09261 Abstracts Collection -- Models and Algorithms for Optimization in Logistics

From June 21 to June 26, 2009 the Dagstuhl Seminar Perspectives Workshop 09261 ``Models and Algorithms for Optimization in Logistics \u27\u27 was held in Schloss Dagstuhl~--~Leibniz Center for Informatics. During the seminar, several participants presented their current research, and ongoing work and open problems were discussed. Abstracts of the presentations given during the seminar as well as abstracts of seminar results and ideas are put together in this paper. The first section describes the seminar topics and goals in general. Links to extended abstracts or full papers are provided, if available

Telekommunikation Literatursammlung

Diese Arbeit beschäftigt sich mit den derzeitigen Funknetzwerken, die weltweit Anwendung finden, und deren Standortentscheidungen, Antennenwahl und der Frequenzverteilung. Das sind das GSM- und das UMTS-Netzwerk. Das erste Kapitel gibt die Geschichte der Telekommunikation wieder, wobei der Schwerpunkt auf die Einführung und Entwicklung der Funknetzwerke in Österreich liegt. In den beiden nachfolgenden Kapiteln werden die unterschiedlichen Arten der Telekommunikation beschrieben. Angefangen bei den Schnurlostelefonen bis hin zu Pagingsystemen und den verschiedenen Funknetzwerken. Weiters die Lizenzvergabe der Frequenzen, die zum Betrieb eines Funknetzwerkes nötig sind. In den Kapiteln Standortentscheidungen für die Aufstellung von Basisstationen und Antennen werden verschiedene Modelle bzw. Heuristiken (Greedy Randomized Adaptive Search Procedures, Tabu Search) und das Location-sensing Problem vorgestellt, die für die Standortentscheidungen von Basisstationen angewendet werden. Weiters werden die verschiedenen Antennen vorgestellt, die für die verschiedenen Zellen (Makro-, Mikro oder Piko-Zellen) zum Einsatz kommen. In den beiden letzten Kapiteln werden die Modelle für die Frequenzverteilung und die Möglichkeit was zu tun ist, wenn ein Mangel an Frequenzen besteht, beschrieben. Bei der Frequenzverteilung wird auf zwei Lösungsmethoden, nämlich auf optimale und heuristische Lösungsmethoden eingegangen, wobei aber das Hauptaugenmerk bei den heuristischen Lösungsmethoden liegt. Erwähnt werden zum Beispiel das Tabu Search, Local Search, Greedy Verfahren und viele weitere Heuristiken. Für den Engpass an Frequenzen, der bereits in der Realität aufgetreten ist, wird ein Grundmodell für die Kanalbestimmung vorgestellt

Self-Evaluation Applied Mathematics 2003-2008 University of Twente

This report contains the self-study for the research assessment of the Department of Applied Mathematics (AM) of the Faculty of Electrical Engineering, Mathematics and Computer Science (EEMCS) at the University of Twente (UT). The report provides the information for the Research Assessment Committee for Applied Mathematics, dealing with mathematical sciences at the three universities of technology in the Netherlands. It describes the state of affairs pertaining to the period 1 January 2003 to 31 December 2008

Demand Forecasting and Location Optimization of Recharging Stations for Electric Vehicles in Carsharing Industries

Carsharing is an alternative to private car usage. Using electric-vehicles as a substitute to fuel vehicles is a wiser option which leads to lower fuel emissions, more energy savings and decreased oil dependency. However, there are some barriers in using electric vehicles at large scale in carsharing companies. Battery power limitation and lack of sufficient infrastructures are some of them. Accurate demand forecasting is a must for this purpose. In the first part of this thesis, we investigate the demand forecasting problem for carsharing industries and apply four techniques namely simple linear regression, seasonally adjusted forecast, Winter's Model and artificial neural networks to decide the right number of vehicles to be made available at each station to meet the customer requests. The results on randomly generated test datasets show that artificial neural networks perform better over the other three. In the second part, we investigate the location planning problem of recharging stations for electric vehicles. The base model used for this study is the mathematical optimization model proposed by Wang & Lin (2013). Firstly, we improve their MIP model and solve it using AIMMS (Advanced Interactive Multidimensional Modeling System). Secondly, we propose Genetic Algorithm for the same problem and implement it in Matlab. The obtained results are compared with previous work done by Wang and Lin (2013). The comparisons show better performance of the proposed methods

A contribution to supply chain design under uncertainty

Dans le contexte actuel des chaînes logistiques, des processus d'affaires complexes et des partenaires étendus, plusieurs facteurs peuvent augmenter les chances de perturbations dans les chaînes logistiques, telles que les pertes de clients en raison de l'intensification de la concurrence, la pénurie de l'offre en raison de l'incertitude des approvisionnements, la gestion d'un grand nombre de partenaires, les défaillances et les pannes imprévisibles, etc. Prévoir et répondre aux changements qui touchent les chaînes logistiques exigent parfois de composer avec des incertitudes et des informations incomplètes. Chaque entité de la chaîne doit être choisie de façon efficace afin de réduire autant que possible les facteurs de perturbations. Configurer des chaînes logistiques efficientes peut garantir la continuité des activités de la chaîne en dépit de la présence d'événements perturbateurs. L'objectif principal de cette thèse est la conception de chaînes logistiques qui résistent aux perturbations par le biais de modèles de sélection d'acteurs fiables. Les modèles proposés permettent de réduire la vulnérabilité aux perturbations qui peuvent aV, oir un impact sur la continuité des opérations des entités de la chaîne, soient les fournisseurs, les sites de production et les sites de distribution. Le manuscrit de cette thèse s'articule autour de trois principaux chapitres: 1 - Construction d'un modèle multi-objectifs de sélection d'acteurs fiables pour la conception de chaînes logistiques en mesure de résister aux perturbations. 2 - Examen des différents concepts et des types de risques liés aux chaînes logistiques ainsi qu'une présentation d'une approche pour quantifier le risque. 3 - Développement d'un modèle d'optimisation de la fiabilité afin de réduire la vulnérabilité aux perturbations des chaînes logistiques sous l'incertitude de la sollicitation et de l'offre

Self-organisation in LTE networks : an investigation

Mobile telecommunications networks based on Long Term Evolution (LTE) technology promise faster throughput to their users. LTE networks are however susceptible to a phenomenon known as inter-cell interference which can greatly reduce the throughput of the network causing unacceptable degradation of performance for cell edge users. A number of approaches to mitigating or minimising inter-cell interference have been presented in the literature such as randomisation, cancellation and coordination. The possibility of coordination between network nodes in an LTE network is made possible through the introduction of the X2 network link. This thesis explores approaches to reducing the effect of inter-cell interference on the throughput of LTE networks by using the X2 link to coordinate the scheduling of radio resources. Three approaches to the reduction of inter-cell interference were developed. Localised organisation is a centralised scheme in which a scheduler is optimised by a Genetic Algorithm (GA) to reduce interference. Networked organisation makes use of the X2 communications link to enable the network nodes to exchange scheduling information in a way that lowers the level of interference across the whole network. Finally a more distributed and de-centralised approach is taken in which each of the network nodes optimises its own scheduling in coordination with its neighbours. An LTE network simulator was built to allow for experimental comparison between these techniques and a number of existing approaches and to serve as a test bed for future algorithm development. These approaches were found to significantly improve the throughput of the cell edge users who were most affected by intereference. In particular the networked aspect of these approaches yielded the best initial results showing clear improvement over the existing state of the art. The distributed approach shows significant promise given further development.EPSR

Self-organisation in LTE networks : an investigation

Mobile telecommunications networks based on Long Term Evolution (LTE) technology promise faster throughput to their users. LTE networks are however susceptible to a phenomenon known as inter-cell interference which can greatly reduce the throughput of the network causing unacceptable degradation of performance for cell edge users. A number of approaches to mitigating or minimising inter-cell interference have been presented in the literature such as randomisation, cancellation and coordination. The possibility of coordination between network nodes in an LTE network is made possible through the introduction of the X2 network link. This thesis explores approaches to reducing the effect of inter-cell interference on the throughput of LTE networks by using the X2 link to coordinate the scheduling of radio resources. Three approaches to the reduction of inter-cell interference were developed. Localised organisation is a centralised scheme in which a scheduler is optimised by a Genetic Algorithm (GA) to reduce interference. Networked organisation makes use of the X2 communications link to enable the network nodes to exchange scheduling information in a way that lowers the level of interference across the whole network. Finally a more distributed and de-centralised approach is taken in which each of the network nodes optimises its own scheduling in coordination with its neighbours. An LTE network simulator was built to allow for experimental comparison between these techniques and a number of existing approaches and to serve as a test bed for future algorithm development. These approaches were found to significantly improve the throughput of the cell edge users who were most affected by intereference. In particular the networked aspect of these approaches yielded the best initial results showing clear improvement over the existing state of the art. The distributed approach shows significant promise given further development.EPSR

Advanced meta-heuristic approaches and their application to operational optimization in forest wildfire management

La última década ha sido testigo de un aumento vertiginoso de la cantidad y frecuencia de desastres a gran escala, principalmente debido a los fenómenos devastadores derivados de paradigmas climatológicos y ambientales a gran escala como el calentamiento global. De entre ellos son las inundaciones, huracanes y terremotos los desastres de mayor frecuencia de aparición y fatales consecuencias durante este período, tal como certifican los más de 20.000 muertos a consecuencia de un terremoto en la región de Gujarat (India) en 2001, o las 230.000 y 316.000 pérdidas humanas de los terremotos de Indonesia y Haití en 2004 y 2010, respectivamente. En este contexto, el enfoque de esta tesis se centra en una casuística concreta de desastre a media-gran escala cuya frecuencia y severidad han crecido de manera igualmente preocupante en los últimos tiempos: los incendios, definidos como un fuego de grandes dimensiones no voluntariamente iniciado por el ser humano, y que afecta a aquello que no está destinado a quemarse. Pese a la diversidad de iniciativas, campañas y procedimientos orientados a la minimización del impacto y las consecuencias de los incendios, varios sucesos fatales acontecidos en los últimos años han puesto en duda la efectividad de las políticas actuales de gestión de recursos contra incendios como aeronaves, vehículos terrestres, equipamiento de comunicaciones radio, logística de abastecimiento y las brigadas desplegadas en el área afectada. Un ejemplo manifiesto de esta falta de eficacia es la muerte de once bomberos ocurrida en un incendio de 130 kilómetros cuadrados en la zona de Guadalajara (España) en 2005, oficialmente atribuida a una deficiente coordinación entre el puesto de mando y los equipos de extinción debida, fundamentalmente, a problemas de cobertura en los sistemas de radiocomunicación. Aunque la causa de esta falta de coordinación ha sido cuestionada por las autoridades y los agentes involucrados desde entonces, lo cierto es que este suceso supone un ejemplo evidente de la necesidad de estudiar y desarrollar herramientas algorítmicas que ayuden al personal de comandancia a ejecutar óptimamente sus tareas de coordinación y control. Desafortunadamente la coyuntura de crisis económica mundial que azota con especial fuerza los países del Sur de Europa ha mermado dramáticamente las partidas presupuestarias para la prevención y extinción de incendios en beneficio de programas nacionales de reducción de déficit. A consecuencia de estos recortes, el coste ha irrumpido con fuerza como un criterio de extrema relevancia en la planificación operativa de este tipo de desastres: desde la perspectiva de un problema de optimización, los recursos contra incendios son actualmente gestionados con el objetivo fundamental de maximizar su efectividad contra incendios, sujeto a la restricción de que el coste agregado asociado a las decisiones tomadas no supere un determinado umbral presupuestario. Pese a que estas restricciones de coste están bien acotadas, en la práctica la mayoría de los procedimientos de gestión de recursos contra incendios están fuertemente determinados por la capacidad limitada del ser humano para tomar decisiones ágiles en escenarios de elevada complejidad y heterogeneidad. Por los motivos anteriormente expuestos, la presente Tesis doctoral propone la adopción de algoritmos meta-heurísticos para solventar eficientemente problemas de optimización que modelan procesos de gestión de recursos contra incendios. Esta familia de algoritmos de optimización es capaz de explorar el espacio solución de un problema dado merced a la aplicación iterativa de mecanismos inteligentes de búsqueda explorativa y explotativa, produciendo soluciones que sacrifican calidad por una complejidad computacional menor en comparación con la resultante de procesos determinísticos de búsqueda exhaustiva. En particular la Tesis plantea la búsqueda por harmonía (del inglés Harmony Search) como la técnica meta-heurística de optimización común a las herramientas diseñadas para la gestión de recursos en dos escenarios diferentes: ? El primer escenario analizado contempla el despliegue óptimo de redes de comunicación inalámbrica para la coordinación de equipos de extinción en incendios forestales de gran escala. Desde el punto de vista formal, el problema del despliegue dinámico de retransmisores que caracteriza matemáticamente este escenario consiste en estimar el número y localización de los retransmisores radio que deben ser desplegados en el área afectada por el incendio, de tal modo que el número de nodos móviles (i.e. recursos) con cobertura radio es maximizado a un coste del despliegue mínimo. A fin de reflejar la diversidad de equipamiento de retransmisión radio existente en la realidad, este problema es reformulado para considerar modelos de retransmisor con diferentes características de cobertura y coste. El problema resultante es resuelto de manera eficiente mediante sendos algoritmos mono- y bi-objetivo que conjugan 1) la Búsqueda por Harmonía como método de búsqueda global; y 2) una versión modificada del algoritmo de agrupación K-means como técnica de búsqueda local. El desempeño de los métodos propuestos es evaluado mediante experimentos numéricos basados en datos estadísticos reales de la Comunidad de Castilla la Mancha (España), merced a cuyos resultados queda certificada su practicidad a la hora de desplegar infraestructura de comunicación en este tipo de desastres. ? El segundo escenario bajo estudio se concentra en el despliegue y planificación óptima de vehículos aéreos de extinción de incendios basados en estimaciones predictivas del riesgo de incendio de una cierta área geográfica. De manera enunciativa, el problema subyacente busca la asignación de recursos a aeródromos y aeropuertos con restricciones de capacidad que maximice la utilidad de dichos recursos en relación al riesgo de incendio y minimice, a su vez, el coste de ejecutar dicha asignación. La formulación de este problema también considera, dentro de la definición de dicha función de utilidad, la distancia relativa entre aeropuerto, punto de potencial riesgo de incendio y el recurso acuífero (lago, río o mar) más cercano. Para su resolución eficiente se propone el uso de algoritmos de optimización basados, de nuevo, en la Búsqueda por Harmonía, incorporando además métodos voraces de reparación capacitiva. La aplicabilidad práctica de estos métodos es validada mediante experimentos numéricos en escenarios sintéticos y un caso práctico que incluye valores reales del riesgo de incendio, posiciones de recursos acuíferos e instalaciones aeroportuarias. En resumen, esta Tesis evidencia, desde un punto de vista práctico, que la meta-heurística moderna supone una solución algorítmica computacionalmente eficiente para tratar problemas de gestión de recursos contra incendios sujetos a restricciones de coste