[ES] Mucha gente en el mundo se ve afectada por la pérdida de una extremidad (las predicciones estiman que en 2050 habrá más de 3 millones de personas afectadas únicamente en los Estados Unidos de América). A pesar de la continua mejora en las técnicas de amputación y la prostética, vivir sin una extremidad sigue limitando las actividades de los afectados en su vida diaria, provocando una disminución en su calidad de vida. En este trabajo nos centramos en los casos de amputaciones de extremidades superiores, entendiendo por ello la pérdida de cualquier parte del brazo o antebrazo. Esta tesis trata sobre el control mioeléctrico (potenciales eléctricos superficiales generados por la contracción de los músculos) de prótesis de extremidades superiores. Los estudios en este campo han crecido exponencialmente en las últimas décadas intentando reducir el hueco entre la parte investigadora más dinámica y propensa a los cambios e innovación (por ejemplo, usando técnicas como la inteligencia artificial) y la industria prostética, con una gran inercia y poco propensa a introducir cambios en sus controladores y dispositivos. El principal objetivo de esta tesis es desarrollar un nuevo controlador implementable basado en filtros adaptativos que supere los principales problemas del estado del arte. Desde el punto de vista teórico, podríamos considerar dos contribuciones principales. Primero, proponemos un nuevo sistema para modelar la relación entre los patrones de la señales mioélectricas y los movimientos deseados; este nuevo modelo tiene en cuenta a la hora de estimar la posición actual el valor de los estados pasados generando una nueva sinergia entre máquina y ser humano. En segundo lugar, introducimos un nuevo paradigma de entrenamiento más eficiente y personalizado autónomamente, el cual puede aplicarse no sólo a nuestro nuevo controlador, sino a otros regresores disponibles en la literatura. Como consecuencia de este nuevo protocolo, la estructura humano-máquina difiere con respecto del actual estado del arte en dos características: el proceso de aprendizaje del controlador y la estrategia para la generación de las señales de entrada. Como consecuencia directa de todo esto, el diseño de la fase experimental resulta mucho más complejo que con los controladores tradicionales. La dependencia de la posición actual de la prótesis con respecto a estados pasados fuerza a la realización de todos los experimentos de validación del nuevo controlador en tiempo real, algo costoso en recursos tanto humanos como de tiempo. Por lo tanto, una gran parte de esta tesis está dedicada al trabajo de campo necesario para validar el nuevo modelo y estrategia de entrenamiento. Como el objetivo final es proveer un nuevo controlador implementable, la última parte de la tesis está destinada a testear los métodos propuestos en casos reales, tanto en entornos simulados para validar su robustez ante rutinas diarias, como su uso en dispositivos prostéticos comerciales. Como conclusión, este trabajo propone un nuevo paradigma de control mioélectrico para prótesis que puede ser implementado en una prótesis real. Una vez se ha demostrado la viabilidad del sistema, la tesis propone futuras líneas de investigación, mostrando algunos resultados iniciales. / [CA] Molta gent en el món es veu afectada per la pèrdua d'una extremitat (les prediccions estimen que en 2050 hi haurà més de 3 milions de persones afectades únicament als Estats Units d'Amèrica). Malgrat la contínua millora en les tècniques d'amputació i la prostètica, viure sense una extremitat continua limitant les activitats dels afectats en la seua vida diària, provocant una disminució en la seua qualitat de vida. En aquest treball ens centrem en els casos d'amputacions d'extremitats superiors, entenent per això la pèrdua de qualsevol part del braç o avantbraç. Aquesta tesi tracta sobre el control mioelèctric (potencials elèctrics superficials generats per la contracció dels músculs) de pròtesis d'extremitats superiors. Els estudis en aquest camp han crescut exponencialment en les últimes dècades intentant reduir el buit entre la part investigadora més dinàmica i propensa als canvis i innovació (per exemple, usant tècniques com la intel·ligència artificial) i la indústria prostètica, amb una gran inèrcia i poc propensa a introduir canvis en els seus controladors i dispositius. Aquesta tesi contribueix a la investigació des de diversos punts de vista. El principal objectiu és desenvolupar un nou controlador basat en filtres adaptatius que supere els principals problemes de l'estat de l'art. Des del punt de vista teòric, podríem considerar dues contribucions principals. Primer, proposem un nou sistema per a modelar la relació entre els patrons de la senyals mioelèctrics i els moviments desitjats; aquest nou model té en compte a l'hora d'estimar la posició actual el valor dels estats passats generant una nova sinergia entre màquina i ésser humà. En segon lloc, introduïm un nou paradigma d'entrenament més eficient i personalitzat autònomament, el qual pot aplicar-se no sols al nostre nou controlador, sinó a uns altres regresors disponibles en la literatura. Com a conseqüència d'aquest nou protocol, l'estructura humà-màquina difereix respecte a l'actual estat de l'art en dues característiques: el procés d'aprenentatge del controlador i l'estratègia per a la generació dels senyals d'entrada. Com a conseqüència directa de tot això, el disseny de la fase experimental resulta molt més complex que amb els controladors tradicionals. La dependència de la posició actual de la pròtesi respecte a estats passats força a la realització de tots els experiments de validació del nou controlador en temps real, una cosa costosa en recursos tant humans com de temps. Per tant, una gran part d'aquesta tesi està dedicada al treball de camp necessari per a validar el nou model i estratègia d'entrenament. Com l'objectiu final és proveir un nou controlador implementable, l'última part de la tesi està destinada a testar els mètodes proposats en casos reals, tant en entorns simulats per a validar la seua robustesa davant rutines diàries, com el seu ús en dispositius prostètics comercials. Com a conclusió, aquest treball proposa un nou paradigma de control mioelèctric per a pròtesi que pot ser implementat en una pròtesi real. Una vegada s'ha demostrat la viabilitat del sistema, la tesi proposa futures línies d'investigació, mostrant alguns resultats inicials. / [EN] Many people in the world suffer from the loss of a limb (predictions estimate more than 3 million people by 2050 only in the USA). In spite of the continuous improvement in the amputation rehabilitation and prosthetic restoration, living without a limb keeps limiting the daily life activities leading to a lower quality of life. In this work, we focus in the upper limb amputation case, i.e., the removal of any part of the arm or forearm. This thesis is about upper limb prosthesis control using electromyographic signals (the superficial electric potentials generated during muscle contractions). Studies in this field have grown exponentially in the past decades trying to reduce the gap between a fast growing prosthetic research field, with the introduction of machine learning, and a slower prosthetic industry and limited manufacturing innovation. This thesis contributes to the field from different perspectives. The main goal is to provide and implementable new controller based on adaptive filtering that overcomes the most common state of the art concerns. From the theoretical point of view, there are two main contributions. First, we propose a new system to model the relationship between electromyographic signals and the desired prosthesis movements; this new model takes into account previous states for the estimation of the current position generating a new human-machine synergy. Second, we introduce a new and more efficient autonomously personalized training paradigm, which can benefit not only to our new proposed controller but also other state of the art regressors. As a consequence of this new protocol, the human-machine structure differs with respect to current state of the art in two features: the controller learning process and the input signal generation strategy. As a direct aftereffect of all of this, the experimental phase design results more complex than with traditional controllers. The current state dependency on past states forces the experimentation to be in real time, a very high demanding task in human and time resources. Therefore, a major part of this thesis is the associated fieldwork needed to validate the new model and training strategy. Since the final goal is to provide an implementable new controller, the last part of the thesis is devoted to test the proposed methods in real cases, not only analyzing the robustness and reliability of the controller in real life situations but in real prosthetic devices. As a conclusion, this work provides a new paradigm for the myoelectric prosthetic control that can be implemented in a real device. Once the thesis has proven the system's viability, future work should continue with the development of a physical device where all these ideas are deployed and used by final patients in a daily basis. / The work of Carles Igual Bañó to carry out this research and elaborate this dissertation has been supported by the Ministerio de Educación, Cultura y Deporte under the FPU Grant FPU15/02870. One visiting research fellowships (EST18/00544) was also funded by the Ministerio de Educación, Cultura y Deporte of Spain. / Igual Bañó, C. (2021). Co-adaptive myoelectric control for upper limb prostheses [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/168192

[EN] Many industrial problems can be modelled as a scheduling problem where some resources are assigned to tasks so as to minimize the completion time, to reduce the use of resources, idle time, etc. There are several scheduling problems which try to represent different kind of situations that can appear in real world problems. Job Shop Scheduling Problem (JSP) is the most used problem. In JSP there are different jobs, every job has different tasks and these tasks have to be executed by different machines. JSP can be extended to other problems in order to simulate more real problems. In this work we have used the problem job shop with operators JSO(n,p) where each task must also be assisted by one operator from a limited set of them. Additionally, we have extended the classical JSP to a job-shop scheduling problem where machines can consume different amounts of energy to process tasks at different rates (JSMS). In JSMS operation has to be executed by a machine that has the possibility to work at different speeds. Scheduling problems consider optimization indicators such as processing time, quality and cost. However, governments and companies are also interested in energy-consumption due to the rising demand and price of fuel, the reduction in energy commodity reserves and growing concern about global warming. In this thesis, we have developed new metaheuristic search techniques to model and solve the JSMS problem. Robustness is a common feature in real life problems. A system persists if it remains running and maintains his main features despite continuous perturbations, changes or incidences. We have developed a technique to solve the $JSO(n,p)$ problem with the aim of obtaining optimized and robust solutions. We have developed a dual model to relate optimality criteria with energy consumption and robustness/stability in the JSMS problem. This model is committed to protect dynamic tasks against further incidences in order to obtain robust and energy-aware solutions. The proposed dual model has been evaluated with a memetic algorithm to compare the behaviour against the original model. In the JSMS problem there are a relationship between Energy-efficiency, Robustness and Makespan. Therefore, the relationship between these three objectives is studied. Analytical formulas are proposed to analyse the relationship between these objectives. The results show the trade-off between makespan and robustness, and the direct relationship between robustness and energy-efficiency. To reduce the makespan and to process the tasks faster, energy consumption has to be increased. When the energy consumption is low it is because the machines are not working at highest speed. So, if an incidence appears, the speed of these machines can be increased in order to recover the time lost by the incidence. Hence robustness is directly related with energy consumption. Additionally, robustness is also directly related with makespan because, when makespan increases, there are more gaps in the solution, these incidences can be absorbed by these natural buffers. The combination of robustness and stability gives the proposal an added value due to since an incidence cannot be directly absorbed by the disrupted task and it can be repaired by involving only a small number of tasks. In this work we propose two different techniques to manage rescheduling over the JSMS problem. This work represents a breakthrough in the state of the art of scheduling problems and in particular the problem where energy consumption can be controlled by the rate of the machines. / [ES] Muchos de los problemas industriales se pueden modelar como un problema de scheduling donde algunos recursos son asignados a tareas a fin de minimizar el tiempo de finalización, para reducir el uso de los recursos, el tiempo de inactividad, etc. Job-Shop scheduling (JSP) es el problema más utilizado. En JSP hay diferentes trabajos, cada trabajo tiene diferentes tareas y estas tareas tienen que ser ejecutadas por diferentes máquinas. JSP puede ser extendido a otros problemas con el fin de simular una mayor cantidad de problemas reales. En este trabajo se ha utilizado el problema job shop scheduling con operadores JSO(n, p), donde cada tarea también debe ser asistida por un operador de un conjunto limitado de ellos. Además, hemos ampliado el clásico problema JSP a un problema donde las máquinas pueden consumir diferentes cantidades de energía al procesar tareas a diferentes velocidades (JSMS). En JSMS las operaciones tiene que ser ejecutadas por una máquina que tiene la posibilidad de trabajar a diferentes velocidades. Los problemas de scheduling consideran indicadores de optimización tales como: el procesamiento de tiempo, la calidad y el coste. Sin embargo, hoy en día los gobiernos y los empresarios están interesados también en el control del consumo de energía debido al aumento de la demanda y del precio de los combustibles, la reducción de las reservas de materias primas energéticas y la creciente preocupación por el calentamiento global. En esta tesis, hemos desarrollado nuevas técnicas de búsqueda metaheurística para modelar y resolver el problema JSMS. La robustez es una característica común en los problemas de la vida real. Un sistema persiste si permanece en funcionamiento y mantiene sus principales características a pesar de las perturbaciones continuas, cambios o incidencias. Hemos desarrollado una técnica para resolver el problema JSO(n, p) con el objetivo de obtener soluciones robustas y optimizadas. Hemos desarrollado un modelo dual para relacionar los criterios de optimalidad con el consumo de energía y la robustez/estabilidad en el problema JSMS. Este modelo se ha desarrollado para proteger a las tareas dinámicas contra incidencias, con el fin de obtener soluciones sólidas y que tengan en cuenta el consumo de la energía. El modelo dual propuesto ha sido evaluado con un algoritmo memético para comparar el comportamiento frente al modelo original. En el problema JSMS hay una relación entre la eficiencia energética, la robustez y el makespan. Por lo tanto, se estudia la relación entre estos tres objetivos. Se desarrollan fórmulas analíticas para representar la relación estimada entre estos objetivos. Los resultados muestran el equilibrio entre makespan y robustez, y la relación directa entre la robustez y eficiencia energética. Para reducir el makespan, el consumo de energía tiene que ser aumentado para poder procesar las tareas más rápido. Cuando el consumo de energía es bajo, debido a que las máquinas no están trabajando a la velocidad más alta, si una incidencia aparece, la velocidad de estas máquinas puede ser aumentada con el fin de recuperar el tiempo perdido por la incidencia. Por lo tanto la robustez está directamente relacionada con el consumo de energía. Además, la robustez también está directamente relacionada con el makespan porque, cuando el makespan aumenta hay más huecos en la solución, que en caso de surgir incidencias, estas pueden ser absorbidas por estos buffers naturales. La combinación de robustez y estabilidad da un valor añadido debido a que si una incidencia no puede ser absorbida directamente por la tarea interrumpida, esta puede ser reparada mediante la participación un pequeño número de tareas.En este trabajo se proponen dos técnicas diferentes para gestionar el rescheduling sobre el problema JSMS. Este trabajo representa un avance en el estado del arte en los problemas de scheduling y en el problema donde el consumo de energía p / [CA] Molts dels problemes industrials es poden modelar com un problema de scheduling on alguns recursos són assignats a tasques a fi de minimitzar el temps de finalització, per a reduir l'ús dels recursos, el temps d'inactivitat, etc. Existeixen diversos tipus de problemes de scheduling que intenten representar diferents situacions que poden aparèixer en els problemes del món real. Job-Shop scheduling (JSP) és el problema més utilitzat. En JSP hi ha diferents treballs, cada treball té diferents tasques i aquestes tasques han de ser executades per diferents màquines. JSP pot ser estès a altres problemes amb la finalitat de simular una major quantitat de problemes reals. En aquest treball s'ha utilitzat el problema job shop scheduling amb operadors JSO(n, p), on cada tasca també ha de ser assistida per un operador d'un conjunt limitat d'ells. A més, hem ampliat el clàssic problema JSP a un problema on les màquines poden consumir diferents quantitats d'energia per a processar tasques a diferents velocitats (JSMS). Els problemes de scheduling consideren indicadors d'optimització tals com: el processament de temps, la qualitat i el cost. No obstant açò, avui en dia els governs i els empresaris estan interessats també amb el control del consum d'energia a causa de l'augment de la demanda i del preu dels combustibles, la reducció de les reserves de matèries primeres energètiques i la creixent preocupació per l'escalfament global. En aquesta tesi, hem desenvolupat noves tècniques de cerca metaheurística per a modelar i resoldre el problema JSMS. La robustesa és una característica comuna en els problemes de la vida real. Un sistema persisteix si continua en funcionament i manté les seues principals característiques malgrat les pertorbacions contínues, canvis o incidències. Hem desenvolupat una tècnica per a resoldre el problema JSO(n, p) amb l'objectiu d'obtenir solucions robustes i optimitzades. Hem desenvolupat un model dual per a relacionar els criteris de optimalidad amb el consum d'energia i la robustesa/estabilitat en el problema JSMS. Aquest model s'ha desenvolupat per a protegir a les tasques dinàmiques contra incidències, amb la finalitat d'obtenir solucions sòlides i que tinguen en compte el consum de l'energia. El model dual proposat ha sigut evaluat amb un algorisme memético per a comparar el comportament front un model original. En el problema JSMS hi ha una relació entre l'eficiència energètica, la robustesa i el makespan. Per tant, s'estudia la relació entre aquests tres objectius. Es desenvolupen fórmules analítiques per a representar la relació estimada entre aquests objectius. Els resultats mostren l'equilibri entre makespan i robustesa, i la relació directa entre la robustesa i l'eficiència energètica. Per a reduir el makespan, el consum d'energia ha de ser augmentat per a poder processar les tasques més ràpid. Quan el consum d'energia és baix, a causa que les màquines no estan treballant a la velocitat més alta, si una incidència apareix, la velocitat d'aquestes màquines pot ser augmentada amb la finalitat de recuperar el temps perdut per la incidència. Per tant la robustesa està directament relacionada amb el consum d'energia. A més, la robustesa també està directament relacionada amb el makespan perquè, quan el makespan augmenta hi ha més buits en la solució, que en cas de sorgir incidències, aquestes poden ser absorbides per els buffers naturals. La combinació de robustesa i estabilitat dóna un valor afegit a causa de que si una incidència no pot ser absorbida directament per la tasca interrompuda, aquesta pot ser reparada mitjançant la participació d'un xicotet nombre de tasques. En aquest treball es proposen dues tècniques diferents per a gestionar el rescheduling sobre el problema JSMS. Aquest treball representa un avanç en l'estat de l'art en els problemes de scheduling i, en particular, en el problema on el consum d'energia pot ser controlat per / Escamilla Fuster, J. (2016). Eficiencia Energética y Robustez en Problemas de Scheduling [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/64062

[pt] O crescente interesse por imitar o modelo que rege o processo cotidiano de comunicação humana através de maquinas tem se convertido em uma das áreas do conhecimento mais pesquisadas e de grande importância nas ultimas décadas. Esta área da tecnologia, conhecida como reconhecimento de voz, em como principal desafio desenvolver sistemas robustos que diminuam o ruído aditivo dos ambientes de onde o sinal de voz é adquirido, antes de que se esse sinal alimente os reconhecedores de voz. Por esta razão, este trabalho apresenta quatro formas diferentes de melhorar o desempenho do reconhecimento de voz contınua na presença de ruído aditivo, a saber: Wavelet Denoising e Subtração Espectral, para realce de fala e Mapeamento de Histogramas e Filtro com Redes Neurais, para compensação de atributos. Esses métodos são aplicados isoladamente e simultaneamente, afim de minimizar os desajustes causados pela inserção de ruído no sinal de voz. Alem dos métodos de robustez propostos, e devido ao fato de que os e conhecedores de voz dependem basicamente dos atributos de voz utilizados, examinam-se dois algoritmos de extração de atributos, MFCC e PNCC, através dos quais se representa o sinal de voz como uma sequência de vetores que contêm informação espectral de curtos períodos de tempo. Os métodos considerados são avaliados através de experimentos usando os software HTK e Matlab, e as bases de dados TIMIT (de vozes) e NOISEX-92 (de ruído). Finalmente, para obter os resultados experimentais, realizam-se dois tipos de testes. No primeiro caso, é avaliado um sistema de referência baseado unicamente em atributos MFCC e PNCC, mostrando como o sinal é fortemente degradado quando as razões sinal-ruıdo são menores. No segundo caso, o sistema de referência é combinado com os métodos de robustez aqui propostos, analisando-se comparativamente os resultados dos métodos quando agem isolada e simultaneamente. Constata-se que a mistura simultânea dos métodos nem sempre é mais atraente. Porem, em geral o melhor resultado é obtido combinando-se MAP com atributos PNCC. / [en] The increasing interest in imitating the model that controls the daily process of human communication trough machines has become one of the most researched areas of knowledge and of great importance in recent decades. This technological area known as voice recognition has as a main challenge to develop robust systems that reduce the noisy additive environment where the signal voice was acquired. For this reason, this work presents four different ways to improve the performance of continuous speech recognition in presence of additive noise, known as Wavelet Denoising and Spectral Subtraction for enhancement of voice, and Mapping of Histograms and Filter with Neural Networks to compensate for attributes. These methods are applied separately and simultaneously two by two, in order to minimize the imbalances caused by the inclusion of noise in voice signal. In addition to the proposed methods of robustness and due to the fact that voice recognizers depend mainly on the attributes voice used, two algorithms are examined for extracting attributes, MFCC, and PNCC, through which represents the voice signal as a sequence of vectors that contain spectral information for short periods of time. The considered methods are evaluated by experiments using the HTK and Matlab software, and databases of TIMIT (voice) and Noisex-92 (noise). Finally, for the experimental results, two types of tests were carried out. In the first case a reference system was assessed based on MFCC and PNCC attributes, only showing how the signal degrades strongly when signal-noise ratios are higher. In the second case, the reference system is combined with robustness methods proposed here, comparatively analyzing the results of the methods when they act alone and simultaneously. It is noted that simultaneous mix of methods is not always more attractive. However, in general, the best result is achieved by the combination of MAP with PNCC attributes.

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Desta forma, um princípio fundamental de uma abordagem ciente de QoE é a transmissão de quadros de vídeo com alta prioridade, baixa taxa de perda de pacotes, bem como baixa sobrecarga da rede, a fim de protegê-los. Além disso, o conteúdo multimídia devem ser transmitidos a partir de um determinado nó de origem para um nó de destino através de nós intermediários com alta confiabilidade em um cenário de grande escala. O serviço de roteamento deve lidar com topologias dinâmicas causadas por falha de um nó ou a mobilidade do mesmo, bem como as mudanças no canal sem fio, a fim de continuar a operar mesmo em casos de mudanças de topologia durante a transmissão multimídia. Por fim, o mapeamento da satisfação do usuário ao assistir um determinado vídeo está se tornando um requisito fundamental para a entrega de conteúdos multimídia com suporte à QoE. Com estes objetivos em mente, soluções envolvendo transmissões multimídia deve levar em conta as características de vídeo e do usuário para melhorar a entrega de vídeo com qualidade assegurada. As principais contribuições desta tese são conduzidos pela seguinte questão de pesquisa: como para fornecer distribuição de multimídia com alta eficiência energética, confiabilidade, robustez, escalabilidade e suporte à QoE em redes sem fio ad hoc. A tese aborda vários domínios de problemas com contribuições em diferentes camadas da pilha de comunicação. Na camada de aplicação, apresentamos um mecanismo de redundância de pacotes ciente de QoE para reduzir o impacto da não confiabilidade do canal sem fio, e assim prover disseminação de conteúdo multimídia em tempo real com suporte à QoE. Na camada de rede, apresentamos dois protocolos de roteamento, ou seja, o video-aware Multi-hop and multi-path hierarchical routing protocol for Efficient VIdeo transmission for static WMSN scenarios (MEVI) e o cross-layer link quality and geographical-aware beaconless OR protocol for multimedia FANET scenarios (XLinGO). Ambos os protocolos de roteamento permitem a disseminação de conteúdo multimídia com eficiência energética, confiabilidade e suporte à QoE. Isto é alcançado através da combinação de métricas de múltiplas camadas para a tomada de decisão para o roteamento de pacotes, e assim estabelecer rotas confiáveis. / The proliferation of multimedia content and the demand for new audio or video services have fostered the development of a new era based on multimedia information, which allowed the evolution of Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs) and also Flying Ad-Hoc Networks (FANETs). In this way, live multimedia services require realtime video transmissions with a low frame loss rate, tolerable end-to-end delay, and jitter to support video dissemination with Quality of Experience (QoE) support. Hence, a key principle in a QoE-aware approach is the transmission of high priority frames (protect them) with a minimum packet loss ratio, as well as network overhead. Moreover, multimedia content must be transmitted from a given source to the destination via intermediate nodes with high reliability in a large scale scenario. The routing service must cope with dynamic topologies caused by node failure or mobility, as well as wireless channel changes, in order to continue to operate despite dynamic topologies during multimedia transmission. Finally, understanding user satisfaction on watching a video sequence is becoming a key requirement for delivery of multimedia content with QoE support. With this goal in mind, solutions involving multimedia transmissions must take into account the video characteristics to improve video quality delivery. The main research contributions of this thesis are driven by the research question how to provide multimedia distribution with high energy-efficiency, reliability, robustness, scalability, and QoE support over wireless ad hoc networks. The thesis addresses several problem domains with contributions on different layers of the communication stack. At the application layer, we introduce a QoE-aware packet redundancy mechanism to reduce the impact of the unreliable and lossy nature of wireless environment to disseminate live multimedia content. At the network layer, we introduce two routing protocols, namely video-aware Multi-hop and multi-path hierarchical routing protocol for Efficient VIdeo transmission for static WMSN scenarios (MEVI), and cross-layer link quality and geographical-aware beaconless OR protocol for multimedia FANET scenarios (XLinGO). Both protocols enable multimedia dissemination with energy-efficiency, reliability and QoE support. This is achieved by combining multiple cross-layer metrics for routing decision in order to establish reliable routes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:53:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARTINEZ_Jonathan_2014.pdf: 11989383 bytes, checksum: 96fb53d9544014ea55b1e53ee779c134 (MD5) Previous issue date: 2014-03-14 / Financiadora de Estudos e Projetos / This study presents a pump scheduling problem for the capture, transfer and storage of water supply systems in urban networks, whose objective is to minimize the electricity cost associated to the pumping operations. To deal with the dynamic and random nature of the water-demand, we propose two-stage stochastic programming with recourse models, where the random variables are represented by a finite and discrete set of realizations or scenarios. The developed mathematical models are extensions of previous deterministic models of the literature and they reflect the basic assumption that a fixed cost could be incurred by the turn on/ turn off activities of the hydraulic pumps. In order to control violations of the water-demand constraints in the presence of multiple different scenarios, we also consider a robustness technique in an attempt to obtain almost feasible solutions. Last, but not least, we adopt a risk-aversion criteria so-called mean absolute deviation to obtain second-stage costs less dependent on the realizations of the scenarios. The scenarios were generated according to a Monte-Carlo simulation procedure that may use any probability distributions to produce the empirical probabilities of the random variables. As the proposed pump scheduling problem with fixed cost is a two-stage stochastic mixed 0 − 1 program, we develop a efficient hybrid heuristic to obtain good-quality solutions of practical instances in a plausible running time. Overall results evidence the stability of the scenario generation method, the sensitivity of the solution according to the key parameters of the mathematical model, and the efficiency of the heuristic in solving large instances. Finally, we show that is possible to save resources by solving the stochastic programming model instead of adopting simpler approaches based on the expected value. / Esse estudo apresenta um problema de programação de bombas para a captação, armazenamento e transferência de água em sistemas de abastecimentos de água em redes urbanas, cujo objetivo é minimizar o custo de energia elétrica associado às operações de bombeamento. Para lidar com a natureza dinâmica e aleatória da demanda por água, foram propostos modelos de programação estocástica de dois estágios com recurso, em que a variável aleatória é representada por um conjunto finito de realizações ou cenários. Os modelos matemáticos desenvolvidos são extensões de modelos determinísticos da literatura e refletem a suposição básica de que é possível se incorrer em um custo fixo pelas atividades de liga/desliga das bombas hidráulicas. Para controlar as violações das restrições de demanda por água na presença de múltiplos cenários diferentes, considerou-se também uma técnica de robustez na tentativa de gerar soluções quase factíveis. Por último, mas não menos importante, adotou-se um critério de aversão ao risco denominado desvio médio absoluto para obter custos de segundo estágio menos dependentes das realizações dos cenários. Os cenários foram gerados de acordo com um procedimento baseado em simulação Monte-Carlo que pode utilizar qualquer distribuição de probabilidade para produzir as probabilidades empíricas das variáveis aleatórias. Como o problema de programação de bombas com custo fixo proposto é um programa inteiro misto 0−1 estocástico, desenvolve-se uma heurística híbrida eficiente para obter soluções de boa qualidade de instâncias práticas em um tempo computacional plausível. Os resultados evidenciam a estabilidade do método de geração de cenários, a sensibilidade da solução de acordo com parâmetros-chave do modelo matemático, e a eficiência da heurística na resolução de instâncias de grande porte. Finalmente, foi demonstrado que é possível poupar recursos pela resolução do modelo de programação estocástica, em vez de adotar abordagens mais simples baseadas no valor esperado.

[pt] No Brasil, a demanda de gás natural possui um comportamento estocástico devido ao consumo das usinas termelétricas, as quais operam em regime de complementariedade ao sistema hidrelétrico. O suprimento de gás natural para estas usinas depende em grande parte do fornecimento de Gás Natural Liquefeito (GNL) spot, importado através de navios metaneiros. Em função do tempo de trânsito dos navios, as compras de GNL devem ocorrer com antecedência em relação ao despacho hidrotérmico. Este descasamento de tempo incentiva a utilização de mecanismos de compatibilização da dinâmica do setor elétrico com a dinâmica da cadeia do gás natural. Uma possibilidade de aumentar a sinergia entre estes domínios é utilizar uma estocagem de gás natural para inserir flexibilidade no sistema. A viabilidade da estocagem dependerá do preço do gás e da demanda ao longo do horizonte de análise. O objetivo deste trabalho é a construção de um modelo de programação linear para dimensionar a capacidade de uma estocagem de gás natural sob incerteza de demanda e de preço de GNL. O modelo apresentado é um híbrido de otimização estocástica, construído para considerar a incerteza do consumo de gás, com otimização robusta, construído para levar em conta a incerteza relacionada aos preços do GNL. O modelo caracteriza o perfil de risco do supridor de gás natural pela utilização do Conditional Value-at-Risk (CVaR) e utiliza um critério de segurança que reproduz um processo de suprimento avesso a risco de déficit. Ao final do trabalho é apresentado um estudo de caso hipotético, utilizando dados públicos do setor elétrico e de gás natural, para avaliar a implantação da estocagem para 2.000 cenários de demanda e patamares distintos de robustez à variação do preço do GNL. / [en] In Brazil, natural gas demand has stochastic behavior since gas-fired power plants operate in conjunction with the hydroelectric system. Natural gas supply to these plants relies upon Liquefied Natural Gas (LNG), imported through cryogenic ships. LNG acquisitions must occur before the natural gas demand is known because of the time of displacement of the ships. This lack of synchronism stimulates the use of harmonizing mechanisms between the electric sector and the natural gas sector. In this context, natural gas storage could be used to introduce flexibility into the system and increase synergy between natural gas supply and demand dynamics. However, the economic performance of the storage will depend on actual gas prices and demand behavior during the period of analysis. This study aims to construct a linear programming model to determine the size of a natural gas storage under demand and LNG price uncertainty. The model is a hybrid of a stochastic optimization algorithm – developed to consider gas demand uncertainty – and a robust optimization algorithm – built to take into account LNG price uncertainty. A convex combination between Conditional Value-at-Risk (CVaR) and expected value is also used to indicate the supplier risk profile as well as a security criterion, introduced to represent a deficit-averse supply process. At the end, a hypothetic case is presented to evaluate the implementation of a natural gas storage. The case presented uses public data from the Brazilian electric and gas natural sectors and considers 2.000 demand scenarios and various levels of robustness to LNG price variation.