Resource management in in-home digital networks using Dantzig-Wolfe decomposition

In een digitaal huisnetwerk zijn in het huis de verschillende digitale consumentenelektronica apparaten met elkaar verbonden, zoals een set-top-box, tv-scherm of harde schijf. Dit maakt nieuwe applicaties mogelijk, zoals het kunnen bekijken van een film op elke mogelijke plek in huis op elk gewenst moment zonder dat men precies weet waar deze film is opgeslagen. Deze nieuwe applicaties leiden echter tot nieuwe `resource management' problemen met als doel de `resources',zoals processoren, opslagapparatuur en communicatieverbindingen, zo efficient en effectief mogelijk te gebruiken.In dit proefschrift beschouwen we een enkele bus (communicatieverbinding) met beperkte bandbreedte, waarmee meerdere apparaten zijn verbonden. Tussen elk apparaat en de bus bevindt zich een buffer met beperkte capaciteit. Verder is er een verzameling video stromen gegeven waarbij elke stroom over de bus van het verzendend apparaat naar het ontvangend apparaat verzonden moet worden. Hierbij willen we voor iedere stroom een vast deel van de bandbreedte en betreffende buffers reserveren. We maken onderscheid tussen twee type stromen, te weten volledig gespecificeerde stromen en `leaky bucket' gereguleerde stromen. Van een volledig gespecificeerde stroom weten we exact hoeveel data er wanneer wordt aangeboden en gevraagd bij de buffers van zijn verzendend respectievelijk ontvangend apparaat. Van een `leaky bucket' gereguleerde stroom kennen we alleen de parameters van de `leaky buckets' die de data-aanvoer van de stroom reguleren.Met deze parameters kunnen we een bovengrens voor de data-aanvoer gedurende elk mogelijk tijdsinterval geven.Allereerst definieren wij het Multiple Streams Smoothing Problem (MSSP). In een instantie van MSSP is een verzameling volledig gespecificeerde stromengegeven, de bandbreedte van de bus en de groottes van de verschillende buffers.Voor elke stroom moet een vast deel van de bandbreedte en de buffergroottes worden bepaald alsmede een verzendschema waarmee alle data voor de stroom op tijd kan worden verzonden. We modelleren MSSP als een lineair programmeringsprobleem en laten zien hoe Dantzig-Wolfe decompositie hierop kan worden toegepast. Dit leidt tot een hoofdprobleem en voor iedere stroom een subprobleem. Het subprobleem voor een stroom bestaat uit het minimaliseren van de kosten van de gereserveerde bandbreedte en buffergroottes, waarbij de kostencoefficienten volgen uit het geoptimaliseerde hoofdprobleem. Voor elke mogelijke combinatie van positievekostencoefficienten beschrijven we voor dit subprobleem een efficiente methode om een optimale oplossing te bepalen. Voor het minimaliseren van enkel de bandbreedte of enkel de buffergrootte van ´e´en van beide buffers passen wij hiervoor bestaande methoden aan. Voor het minimaliseren van beide buffergroottes laten we zien dat een optimale oplossing wordt verkregen door eerst de duurste buffer te minimaliseren en daarna de goedkoopste. Voor het afwegen van de bandbreedtetegen ´e´en buffergrootte beschrijven we een specifieke inruilmethode. Voor het afwegen van de bandbreedte tegen beide buffergroottes herleiden we het subprobleem eerst tot het vinden van het minimum van een stuksgewijs lineaire, convexe functie op de bandbreedte. Vervolgens beschrijven we twee efficente zoekmethoden om het minimum van deze functie met bijbehorende bandbreedte en buffergroottes te bepalen. Met behulp van experimentele resultaten geven we voor problemen van realistische grootte een indicatie van de rekentijd en van de benuttingsgraad van de bepaalde bandbreedte- en bufferreserveringen.Voor de `leaky bucket' gereguleerde stromen definieren wij het MultipleLeaky-Bucket Streams Smoothing Problem (MLBSSP). In een instantie van MLBSSP is een verzameling `leaky bucket' gereguleerde stromen gegeven, waarvoor een vast deel van de bandbreedte en buffergroottes moet worden bepaald als medeverzendstrategien waarmee alle data op tijd kan worden verstuurd. Ook MLBSSP modelleren we als een lineair programmeringsprobleem. Verder tonen we aan dat MLBSSP te reduceren is tot MSSP door de bovengrens op de data-aanvoer als daadwerkelijke data-aanvoer te gebruiken voor iedere stroom. Deze bovengrens heeft een paar specifieke kenmerken, nl. concaviteit en stuksgewijs lineariteit, die we gebruiken om voor `leaky bucket' gereguleerde stromen de subproblemen nog efficienter op te lossen. Hiervoor leiden we vier nieuwe, noodzakelijke en voldoende voorwaarden voor de bandbreedte- en bufferreserveringen van een stroom af. Met behulp van deze voorwaarden is de tijd om een subprobleem op te lossen lineair afhankelijk van het aantal `leaky buckets' i.p.v. de lengte van een stroom,zoals voor volledig gespecificeerde stromen. Een oplossing kan nu binnen eenf ractie van een seconde bepaald worden. Om experimenten uit te voeren voor deze methode voor MLBSSP, genereren we verschillende `leaky bucket' beschrijvingen voor iedere volledig gespecificeerde stroom die gebruikt was in de resultaten voor MSSP. De resultaten van deze experimenten zijn voor stromen die zijn beschreven door hun maximale aantal benodigde `leaky buckets', gelijk aan de resultaten voor de volledig gespecificeerde stromen. Behalve de bovengenoemde `off-line' varianten van MSSP en MLBSSP beschouwen we ook `on-line' varianten van deze problemen. In de `on-line' varianten zijn de starttijden van stromen onbekend en zijn de kenmerken van een stroom pas bekend op het moment dat deze wil starten. Een oplossing voor een`on-line' variant kan worden bepaald door elke keer dat een nieuwe stroom start,de methode voor het `off-line' probleem te gebruiken om nieuwe bandbreedte- en bufferreserveringen te bepalen. Indien de reserveringen van bestaande stromen dan mogen worden aangepast, dient er bij het oplossen van de subproblemen voor deze stromen rekening gehouden te worden met de hoeveelheid data die er in totaal al verzonden is. Verdere toevoegingen aan de `off-line' methode die we beschouwen en die kunnen leiden tot een hoger aantal toegelaten stromen, zijn doelfuncties zoals het minimaliseren van de totale gereserveerde bandbreedte of buffergrootte van een specifieke buffer. Ook laten we zien hoe de maximale relatieve `resource' reservering geminimaliseerd kan worden. Tenslotte beschrijven we een aanpak voor de verzending van data van een stroom, waarbij data pas uit de buffers verwijderd wordt als dat nodig is om ruimte te maken voor nieuw aangeleverde data. Numerieke experimenten laten zien dat verschillende van deze aanpassingen inderdaad tot betere resultaten kunnen leiden. Het aantal toegelaten stromen in deze experimenten is voor een `on-line' variant met bepaalde toevoegingen net zo hoog als voor de `off-line' variant

Efficient Line Searching for Convex Functions

In this paper we propose two new line search methods for convex functions. These new methods exploit the convexity property of the function, contrary to existing methods.The worst method is an improved version of the golden section method.For the second method it is proven that after two evaluations the objective gap is at least halved.The practical efficiency of the methods is shown by applying our methods to a real-life bus and buffer size optimization problem and to several classes of convex functions.

The application of strongly oxidizing agents in flow injection analysis : Part 4. Manganese(VI) and Copper(III)

The application of manganese(VI) and copper(III) in strongly alkaline solutions as strong oxidizing reagents in flow injection analysis is described. Both reagents were prepared under batch conditions and fed to the flow from a stock solution. The reactions of most analytes tested with manganese(VI) required the use of a heated (65° C) reaction coil. The main application appears to be for the determination of monosaccharides in the 10−4–10−5 mol l−1 range

Implementation of DSM strategies at the Kopanang Mine

This paper describes the implementation of Demand Side Management (DSM) strategies at AngloGold’s Kopanang Mine, for a period of three months during 2001. Since the unit price of electricity was very high during certain hours of the day, it was endeavoured to save costs by scheduling the operation of specific high power drawing equipment, (such as the clear water pumps and bulk air coolers), to operate mainly outside of peak hours. This objective was achieved by modelling and calculating a daily optimum operation schedule, which was supplied daily to the mine. As a result, an amount of R335 000 in electricity costs was saved during this period. It was also demonstrated that an additional R273 000 could have been saved if the supplied schedules had been complied with consistently

E2EG: End-to-End Node Classification Using Graph Topology and Text-based Node Attributes

Node classification utilizing text-based node attributes has many real-world applications, ranging from prediction of paper topics in academic citation graphs to classification of user characteristics in social media networks. State-of-the-art node classification frameworks, such as GIANT, use a two-stage pipeline: first embedding the text attributes of graph nodes then feeding the resulting embeddings into a node classification model. In this paper, we eliminate these two stages and develop an end-to-end node classification model that builds upon GIANT, called End-to-End-GIANT (E2EG). The tandem utilization of a main and an auxiliary classification objectives in our approach results in a more robust model, enabling the BERT backbone to be switched out for a distilled encoder with a 25% - 40% reduction in the number of parameters. Moreover, the model's end-to-end nature increases ease of use, as it avoids the need of chaining multiple models for node classification. Compared to a GIANT+MLP baseline on the ogbn-arxiv and ogbn-products datasets, E2EG obtains slightly better accuracy in the transductive setting (+0.5%), while reducing model training time by up to 40%. Our model is also applicable in the inductive setting, outperforming GIANT+MLP by up to +2.23%.Comment: Accepted to MLoG - IEEE International Conference on Data Mining Workshops ICDMW 202

Implementation of DSM strategies at the Kopanang Mine

This paper describes the implementation of Demand Side Management (DSM) strategies at AngloGold’s Kopanang Mine, for a period of three months during 2001. Since the unit price of electricity was very high during certain hours of the day, it was endeavoured to save costs by scheduling the operation of specific high power drawing equipment, (such as the clear water pumps and bulk air coolers), to operate mainly outside of peak hours. This objective was achieved by modelling and calculating a daily optimum operation schedule, which was supplied daily to the mine. As a result, an amount of R335 000 in electricity costs was saved during this period. It was also demonstrated that an additional R273 000 could have been saved if the supplied schedules had been complied with consistently

Stochastic Optimization of Large-Scale Parametrized Dynamical Systems

Many relevant problems in the area of systems and control, such as controller synthesis, observer design and model reduction, can be viewed as optimization problems involving dynamical systems: for instance, maximizing performance in the synthesis setting or minimizing error in the reduction setting. When the involved dynamics are large-scale (e.g., high-dimensional semi-discretizations of partial differential equations), the optimization becomes computationally infeasible. Existing methods in literature lack computational scalability or solve an approximation of the problem (thereby losing guarantees with respect to the original problem). In this paper, we propose a novel method that circumvents these issues. The method is an extension of Stochastic Gradient Descent (SGD) which is widely used in the context of large-scale machine learning problems. The proposed SGD scheme minimizes the $\mathcal{H}_2$ norm of a (differentiable) parametrized dynamical system, and we prove that the scheme is guaranteed to preserve stability with high probability under boundedness conditions on the step size. Conditioned on the stability preservation, we also obtain probabilistic convergence guarantees to local minimizers. The method is also applicable to problems involving non-realizable dynamics as it only requires frequency-domain input-output samples. We demonstrate the potential of the approach on two numerical examples: fixed-order observer design for a large-scale thermal model and controller tuning for an infinite-dimensional system.Comment: 19 pages, 10 figure

LPVcore: MATLAB Toolbox for LPV Modelling, Identification and Control

This paper describes the LPVcore software package for MATLAB developed to model, simulate, estimate and control systems via linear parameter-varying (LPV) input-output (IO), state-space (SS) and linear fractional (LFR) representations. In the LPVcore toolbox, basis affine parameter-varying matrix functions are implemented to enable users to represent LPV systems in a global setting, i.e., for time-varying scheduling trajectories. This is a key difference compared to other software suites that use a grid or only LFR-based representations. The paper contains an overview of functions in the toolbox to simulate and identify IO, SS and LFR representations. Based on various prediction-error minimization methods, a comprehensive example is given on the identification of a DC motor with an unbalanced disc, demonstrating the capabilities of the toolbox. The software and examples are available on www.lpvcore.net