On modeling and optimisation of air Traffic flow management problem with en-route capacities.

Master of Science in Mathematics, Statistics and Computer Science. University of KwaZulu-Natal, Durban 2016.The air transportation industry in the past ten years witnessed an upsurge with the number of passengers swelling exponentially. This development has seen a high demand in airport and airspace usage, which consequently has an enormous strain on the aviation industry of a given country. Although increase in airport capacity would be logical to meet this demand, factors such as poor weather conditions and other unforeseen ones have made it difficult if not impossible to do such. In fact there is a high probability of capacity reduction in most of the airports and air sectors within these regions. It is no surprise therefore that, most countries experience congestion almost on a daily basis. Congestion interrupts activities in the air transportation network and this has dire consequences on the air traffic control system as well as the nation's economy due to the significant costs incurred by airlines and passengers. This is against a background where most air tra c managers are met with the challenge of finding optimal scheduling strategies that can minimise delay costs. Current practices and research has shown that there is a high possibility of reducing the effects of congestion problems on the air traffic control system as well as the total delay costs incurred to the nearest minimum through an optimal control of ights. Optimal control of these ights can either be achieved by assigning ground holding delays or air borne delays together with any other control actions to mitigate congestion. This exposes a need for adequate air traffic ow management given that it plays a crucial role in alleviating delay costs. Air Traffic Flow Management (ATFM) is defined as a set of strategic processes that reduce air traffic delays and congestion problems. More precisely, it is the regulation of air traffic in such a way that the available airport and airspace capacity are utilised efficiently without been exceeded when handling traffic. The problem of managing air traffic so as to ensure efficient and safe ow of aircraft throughout the airspace is often referred to as the Air Traffic Flow Management Problem (ATFMP). This thesis provides a detailed insight on the ATFMP wherein the existing approaches, methodologies and optimisation techniques that have been (and continue to be) used to address the ATFMP were critically examined. Particular attention to optimisation models on airport capacity and airspace allocation were also discussed extensively as they depict what is obtainable in the air transportation system. Furthermore, the thesis attempted a comprehensive and, up-to-date review which extensively fed off literature on ATFMP. The instances in this literature were mainly derived from North America, Europe and Africa. Having reviewed the current ATFM practices and existing optimisation models and approaches for solving the ATFMP, the generalised basic model was extended to account for additional modeling variations. Furthermore, deterministic integer programming formulations were developed for reducing the air traffic delays and congestion problems based on the sector and path-based approaches already proposed for incorporating rerouting options into the basic ATFMP model. The formulation does not only takes into account all the ight phases but it also solves for optimal synthesis of other ow management activities including rerouting decisions, ight cancellation and penalisation. The claims from the basic ATFMP model was validated on artificially constructed datasets and generated instances. The computational performance of the basic and modified ATFMP reveals that the resulting solutions are completely integral, and an optimal solution can be obtained within the shortest possible computational time. Thereby, affirming the fact that these models can be used in effective decision making and efficient management of the air traffic flow

Metodología dirigida por modelos para las pruebas de un sistema distribuido multiagente de fabricación

Las presiones del mercado han empujado a las empresas de fabricación a reducir costes a la vez que mejoran sus productos, especializándose en las actividades sobre las que pueden añadir valor y colaborando con especialistas de las otras áreas para el resto. Estos sistemas distribuidos de fabricación conllevan nuevos retos, dado que es difícil integrar los distintos sistemas de información y organizarlos de forma coherente. Esto ha llevado a los investigadores a proponer una variedad de abstracciones, arquitecturas y especificaciones que tratan de atacar esta complejidad. Entre ellas, los sistemas de fabricación holónicos han recibido una atención especial: ven las empresas como redes de holones, entidades que a la vez están formados y forman parte de varios otros holones. Hasta ahora, los holones se han implementado para control de fabricación como agentes inteligentes autoconscientes, pero su curva de aprendizaje y las dificultades a la hora de integrarlos con sistemas tradicionales han dificultado su adopción en la industria. Por otro lado, su comportamiento emergente puede que no sea deseable si se necesita que las tareas cumplan ciertas garantías, como ocurren en las relaciones de negocio a negocio o de negocio a cliente y en las operaciones de alto nivel de gestión de planta. Esta tesis propone una visión más flexible del concepto de holón, permitiendo que se sitúe en un espectro más amplio de niveles de inteligencia, y defiende que sea mejor implementar los holones de negocio como servicios, componentes software que pueden ser reutilizados a través de tecnologías estándar desde cualquier parte de la organización. Estos servicios suelen organizarse como catálogos coherentes, conocidos como Arquitecturas Orientadas a Servicios (‘Service Oriented Architectures’ o SOA). Una iniciativa SOA exitosa puede reportar importantes beneficios, pero no es una tarea trivial. Por este motivo, se han propuesto muchas metodologías SOA en la literatura, pero ninguna de ellas cubre explícitamente la necesidad de probar los servicios. Considerando que la meta de las SOA es incrementar la reutilización del software en la organización, es una carencia importante: tener servicios de alta calidad es crucial para una SOA exitosa. Por este motivo, el objetivo principal de la presente Tesis es definir una metodología extendida que ayude a los usuarios a probar los servicios que implementan a sus holones de negocio. Tras considerar las opciones disponibles, se tomó la metodología dirigida por modelos SODM como punto de partida y se reescribió en su mayor parte con el framework Epsilon de código abierto, permitiendo a los usuarios que modelen su conocimiento parcial sobre el rendimiento esperado de los servicios. Este conocimiento parcial es aprovechado por varios nuevos algoritmos de inferencia de requisitos de rendimiento, que extraen los requisitos específicos de cada servicio. Aunque el algoritmo de inferencia de peticiones por segundo es sencillo, el algoritmo de inferencia de tiempos límite pasó por numerosas revisiones hasta obtener el nivel deseado de funcionalidad y rendimiento. Tras una primera formulación basada en programación lineal, se reemplazó con un algoritmo sencillo ad-hoc que recorría el grafo y después con un algoritmo incremental mucho más rápido y avanzado. El algoritmo incremental produce resultados equivalentes y tarda mucho menos, incluso con modelos grandes. Para sacar más partidos de los modelos, esta Tesis también propone un enfoque general para generar artefactos de prueba para múltiples tecnologías a partir de los modelos anotados por los algoritmos. Para evaluar la viabilidad de este enfoque, se implementó para dos posibles usos: reutilizar pruebas unitarias escritas en Java como pruebas de rendimiento, y generar proyectos completos de prueba de rendimiento usando el framework The Grinder para cualquier Servicio Web que esté descrito usando el estándar Web Services Description Language. La metodología completa es finalmente aplicada con éxito a un caso de estudio basado en un área de fabricación de losas cerámicas rectificadas de un grupo de empresas español. En este caso de estudio se parte de una descripción de alto nivel del negocio y se termina con la implementación de parte de uno de los holones y la generación de pruebas de rendimiento para uno de sus Servicios Web. Con su soporte para tanto diseñar como implementar pruebas de rendimiento de los servicios, se puede concluir que SODM+T ayuda a que los usuarios tengan una mayor confianza en sus implementaciones de los holones de negocio observados en sus empresas