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- A comprehensive approach for optimizing controller placement in Software-Defined NetworksPublication . Schutz, G.; Martins, JaimeSoftware-Defined Networks (SDNs) are characterized by dividing a network architecture in a data plane (i.e., any packet-relaying nodes like switches or routers) and a control plane, where specialized controllers assign forwarding decisions to the underlying data plane, and must do so in a very short timeframe. Thus, controllers play a key role in SDNs and the Controller Placement Problem (CPP) becomes a critical issue, affecting network delays and synchronization. If there are significant propagation delays between controllers and nodes, or among controllers, their ability to quickly react to network events is affected, degrading reliability. In this work, we propose a comprehensive mathematical formalization of the CPP, which constrains propagation latency and controller capacity, and determines simultaneously the minimum number of controllers, their location and the assignment of nodes to each, while keeping a balanced load distribution among controllers. As CPP is NP-hard, a heuristic approach is also presented. Simulations for 60 network scenarios show that this approach obtains balanced and resilient solutions, in negligible time, which are proven to be optimal or near optimal for 90% of the evaluated cases.
- Uma abordagem genética para o programa quadrático 0-1Publication . Schutz, G.; Pires, F. M.; Ruano, AntonioApresenta-se uma heurística para o programa quadrático 0-1 sem restrições. A abordagem utilizada baseia-se em algoritmos genéticos, combinando os operadores genéticos convencionais com estratégias de tipo ávido. Consegue-se assim um algoritmo simples e eficiente, mesmo para problemas de maior dimensão, competitivo com outras meta-heurísticas mais elaboradas. Descreve-se o estudo computacional realizado com um conjunto de problemas-teste, já utilizados na literatura sobre este tema. Os resultados obtidos encorajam a investigação neste sentido, uma vez que, se obtiveram, em tempos de execução muito reduzidos, soluções de boa qualidade, mesmo em problemas de dimensões elevadas.
- Cell suppression problem: a genetic-based approachPublication . Almeida, Maria Teresa; Schutz, G.; Carvalho, FilipaCell suppression is one of the most frequently used techniques to prevent the disclosure of sensitive data in statistical tables. Finding the minimum cost set of nonsensitive entries to suppress, along with the sensitive ones, in order to make a table safe for publication, is a NP-hard problem, denoted the cell suppression problem (CSP). In this paper, we present GenSup, a new heuristic for the CSP, which combines the general features of genetic algorithms with safety conditions derived by several authors. The safety conditions are used to develop fast procedures to generate multiple initial solutions and also to recombine, to perturb and to repair solutions in order to improve their quality. The results obtained for 300 tables, with up to more than 90,000 entries, show that GenSup is very effective at finding low-cost sets of complementary suppressions to protect confidential data in two-dimensional tables.
- A computational study of a parallel Branch and Bound algorithm for the quadratic 0-1 programming problem on transputersPublication . Schutz, G.; Pires, F. M.; Ruano, AntonioDiscrete optimization problems are very difficult to solve, even if the dimantion is small. For most of them the problem of finding an ε-approximate solution is already NP-hard.
- Data gathering in wireless sensor networks using unmanned aerial vehiclesPublication . Mazayev, Andriy; Correia, Noélia; Schutz, G.In an IoT world sensor-enabled systems are all around us and accessible for management at any time and place. Besides other technological components, small unmanned aerial vehicles are also expected to have an important role in IoT as they fly at low-altitude becoming suitable data acquisition vehicles in certain situations. In this article we focus on data gathering using unmanned aerial vehicles for applications having delivery limit constraints. The problem is to design an efficient set of paths to gather sensor data at specific places, and to deliver it at the sink node, while accomplishing the delivery limit associated with data. After formalizing the problem, a heuristic approach is developed that incorporates solution improvement mechanisms suitable for data gathering purposes. Results show that the proposed approach is suitable to solve the data gathering problem and clues on how to adjust parameters, according to the nature of the data set, are given.
- Design of qos-aware energy-efficient fiber–wireless access networksPublication . Schutz, G.; Correia, NoéliaEnergy-efficient network design has recently become a very important topic because of the energy cost increases in service providers’ infrastructures. This is of particular importance in access networks because of the growing demand for digital traffic by end users. Here we address the challenge of reducing the energy consumption of fiber–wireless (FiWi) access networks, that use both optical and radio frequency technologies to provide high bandwidth and ubiquity for end-user applications, while keeping delay under a threshold. Our goal is to find optimal sleep mode schedulings that allow energy consumption to be reduced while keeping packet delay acceptable. For this purpose a mathematical formalization and an algorithm are developed. The results show that the proposed approach is able to reduce the average packet delay, with negligible energy cost increases, in many scenarios, besides being computationally efficient and scalable. The proposed approach may, therefore, serve as a basis for planning and design of quality of service-aware energy-efficient FiWi access networks.
- Dynamic aggregation and scheduling in CoAP/Observe-based wireless sensor networksPublication . Correia, Noélia; Sacramento, David; Schutz, G.Wireless sensor networks (WSNs) are starting to have a high impact on our societies and, for next generation WSNs to become more integrated with the Internet, researchers recently proposed to embed IPv6 into such very constrained networks. Also, constraint application protocol (CoAP) and Observe have been proposed for RESTful services to be provided. CoAP/Observe supports the use of caches/proxies and, for this reason, an observation request may resort to multiple client/server registration steps in order to get notifications. Here, we propose to plan the multiple registration steps, at proxies, of multiple observation requests in order to make proper aggregation/scheduling of notifications for transmission. This leads to less energy consumption and to an effective use of bandwidth, avoiding energy depletion of nodes, and increasing the network lifetime. Besides, mathematically formalizing the problem, a heuristic approach is developed and a discussion on how to incorporate algorithm's decision into the network is done. The proposed framework can be applied to multiple application domains (e.g., monitoring, machine to machine).
- Estudo computacional de um algoritmo genético para o problema de optimização de rotas de veículosPublication . Schutz, G.; Pires, F. M.; Ruano, AntonioO problema básico da distribuição e/ou recolha de produtos é um problema de Optimização Combinatória que consiste em determinar o conjunto de rotas que partem de um depósito central, cuja localização é conhecida, servem um conjunto de clientes com procuras e localizações pré - definidas, minimizando a distância total percorrida. Este é um problema NP-difícil, para o qual poucos métodos exactos foram desenvolvidos, sendo demasiado demorados e não sendo sequer exequíveis para a generalidade dos problemas de dimensão média. Assim, as abordagens mais comuns e eficientes baseiam-se em métodos heurísticos. Numa classificação superficial podem-se considerar duas classes de métodos heurísticos: os “clássicos” e os “modernos”. Os primeiros incluem, entre outros, os métodos construtivos de rota, os métodos de duas fases e os de melhoramento de rotas. Estes métodos foram basicamente desenvolvidos nos anos 60 e 70, embora continuem a ser utilizados e melhorados. Por outro lado, os métodos “modernos” têm como característica comum o recurso à pesquisa local utilizando técnicas de intensificação e diversificação dessa pesquisa. Entre outras, têm aparecido recentemente heurísticas baseadas em: Simulação de Têmpera; algoritmos Genéticos; Pesquisa Tabu; Algoritmos Difusos e Redes Neuronais. Combinações destas técnicas têm conduzido a algoritmos híbridos e a meta-heurísticas. Neste trabalho é feita a apresentação de um Algoritmo Genético para o Problema de Optimização de Rotas de Veículos. Apresenta-se a sua implementação e um estudo computacional comparativo com duas heurísticas “clássicas” num conjunto de problemas - teste conhecidos da literatura.
- Estudo das rotas de recolha de resíduos sólidos na região rural de FaroPublication . Schutz, G.; Pires, F. M.; Ruano, AntonioDescrevemos, neste trabalho, o problema da determinação de rotas para a recolha de resíduos sólidos na região rural de Faro. Este é um problema de optimização combinatória que pode ser resolvido usando técnicas próprias de problemas de “Vehicle Routing”. A resolução do problema foi solicitada pelos Serviços Municipalizados da Câmara Municipal de Faro que forneceram os mapas das rotas praticadas, bem como alguns outros elementos de que dispunham. Pretendiam os responsáveis pelos Serviços que se encontrasse um meio de, sem aumentar o número de veículos nem de funcionários, obedecer às novas leis de horários laborais, efectuar uma recolha mais frequente nalguns locais onde a densidade populacional tinha aumentado nos últimos anos e, simultaneamente, tentar minimizar as distâncias percorridas pelos veículos. Aplicámos a este problema alguns métodos heurísticos clássicos e, neste trabalho, apresentamos os resultados obtidos com uma adaptação de uma heurística baseada em algoritmos genéticos. Esta heurística já tinha mostrado ser competitiva com os métodos tradicionais na resolução de problemas-teste da literatura. Obtivemos algumas soluções que obedeciam às restrições impostas pelos Serviços, conseguiam diminuir as distâncias totais percorridas, melhorando, em todos os aspectos, o padrão de recolha que estava a ser efectuado. Estas soluções foram implementadas pelos Serviços Municipalizados, com resultados muito satisfatórios, confirmando, na prática, as previsões do estudo computacional.
- Estudo das rotas de recolha de resíduos sólidos na região rural de FaroPublication . Schutz, G.; Pires, F. M.; Ruano, AntonioDescreve-se o problema da determinação de rotas para a recolha de resíduos sólidos na região rural de Faro. Este é um problema de optimização combinatória que pode ser resolvido usando técnicas próprias de problemas de “Vehicle Routing”. A resolução do problema foi solicitada pelos Serviços Municipalizados da Câmara Municipal de Faro que forneceram os mapas das rotas praticadas, bem como alguns outros elementos de que dispunham. Pretendiam os responsáveis pelos Serviços que se encontrasse um meio de, sem aumentar o número de veículos nem de funcionários, obedecer às novas leis de horários laborais, efectuar uma recolha mais frequente nalguns locais onde a densidade populacional tinha aumentado nos últimos anos e, simultaneamente, tentar minimizar as distâncias percorridas pelos veículos. Aplicou-se a este problema alguns métodos heurísticos clássicos e, neste trabalho, apresentam-se os resultados obtidos com uma adaptação de uma heurística baseada em algoritmos genéticos. Esta heurística já tinha mostrado ser competitiva com os métodos tradicionais na resolução de problemas-teste da literatura. Obtiveram-se algumas soluções que obedeciam às restrições impostas pelos Serviços, conseguiam diminuir as distâncias totais percorridas, melhorando, em todos os aspectos, o padrão de recolha que estava a ser efectuado. Estas soluções foram implementadas pelos Serviços Municipalizados, com resultados muito satisfatórios, confirmando, na realidade, as previsões do estudo computacional.
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