Raghunath, Chaitra;Watson, Layne T.;Jrad, Mohamed;Kapania, Rakesh K.;Kolonay, Raymond M.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.4
no.3
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pp.297-316
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2017
With rapid growth in the complexity of large scale engineering systems, the application of multidisciplinary analysis and design optimization (MDO) in the engineering design process has garnered much attention. MDO addresses the challenge of integrating several different disciplines into the design process. Primary challenges of MDO include computational expense and poor scalability. The introduction of a distributed, collaborative computational environment results in better utilization of available computational resources, reducing the time to solution, and enhancing scalability. SORCER, a Java-based network-centric computing platform, enables analyses and design studies in a distributed collaborative computing environment. Two different optimization algorithms widely used in multidisciplinary engineering design-VTDIRECT95 and QNSTOP-are implemented on a SORCER grid. VTDIRECT95, a Fortran 95 implementation of D. R. Jones' algorithm DIRECT, is a highly parallelizable derivative-free deterministic global optimization algorithm. QNSTOP is a parallel quasi-Newton algorithm for stochastic optimization problems. The purpose of integrating VTDIRECT95 and QNSTOP into the SORCER framework is to provide load balancing among computational resources, resulting in a dynamically scalable process. Further, the federated computing paradigm implemented by SORCER manages distributed services in real time, thereby significantly speeding up the design process. Part 1 covers SORCER and the algorithms, Part 2 presents results for aircraft panel design with curvilinear stiffeners.
Raghunath, Chaitra;Watson, Layne T.;Jrad, Mohamed;Kapania, Rakesh K.;Kolonay, Raymond M.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.4
no.3
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pp.317-334
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2017
With rapid growth in the complexity of large scale engineering systems, the application of multidisciplinary analysis and design optimization (MDO) in the engineering design process has garnered much attention. MDO addresses the challenge of integrating several different disciplines into the design process. Primary challenges of MDO include computational expense and poor scalability. The introduction of a distributed, collaborative computational environment results in better utilization of available computational resources, reducing the time to solution, and enhancing scalability. SORCER, a Java-based network-centric computing platform, enables analyses and design studies in a distributed collaborative computing environment. Two different optimization algorithms widely used in multidisciplinary engineering design-VTDIRECT95 and QNSTOP-are implemented on a SORCER grid. VTDIRECT95, a Fortran 95 implementation of D. R. Jones' algorithm DIRECT, is a highly parallelizable derivative-free deterministic global optimization algorithm. QNSTOP is a parallel quasi-Newton algorithm for stochastic optimization problems. The purpose of integrating VTDIRECT95 and QNSTOP into the SORCER framework is to provide load balancing among computational resources, resulting in a dynamically scalable process. Further, the federated computing paradigm implemented by SORCER manages distributed services in real time, thereby significantly speeding up the design process. Part 1 covers SORCER and the algorithms, Part 2 presents results for aircraft panel design with curvilinear stiffeners.
Yoon, Chang-Woo;Hassan, Mohammad Mehedi;Lee, Hyun-Woo;Ryu, Won;Huh, Eui-Nam
ETRI Journal
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v.32
no.4
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pp.634-637
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2010
This letter presents a model for a dynamic collaboration (DC) platform among cloud providers (CPs) that prevents adverse business impacts, cloud vendor lock-in and violation of service level agreements with consumers, and also offers collaborative cloud services to consumers. We consider two major challenges. The first challenge is to find an appropriate market model in order to enable the DC platform. The second is to select suitable collaborative partners to provide services. We propose a novel combinatorial auction-based cloud market model that enables a DC platform among CPs. We also propose a new promising multi-objective optimization model to quantitatively evaluate the partners. Simulation experiments were conducted to verify both of the proposed models.
In this paper, we investigate the resource allocation problem in time-varying heterogeneous wireless networks (HetNet) with multi-homing user equipments (UE). The stochastic optimization model is employed to maximize the network utility, which is defined as the difference between the HetNet's throughput and the total energy consumption cost. In harmony with the hierarchical architecture of HetNet, the problem of stochastic optimization of resource allocation is decomposed into two subproblems by the Lyapunov optimization theory, associated with the flow control in transport layer and the power allocation in physical (PHY) layer, respectively. For avoiding the signaling overhead, outdated dynamic information, and scalability issues, the distributed resource allocation method is developed for solving the two subproblems based on the primal-dual decomposition theory. After that, the adaptive resource allocation algorithm is developed to accommodate the timevarying wireless network only according to the current network state information, i.e. the queue state information (QSI) at radio access networks (RAN) and the channel state information (CSI) of RANs-UE links. The tradeoff between network utility and delay is derived, where the increase of delay is approximately linear in V and the increase of network utility is at the speed of 1/V with a control parameter V. Extensive simulations are presented to show the effectiveness of our proposed scheme.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.15
no.6
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pp.2282-2303
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2021
To solve the problems of heavy computing load and system transmission pressure in energy internet (EI), we establish a three-tier cloud-edge integrated EI network based on a cloud-edge collaborative computing to achieve the tradeoff between energy consumption and the system delay. A joint optimization problem for resource allocation and task offloading in the threetier cloud-edge integrated EI network is formulated to minimize the total system cost under the constraints of the task scheduling binary variables of each sensor node, the maximum uplink transmit power of each sensor node, the limited computation capability of the sensor node and the maximum computation resource of each edge server, which is a Mixed Integer Non-linear Programming (MINLP) problem. To solve the problem, we propose a joint task offloading and resource allocation algorithm (JTOARA), which is decomposed into three subproblems including the uplink transmission power allocation sub-problem, the computation resource allocation sub-problem, and the offloading scheme selection subproblem. Then, the power allocation of each sensor node is achieved by bisection search algorithm, which has a fast convergence. While the computation resource allocation is derived by line optimization method and convex optimization theory. Finally, to achieve the optimal task offloading, we propose a cloud-edge collaborative computation offloading schemes based on game theory and prove the existence of Nash Equilibrium. The simulation results demonstrate that our proposed algorithm can improve output performance as comparing with the conventional algorithms, and its performance is close to the that of the enumerative algorithm.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.6
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pp.1044-1055
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2015
DPCap analysis can assist in determining the maximum environmental forces the DP system can counteract for a given heading. DPCap analysis results are highly affected by the thrust forces provided by the thrust system which consists of several kinds of thrusters. The thrust forces and moment are determined by the maximum thrust of the thrusters as well as the thruster configuration. In this paper, a novel local optimization of thruster configuration based on a synthesized positioning capability criterion is proposed. The combination of the discrete locations of the thrusters forms the thruster configuration and is the input, and the synthesized positioning capability is the output. The quantified synthesized positioning capability of the corresponding thruster configuration can be generated as the output. The optimal thruster configuration is the one which makes the vessel has the best positioning capability. A software program was developed based on the present study. A local optimization of thruster configuration for a supply vessel was performed to demonstrate the effectiveness and efficiency of the program. Even though the program cannot find the global optimal thruster configuration, its high efficiency makes it essentially practical in an engineering point. It may be used as a marine research tool and give guidance to the designer of the thrust system.
Park, Hyeong-Uk;Kim, Seong-Chan;Kim, Min-Su;Choe, Dong-Hun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.5
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pp.883-890
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2001
In practical design studies, most of designers solve multidisciplinary problems with large size and complex design system. These multidisciplinary problems have hundreds of analysis and thousands of variables. The sequence of process to solve these problems affects the speed of total design cycle. Thus it is very important for designer to reorder the original design processes to minimize total computational cost. This is accomplished by decomposing large multidisciplinary problem into several multidisciplinary analysis subsystem (MDASS) and processing it in parallel. This paper proposes new strategy for parallel decomposition of multidisciplinary problem to raise design efficiency by using genetic algorithm and shows the relationship between decomposition and multidisciplinary design optimization (MDO) methodology.
Collaborative filtering technique is a major method of recommender systems and has been successfully implemented and serviced in real commercial online systems. However, this technique has several inherent drawbacks, such as data sparsity, cold-start, and scalability problem. Clustering-based collaborative filtering has been studied in order to handle scalability problem. This study suggests a collaborative filtering system which utilizes genetic algorithms to improve shortcomings of K-means algorithm, one of the widely used clustering techniques. Moreover, different from the previous studies that have targeted for optimized clustering results, the proposed method targets the optimization of performance of the collaborative filtering system using the clustering results, which practically can enhance the system performance.
Associative and bidirectional associative memories are examples of associative structures studied intensively in the literature. The underlying idea is to realize associative mapping so that the recall processes (one-directional and bidirectional ones) are realized with minimal recall errors. Associative and fuzzy associative memories have been studied in numerous areas yielding efficient applications for image recall and enhancements and fuzzy controllers, which can be regarded as one-directional associative memories. In this study, we revisit and augment the concept of associative memories by offering some new design insights where the corresponding mappings are realized on the basis of a related collection of landmarks (prototypes) over which an associative mapping becomes spanned. In light of the bidirectional character of mappings, we have developed an augmentation of the existing fuzzy clustering (fuzzy c-means, FCM) in the form of a so-called collaborative fuzzy clustering. Here, an interaction in the formation of prototypes is optimized so that the bidirectional recall errors can be minimized. Furthermore, we generalized the mapping into its granular version in which numeric prototypes that are formed through the clustering process are made granular so that the quality of the recall can be quantified. We propose several scenarios in which the allocation of information granularity is aimed at the optimization of the characteristics of recalled results (information granules) that are quantified in terms of coverage and specificity. We also introduce various architectural augmentations of the associative structures.
The ant colony optimization (ACO) algorithm is a new heuristic algorithm that offers good robustness and searching ability. With in-depth exploration, the ACO algorithm exhibits slow convergence speed, and yields local optimization solutions. Based on analysis of the ACO algorithm and the genetic algorithm, we propose a novel hybrid genetic ant colony optimization (NHGAO) algorithm that integrates multi-population strategy, collaborative strategy, genetic strategy, and ant colony strategy, to avoid the premature phenomenon, dynamically balance the global search ability and local search ability, and accelerate the convergence speed. We select the traveling salesman problem to demonstrate the validity and feasibility of the NHGAO algorithm for solving complex optimization problems. The simulation experiment results show that the proposed NHGAO algorithm can obtain the global optimal solution, achieve self-adaptive control parameters, and avoid the phenomena of stagnation and prematurity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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