computar os caminhos primários e de proteção compartilhados. O TAR executa a restauração dinâmica ordenando as conexões por granularidade de banda. O BSR utiliza a capacidade de contração de banda do EON para restaurar conexões por meio da política de melhor esforço ou de banda garantida, dependendo do acordo de níveis de serviço do cliente. O esquema IDS concentra o maior número possível de slots compartilhados em uma região do espectro. As medidas de desempenho dos algoritmos são avaliadas segundo as métricas: probabilidade de bloqueio, taxa de utilização do espectro, número médio de hops e taxa de restauração falha. As simulações computacionais mostram o bom desempenho da utilização do esquema IDS com DLBSPP. / Optical networks are undergoing significant changes driven by the exponentially growing traffic, especially coming from multimedia and cloud storage services. This demand will require increasing of the transmission rate capacity as high as 400 Gb/s and 1 Tb/s. Within this context, it was proposed the elastic optical network (EON), which is a network architecture with flexible granular frequency grid. EON divides the frequency spectrum into slices (slots) of fixed size and allocates groups of contiguous slots strictly according to the bandwidth requirement of the connection demands, providing high spectrum use efficiency. The significant increase in transmission rate put emphasis on the need to maintain the survival of the network, since the occurrence of faults in the network nodes or links can cause huge loss of data. In this work, we investigate protection schemes based on shared-path protection (SPP) and traffic restoration schemes. We evaluate schemes related in the literature, such as the dynamic load balancing shared-path protection (DLBSPP), and restoration schemes such as the traffic aware restoration (TAR) and the bandwidth squeezed restoration (BSR). The DLBP scheme uses dynamic load balancing to compute primary and shared protection paths. The TAR performs dynamic restoration ordering the connections based on band granularity. The BSR uses EON\'s band squeezing feature to restore connections by means of the best effort or guaranteed bandwidth strategy, depending on the customer\'s service level agreement. IDS scheme concentrates the maximum possible number of shared slots in a given region of the spectrum. Performance of the algorithms are evaluated according to metrics: blocking probability, spectrum utilization rate, average number of hops and failure restoration rate. Computer simulations show that the use of the IDS scheme improves the performance of the investigated algorithms.

As redes ópticas estão passando por mudanças significativas, impulsionadas pelo crescimento exponencial do tráfego, principalmente advindo de serviços multimídia e armazenamento em nuvem. Esta demanda exigirá aumento da capacidade da taxa de transmissão para padrões como 400 Gb/s e 1 Tb/s. Nesse contexto, foi proposta uma arquitetura de rede com grade de frequências granular flexível chamada elastic optical network (EON). A EON divide o espectro de frequências em fatias (slots) de tamanho fixo e aloca grupos de slots contíguos estritamente de acordo com os requisitos de banda das demandas de conexão, implicando eficiência de uso do espectro. Com o aumento significativo da taxa de transmissão, acentuou-se a preocupação em manter a sobrevivência da rede, já que pouco tempo de queda no serviço pode acarretar uma imensa perda de dados. Neste trabalho, investigamos esquemas de proteção baseados em caminhos compartilhados (shared-path protection, SPP) e esquemas de restauração de tráfego. Avaliamos esquemas divulgados na literatura como o dynamic load balancing shared-path protection (DLBSPP) e esquemas de restauração como o traffic aware restoration (TAR) e bandwidth squeezed restoration (BSR). Avaliamos também uma heurística de alocação de slots chamada inverted dual stack (IDS). O DLBSPP utiliza balanceamento dinâmico de carga para computar os caminhos primários e de proteção compartilhados. O TAR executa a restauração dinâmica ordenando as conexões por granularidade de banda. O BSR utiliza a capacidade de contração de banda do EON para restaurar conexões por meio da política de melhor esforço ou de banda garantida, dependendo do acordo de níveis de serviço do cliente. O esquema IDS concentra o maior número possível de slots compartilhados em uma região do espectro. As medidas de desempenho dos algoritmos são avaliadas segundo as métricas: probabilidade de bloqueio, taxa de utilização do espectro, número médio de hops e taxa de restauração falha. As simulações computacionais mostram o bom desempenho da utilização do esquema IDS com DLBSPP. / Optical networks are undergoing significant changes driven by the exponentially growing traffic, especially coming from multimedia and cloud storage services. This demand will require increasing of the transmission rate capacity as high as 400 Gb/s and 1 Tb/s. Within this context, it was proposed the elastic optical network (EON), which is a network architecture with flexible granular frequency grid. EON divides the frequency spectrum into slices (slots) of fixed size and allocates groups of contiguous slots strictly according to the bandwidth requirement of the connection demands, providing high spectrum use efficiency. The significant increase in transmission rate put emphasis on the need to maintain the survival of the network, since the occurrence of faults in the network nodes or links can cause huge loss of data. In this work, we investigate protection schemes based on shared-path protection (SPP) and traffic restoration schemes. We evaluate schemes related in the literature, such as the dynamic load balancing shared-path protection (DLBSPP), and restoration schemes such as the traffic aware restoration (TAR) and the bandwidth squeezed restoration (BSR). The DLBP scheme uses dynamic load balancing to compute primary and shared protection paths. The TAR performs dynamic restoration ordering the connections based on band granularity. The BSR uses EON\'s band squeezing feature to restore connections by means of the best effort or guaranteed bandwidth strategy, depending on the customer\'s service level agreement. IDS scheme concentrates the maximum possible number of shared slots in a given region of the spectrum. Performance of the algorithms are evaluated according to metrics: blocking probability, spectrum utilization rate, average number of hops and failure restoration rate. Computer simulations show that the use of the IDS scheme improves the performance of the investigated algorithms.