Vertical Handoff Target Selection in a Heterogeneous Wireless Network Using Fuzzy ELECTRE

Global connectivity is on the verge of becoming a reality to provide high-speed, high-quality, and reliable communication channels for mobile devices at anytime, anywhere in the world. In a heterogeneous wireless environment, one of the key ingredients to provide efficient and ubiquitous computing with guaranteed quality and continuity of service is the design of intelligent handoff algorithms. Traditional single-metric handoff decision algorithms, such as Received Signal Strength (RSS), are not efficient and intelligent enough to minimize the number of unnecessary handoffs, decision delays, call-dropping and blocking probabilities. This research presents a novel approach for of a Multi Attribute Decision Making (MADM) model based on an integrated fuzzy approach for target network selection.

Integrating functional connectivity and climate change in the design of protected area networks

Le rapide déclin actuel de la biodiversité est inquiétant et les activités humaines en sont la cause directe. De nombreuses aires protégées ont été mises en place pour contrer cette perte de biodiversité. Afin de maximiser leur efficacité, l’amélioration de la connectivité fonctionnelle entre elles est requise. Les changements climatiques perturbent actuellement les conditions environnementales de façon globale. C’est une menace pour la biodiversité qui n’a pas souvent été intégrée lors de la mise en place des aires protégées, jusqu’à récemment. Le mouvement des espèces, et donc la connectivité fonctionnelle du paysage, est impacté par les changements climatiques et des études ont montré qu’améliorer la connectivité fonctionnelle entre les aires protégées aiderait les espèces à faire face aux impacts des changements climatiques. Ma thèse présente une méthode pour concevoir des réseaux d’aires protégées tout en tenant compte des changements climatiques et de la connectivité fonctionnelle. Mon aire d’étude est la région de la Gaspésie au Québec (Canada). La population en voie de disparition de caribou de la Gaspésie-Atlantique (Rangifer tarandus caribou) a été utilisée comme espèce focale pour définir la connectivité fonctionnelle. Cette petite population subit un déclin continu dû à la prédation et la modification de son habitat, et les changements climatiques pourraient devenir une menace supplémentaire. J’ai d’abord construit un modèle individu-centré spatialement explicite pour expliquer et simuler le mouvement du caribou. J’ai utilisé les données VHF éparses de la population de caribou et une stratégie de modélisation patron-orienté pour paramétrer et sélectionner la meilleure hypothèse de mouvement. Mon meilleur modèle a reproduit la plupart des patrons de mouvement définis avec les données observées. Ce modèle fournit une meilleure compréhension des moteurs du mouvement du caribou de la Gaspésie-Atlantique, ainsi qu’une estimation spatiale de son utilisation du paysage dans la région. J’ai conclu que les données éparses étaient suffisantes pour ajuster un modèle individu-centré lorsqu’utilisé avec une modélisation patron-orienté. Ensuite, j’ai estimé l’impact des changements climatiques et de différentes actions de conservation sur le potentiel de mouvement du caribou. J’ai utilisé le modèle individu-centré pour simuler le mouvement du caribou dans des paysages hypothétiques représentant différents scénarios de changements climatiques et d’actions de conservation. Les actions de conservation représentaient la mise en place de nouvelles aires protégées en Gaspésie, comme définies par le scénario proposé par le gouvernement du Québec, ainsi que la restauration de routes secondaires à l’intérieur des aires protégées. Les impacts des changements climatiques sur la végétation, comme définis dans mes scénarios, ont réduit le potentiel de mouvement du caribou. La restauration des routes était capable d’atténuer ces effets négatifs, contrairement à la mise en place des nouvelles aires protégées. Enfin, j’ai présenté une méthode pour concevoir des réseaux d’aires protégées efficaces et j’ai proposé des nouvelles aires protégées à mettre en place en Gaspésie afin de protéger la biodiversité sur le long terme. J’ai créé de nombreux scénarios de réseaux d’aires protégées en étendant le réseau actuel pour protéger 12% du territoire. J’ai calculé la représentativité écologique et deux mesures de connectivité fonctionnelle sur le long terme pour chaque réseau. Les mesures de connectivité fonctionnelle représentaient l’accès général aux aires protégées pour le caribou de la Gaspésie-Atlantique ainsi que son potentiel de mouvement à l’intérieur. J’ai utilisé les estimations de potentiel de mouvement pour la période de temps actuelle ainsi que pour le futur sous différents scénarios de changements climatiques pour représenter la connectivité fonctionnelle sur le long terme. Le réseau d’aires protégées que j’ai proposé était le scénario qui maximisait le compromis entre les trois caractéristiques de réseau calculées. Dans cette thèse, j’ai expliqué et prédit le mouvement du caribou de la Gaspésie-Atlantique sous différentes conditions environnementales, notamment des paysages impactés par les changements climatiques. Ces résultats m’ont aidée à définir un réseau d’aires protégées à mettre en place en Gaspésie pour protéger le caribou au cours du temps. Je crois que cette thèse apporte de nouvelles connaissances sur le comportement de mouvement du caribou de la Gaspésie-Atlantique, ainsi que sur les actions de conservation qui peuvent être prises en Gaspésie afin d’améliorer la protection du caribou et de celle d’autres espèces. Je crois que la méthode présentée peut être applicable à d’autres écosystèmes aux caractéristiques et besoins similaires.

Spike-timing dependent plasticity and connectivity in primate sensorimotor cortex

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Approximation Algorithms for Network Design and Orienteering

This thesis presents approximation algorithms for some NP-Hard combinatorial optimization problems on graphs and networks; in particular, we study problems related to Network Design. Under the widely-believed complexity-theoretic assumption that P is not equal to NP, there are no efficient (i.e., polynomial-time) algorithms that solve these problems exactly. Hence, if one desires efficient algorithms for such problems, it is necessary to consider approximate solutions: An approximation algorithm for an NP-Hard problem is a polynomial time algorithm which, for any instance of the problem, finds a solution whose value is guaranteed to be within a multiplicative factor of the value of an optimal solution to that instance. We attempt to design algorithms for which this factor, referred to as the approximation ratio of the algorithm, is as small as possible. The field of Network Design comprises a large class of problems that deal with constructing networks of low cost and/or high capacity, routing data through existing networks, and many related issues. In this thesis, we focus chiefly on designing fault-tolerant networks. Two vertices u,v in a network are said to be k-edge-connected if deleting any set of k − 1 edges leaves u and v connected; similarly, they are k-vertex connected if deleting any set of k − 1 other vertices or edges leaves u and v connected. We focus on building networks that are highly connected, meaning that even if a small number of edges and nodes fail, the remaining nodes will still be able to communicate. A brief description of some of our results is given below. We study the problem of building 2-vertex-connected networks that are large and have low cost. Given an n-node graph with costs on its edges and any integer k, we give an O(log n log k) approximation for the problem of finding a minimum-cost 2-vertex-connected subgraph containing at least k nodes. We also give an algorithm of similar approximation ratio for maximizing the number of nodes in a 2-vertex-connected subgraph subject to a budget constraint on the total cost of its edges. Our algorithms are based on a pruning process that, given a 2-vertex-connected graph, finds a 2-vertex-connected subgraph of any desired size and of density comparable to the input graph, where the density of a graph is the ratio of its cost to the number of vertices it contains. This pruning algorithm is simple and efficient, and is likely to find additional applications. Recent breakthroughs on vertex-connectivity have made use of algorithms for element-connectivity problems. We develop an algorithm that, given a graph with some vertices marked as terminals, significantly simplifies the graph while preserving the pairwise element-connectivity of all terminals; in fact, the resulting graph is bipartite. We believe that our simplification/reduction algorithm will be a useful tool in many settings. We illustrate its applicability by giving algorithms to find many trees that each span a given terminal set, while being disjoint on edges and non-terminal vertices; such problems have applications in VLSI design and other areas. We also use this reduction algorithm to analyze simple algorithms for single-sink network design problems with high vertex-connectivity requirements; we give an O(k log n)-approximation for the problem of k-connecting a given set of terminals to a common sink. We study similar problems in which different types of links, of varying capacities and costs, can be used to connect nodes; assuming there are economies of scale, we give algorithms to construct low-cost networks with sufficient capacity or bandwidth to simultaneously support flow from each terminal to the common sink along many vertex-disjoint paths. We further investigate capacitated network design, where edges may have arbitrary costs and capacities. Given a connectivity requirement R_uv for each pair of vertices u,v, the goal is to find a low-cost network which, for each uv, can support a flow of R_uv units of traffic between u and v. We study several special cases of this problem, giving both algorithmic and hardness results. In addition to Network Design, we consider certain Traveling Salesperson-like problems, where the goal is to find short walks that visit many distinct vertices. We give a (2 + epsilon)-approximation for Orienteering in undirected graphs, achieving the best known approximation ratio, and the first approximation algorithm for Orienteering in directed graphs. We also give improved algorithms for Orienteering with time windows, in which vertices must be visited between specified release times and deadlines, and other related problems. These problems are motivated by applications in the fields of vehicle routing, delivery and transportation of goods, and robot path planning.

Structural brain connectivity and cognitive ability differences: A multivariate distance matrix regression analysis

Neuroimaging research involves analyses of huge amounts of biological data that might or might not be related with cognition. This relationship is usually approached using univariate methods, and, therefore, correction methods are mandatory for reducing false positives. Nevertheless, the probability of false negatives is also increased. Multivariate frameworks have been proposed for helping to alleviate this balance. Here we apply multivariate distance matrix regression for the simultaneous analysis of biological and cognitive data, namely, structural connections among 82 brain regions and several latent factors estimating cognitive performance. We tested whether cognitive differences predict distances among individuals regarding their connectivity pattern. Beginning with 3,321 connections among regions, the 36 edges better predicted by the individuals' cognitive scores were selected. Cognitive scores were related to connectivity distances in both the full (3,321) and reduced (36) connectivity patterns. The selected edges connect regions distributed across the entire brain and the network defined by these edges supports high-order cognitive processes such as (a) (fluid) executive control, (b) (crystallized) recognition, learning, and language processing, and (c) visuospatial processing. This multivariate study suggests that one widespread, but limited number, of regions in the human brain, supports high-level cognitive ability differences. Hum Brain Mapp, 2016. © 2016 Wiley Periodicals, Inc.

Assessing landscape functional connectivity in a forest carnivore using path selection functions

Context Understanding connectivity patterns in relation to habitat fragmentation is essential to landscape management. However, connectivity is often judged from expert opinion or species occurrence patterns, with very few studies considering the actual movements of individuals. Path selection functions provide a promising tool to infer functional connectivity from animal movement data, but its practical application remains scanty. Objectives We aimed to describe functional connectivity patterns in a forest carnivore using path-level analysis, and to explore how connectivity is affected by land cover patterns and road networks. Methods We radiotracked 22 common genets in a mixed forest-agricultural landscape of southern Portugal. We developed path selection functions discriminating between observed and random paths in relation to landscape variables. These functions were used together with land cover information to map conductance surfaces. Results Genets moved preferentially within forest patches and close to riparian habitats. Functional connectivity declined with increasing road density, but increased with the proximity of culverts, viaducts and bridges. Functional connectivity was favoured by large forest patches, and by the presence of riparian areas providing corridors within open agricultural land. Roads reduced connectivity by dissecting forest patches, but had less effect on riparian corridors due to the presence of crossing structures. Conclusions Genet movements were jointly affected by the spatial distribution of suitable habitats, and the presence of a road network dissecting such habitats and creating obstacles in areas otherwise permeable to animal movement. Overall, the study showed the value of path-level analysis to assess functional connectivity patterns in human-modified landscapes.