Domain/Multi-Domain Protection and Provisioning in Optical Networks

L’évolution récente des commutateurs de sélection de longueurs d’onde (WSS -Wavelength Selective Switch) favorise le développement du multiplexeur optique d’insertionextraction reconfigurable (ROADM - Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers) à plusieurs degrés sans orientation ni coloration, considéré comme un équipement fort prometteur pour les réseaux maillés du futur relativement au multiplexage en longueur d’onde (WDM -Wavelength Division Multiplexing ). Cependant, leur propriété de commutation asymétrique complique la question de l’acheminement et de l’attribution des longueur d’ondes (RWA - Routing andWavelength Assignment). Or la plupart des algorithmes de RWA existants ne tiennent pas compte de cette propriété d’asymétrie. L’interruption des services causée par des défauts d’équipements sur les chemins optiques (résultat provenant de la résolution du problème RWA) a pour conséquence la perte d’une grande quantité de données. Les recherches deviennent ainsi incontournables afin d’assurer la survie fonctionnelle des réseaux optiques, à savoir, le maintien des services, en particulier en cas de pannes d’équipement. La plupart des publications antérieures portaient particulièrement sur l’utilisation d’un système de protection permettant de garantir le reroutage du trafic en cas d’un défaut d’un lien. Cependant, la conception de la protection contre le défaut d’un lien ne s’avère pas toujours suffisante en termes de survie des réseaux WDM à partir de nombreux cas des autres types de pannes devenant courant de nos jours, tels que les bris d’équipements, les pannes de deux ou trois liens, etc. En outre, il y a des défis considérables pour protéger les grands réseaux optiques multidomaines composés de réseaux associés à un domaine simple, interconnectés par des liens interdomaines, où les détails topologiques internes d’un domaine ne sont généralement pas partagés à l’extérieur. La présente thèse a pour objectif de proposer des modèles d’optimisation de grande taille et des solutions aux problèmes mentionnés ci-dessus. Ces modèles-ci permettent de générer des solutions optimales ou quasi-optimales avec des écarts d’optimalité mathématiquement prouvée. Pour ce faire, nous avons recours à la technique de génération de colonnes afin de résoudre les problèmes inhérents à la programmation linéaire de grande envergure. Concernant la question de l’approvisionnement dans les réseaux optiques, nous proposons un nouveau modèle de programmation linéaire en nombres entiers (ILP - Integer Linear Programming) au problème RWA afin de maximiser le nombre de requêtes acceptées (GoS - Grade of Service). Le modèle résultant constitue celui de l’optimisation d’un ILP de grande taille, ce qui permet d’obtenir la solution exacte des instances RWA assez grandes, en supposant que tous les noeuds soient asymétriques et accompagnés d’une matrice de connectivité de commutation donnée. Ensuite, nous modifions le modèle et proposons une solution au problème RWA afin de trouver la meilleure matrice de commutation pour un nombre donné de ports et de connexions de commutation, tout en satisfaisant/maximisant la qualité d’écoulement du trafic GoS. Relativement à la protection des réseaux d’un domaine simple, nous proposons des solutions favorisant la protection contre les pannes multiples. En effet, nous développons la protection d’un réseau d’un domaine simple contre des pannes multiples, en utilisant les p-cycles de protection avec un chemin indépendant des pannes (FIPP - Failure Independent Path Protecting) et de la protection avec un chemin dépendant des pannes (FDPP - Failure Dependent Path-Protecting). Nous proposons ensuite une nouvelle formulation en termes de modèles de flots pour les p-cycles FDPP soumis à des pannes multiples. Le nouveau modèle soulève un problème de taille, qui a un nombre exponentiel de contraintes en raison de certaines contraintes d’élimination de sous-tour. Par conséquent, afin de résoudre efficacement ce problème, on examine : (i) une décomposition hiérarchique du problème auxiliaire dans le modèle de décomposition, (ii) des heuristiques pour gérer efficacement le grand nombre de contraintes. À propos de la protection dans les réseaux multidomaines, nous proposons des systèmes de protection contre les pannes d’un lien. Tout d’abord, un modèle d’optimisation est proposé pour un système de protection centralisée, en supposant que la gestion du réseau soit au courant de tous les détails des topologies physiques des domaines. Nous proposons ensuite un modèle distribué de l’optimisation de la protection dans les réseaux optiques multidomaines, une formulation beaucoup plus réaliste car elle est basée sur l’hypothèse d’une gestion de réseau distribué. Ensuite, nous ajoutons une bande pasiv sante partagée afin de réduire le coût de la protection. Plus précisément, la bande passante de chaque lien intra-domaine est partagée entre les p-cycles FIPP et les p-cycles dans une première étude, puis entre les chemins pour lien/chemin de protection dans une deuxième étude. Enfin, nous recommandons des stratégies parallèles aux solutions de grands réseaux optiques multidomaines. Les résultats de l’étude permettent d’élaborer une conception efficace d’un système de protection pour un très large réseau multidomaine (45 domaines), le plus large examiné dans la littérature, avec un système à la fois centralisé et distribué.

Dynamic Facility Location with Modular Capacities : Models, Algorithms and Applications in Forestry

Les décisions de localisation sont souvent soumises à des aspects dynamiques comme des changements dans la demande des clients. Pour y répondre, la solution consiste à considérer une flexibilité accrue concernant l’emplacement et la capacité des installations. Même lorsque la demande est prévisible, trouver le planning optimal pour le déploiement et l'ajustement dynamique des capacités reste un défi. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur des problèmes de localisation avec périodes multiples, et permettant l'ajustement dynamique des capacités, en particulier ceux avec des structures de coûts complexes. Nous étudions ces problèmes sous différents points de vue de recherche opérationnelle, en présentant et en comparant plusieurs modèles de programmation linéaire en nombres entiers (PLNE), l'évaluation de leur utilisation dans la pratique et en développant des algorithmes de résolution efficaces. Cette thèse est divisée en quatre parties. Tout d’abord, nous présentons le contexte industriel à l’origine de nos travaux: une compagnie forestière qui a besoin de localiser des campements pour accueillir les travailleurs forestiers. Nous présentons un modèle PLNE permettant la construction de nouveaux campements, l’extension, le déplacement et la fermeture temporaire partielle des campements existants. Ce modèle utilise des contraintes de capacité particulières, ainsi qu’une structure de coût à économie d’échelle sur plusieurs niveaux. L'utilité du modèle est évaluée par deux études de cas. La deuxième partie introduit le problème dynamique de localisation avec des capacités modulaires généralisées. Le modèle généralise plusieurs problèmes dynamiques de localisation et fournit de meilleures bornes de la relaxation linéaire que leurs formulations spécialisées. Le modèle peut résoudre des problèmes de localisation où les coûts pour les changements de capacité sont définis pour toutes les paires de niveaux de capacité, comme c'est le cas dans le problème industriel mentionnée ci-dessus. Il est appliqué à trois cas particuliers: l'expansion et la réduction des capacités, la fermeture temporaire des installations, et la combinaison des deux. Nous démontrons des relations de dominance entre notre formulation et les modèles existants pour les cas particuliers. Des expériences de calcul sur un grand nombre d’instances générées aléatoirement jusqu’à 100 installations et 1000 clients, montrent que notre modèle peut obtenir des solutions optimales plus rapidement que les formulations spécialisées existantes. Compte tenu de la complexité des modèles précédents pour les grandes instances, la troisième partie de la thèse propose des heuristiques lagrangiennes. Basées sur les méthodes du sous-gradient et des faisceaux, elles trouvent des solutions de bonne qualité même pour les instances de grande taille comportant jusqu’à 250 installations et 1000 clients. Nous améliorons ensuite la qualité de la solution obtenue en résolvent un modèle PLNE restreint qui tire parti des informations recueillies lors de la résolution du dual lagrangien. Les résultats des calculs montrent que les heuristiques donnent rapidement des solutions de bonne qualité, même pour les instances où les solveurs génériques ne trouvent pas de solutions réalisables. Finalement, nous adaptons les heuristiques précédentes pour résoudre le problème industriel. Deux relaxations différentes sont proposées et comparées. Des extensions des concepts précédents sont présentées afin d'assurer une résolution fiable en un temps raisonnable.

A Mono- and Multi-objective Approach for Recommending Software Refactoring

Les systèmes logiciels sont devenus de plus en plus répondus et importants dans notre société. Ainsi, il y a un besoin constant de logiciels de haute qualité. Pour améliorer la qualité de logiciels, l’une des techniques les plus utilisées est le refactoring qui sert à améliorer la structure d'un programme tout en préservant son comportement externe. Le refactoring promet, s'il est appliqué convenablement, à améliorer la compréhensibilité, la maintenabilité et l'extensibilité du logiciel tout en améliorant la productivité des programmeurs. En général, le refactoring pourra s’appliquer au niveau de spécification, conception ou code. Cette thèse porte sur l'automatisation de processus de recommandation de refactoring, au niveau code, s’appliquant en deux étapes principales: 1) la détection des fragments de code qui devraient être améliorés (e.g., les défauts de conception), et 2) l'identification des solutions de refactoring à appliquer. Pour la première étape, nous traduisons des régularités qui peuvent être trouvés dans des exemples de défauts de conception. Nous utilisons un algorithme génétique pour générer automatiquement des règles de détection à partir des exemples de défauts. Pour la deuxième étape, nous introduisons une approche se basant sur une recherche heuristique. Le processus consiste à trouver la séquence optimale d'opérations de refactoring permettant d'améliorer la qualité du logiciel en minimisant le nombre de défauts tout en priorisant les instances les plus critiques. De plus, nous explorons d'autres objectifs à optimiser: le nombre de changements requis pour appliquer la solution de refactoring, la préservation de la sémantique, et la consistance avec l’historique de changements. Ainsi, réduire le nombre de changements permets de garder autant que possible avec la conception initiale. La préservation de la sémantique assure que le programme restructuré est sémantiquement cohérent. De plus, nous utilisons l'historique de changement pour suggérer de nouveaux refactorings dans des contextes similaires. En outre, nous introduisons une approche multi-objective pour améliorer les attributs de qualité du logiciel (la flexibilité, la maintenabilité, etc.), fixer les « mauvaises » pratiques de conception (défauts de conception), tout en introduisant les « bonnes » pratiques de conception (patrons de conception).

Analysis of some Stochastic models in inventories and Queues

The thesis entitled Analysis of Some Stochastic Models in Inventories and Queues. This thesis is devoted to the study of some stochastic models in Inventories and Queues which are physically realizable, though complex. It contains a detailed analysis of the basic stochastic processes underlying these models. In this thesis, (s,S) inventory systems with nonidentically distributed interarrival demand times and random lead times, state dependent demands, varying ordering levels and perishable commodities with exponential life times have been studied. The queueing system of the type Ek/Ga,b/l with server vacations, service systems with single and batch services, queueing system with phase type arrival and service processes and finite capacity M/G/l queue when server going for vacation after serving a random number of customers are also analysed. The analogy between the queueing systems and inventory systems could be exploited in solving certain models. In vacation models, one important result is the stochastic decomposition property of the system size or waiting time. One can think of extending this to the transient case. In inventory theory, one can extend the present study to the case of multi-item, multi-echelon problems. The study of perishable inventory problem when the commodities have a general life time distribution would be a quite interesting problem. The analogy between the queueing systems and inventory systems could be exploited in solving certain models.

Pi: A Parallel Architecture Interface for Multi-Model Execution

This thesis defines Pi, a parallel architecture interface that separates model and machine issues, allowing them to be addressed independently. This provides greater flexibility for both the model and machine builder. Pi addresses a set of common parallel model requirements including low latency communication, fast task switching, low cost synchronization, efficient storage management, the ability to exploit locality, and efficient support for sequential code. Since Pi provides generic parallel operations, it can efficiently support many parallel programming models including hybrids of existing models. Pi also forms a basis of comparison for architectural components.

La sabiduría como competencia gerencial

Aunque el concepto de sabiduría ha sido ampliamente estudiado por expertos de áreas como la filosofía, la religión y la psicología, aún enfrenta limitaciones en cuanto a su definición y evaluación. Por esto, el presente trabajo tiene como objetivo, formular una definición del concepto de sabiduría que permita realizar una propuesta de evaluación del concepto como competencia en los gerentes. Para esto, se realizó un análisis documental de tipo cualitativo. De esta manera, se analizaron diversos textos sobre la historia, las definiciones y las metodologías para evaluar tanto la sabiduría como las competencias; diferenciando la sabiduría de otros constructos y analizando la diferencia entre las competencias generales y las gerenciales para posteriormente, definir la sabiduría como una competencia gerencial. Como resultado de este análisis se generó un prototipo de prueba denominado SAPIENS-O, a través del cuál se busca evaluar la sabiduría como competencia gerencial. Como alcances del instrumento se pueden identificar la posibilidad de medir la sabiduría como competencia en los gerentes, la posibilidad de dar un nuevo panorama a las dificultades teóricas y empíricas sobre la sabiduría y la posibilidad de facilitar el estudio de la sabiduría en ambientes reales, más específicamente en ambientes organizacionales.

Simplification, approximation and deformation of large models

The high level of realism and interaction in many computer graphic applications requires techniques for processing complex geometric models. First, we present a method that provides an accurate low-resolution approximation from a multi-chart textured model that guarantees geometric fidelity and correct preservation of the appearance attributes. Then, we introduce a mesh structure called Compact Model that approximates dense triangular meshes while preserving sharp features, allowing adaptive reconstructions and supporting textured models. Next, we design a new space deformation technique called *Cages based on a multi-level system of cages that preserves the smoothness of the mesh between neighbouring cages and is extremely versatile, allowing the use of heterogeneous sets of coordinates and different levels of deformation. Finally, we propose a hybrid method that allows to apply any deformation technique on large models obtaining high quality results with a reduced memory footprint and a high performance.

Predicting Argentine ant invasion across spatial scales via ecological niche models

La formiga argentina (Linepithema humile) es troba entre les espècies més invasores: originària d'Amèrica del Sud, actualment ha envaït nombroses àrees arreu del món. Aquesta tesi doctoral intenta fer una primera anàlisi integrada i multiescalar de la distribució de la formiga argentina mitjançant l'ús de models de nínxol ecològic. D'acord amb els resultats obtinguts, es preveu que la formiga argentina assoleixi una distribució més àmplia que l'actual. Les prediccions obtingudes a partir dels models concorden amb la distribució actualment coneguda i, a més, indiquen àrees a prop de la costa i dels rius principals com a altament favorables per a l'espècie. Aquests resultats corroboren la idea que la formiga argentina no es troba actualment en equilibri amb el medi. D'altra banda, amb el canvi climàtic, s'espera que la distribució de la formiga argentina s'estengui cap a latituds més elevades en ambdós hemisferis, i sofreixi una retracció en els tròpics a escales globals.

Methodology to obtain the user's Human Values Scale from Smart User Models

En años recientes,la Inteligencia Artificial ha contribuido a resolver problemas encontrados en el desempeño de las tareas de unidades informáticas, tanto si las computadoras están distribuidas para interactuar entre ellas o en cualquier entorno (Inteligencia Artificial Distribuida). Las Tecnologías de la Información permiten la creación de soluciones novedosas para problemas específicos mediante la aplicación de los hallazgos en diversas áreas de investigación. Nuestro trabajo está dirigido a la creación de modelos de usuario mediante un enfoque multidisciplinario en los cuales se emplean los principios de la psicología, inteligencia artificial distribuida, y el aprendizaje automático para crear modelos de usuario en entornos abiertos; uno de estos es la Inteligencia Ambiental basada en Modelos de Usuario con funciones de aprendizaje incremental y distribuido (conocidos como Smart User Model). Basándonos en estos modelos de usuario, dirigimos esta investigación a la adquisición de características del usuario importantes y que determinan la escala de valores dominantes de este en aquellos temas en los cuales está más interesado, desarrollando una metodología para obtener la Escala de Valores Humanos del usuario con respecto a sus características objetivas, subjetivas y emocionales (particularmente en Sistemas de Recomendación).Una de las áreas que ha sido poco investigada es la inclusión de la escala de valores humanos en los sistemas de información. Un Sistema de Recomendación, Modelo de usuario o Sistemas de Información, solo toman en cuenta las preferencias y emociones del usuario [Velásquez, 1996, 1997; Goldspink, 2000; Conte and Paolucci, 2001; Urban and Schmidt, 2001; Dal Forno and Merlone, 2001, 2002; Berkovsky et al., 2007c]. Por lo tanto, el principal enfoque de nuestra investigación está basado en la creación de una metodología que permita la generación de una escala de valores humanos para el usuario desde el modelo de usuario. Presentamos resultados obtenidos de un estudio de casos utilizando las características objetivas, subjetivas y emocionales en las áreas de servicios bancarios y de restaurantes donde la metodología propuesta en esta investigación fue puesta a prueba.En esta tesis, las principales contribuciones son: El desarrollo de una metodología que, dado un modelo de usuario con atributos objetivos, subjetivos y emocionales, se obtenga la Escala de Valores Humanos del usuario. La metodología propuesta está basada en el uso de aplicaciones ya existentes, donde todas las conexiones entre usuarios, agentes y dominios que se caracterizan por estas particularidades y atributos; por lo tanto, no se requiere de un esfuerzo extra por parte del usuario.

Development of multi-electrode array screening for anticonvulsants in acute rat brain slices

The acute hippocampal brain slice preparation is an important in vitro screening tool for potential anticonvulsants. Application of 4-aminopyridine (4-AP) or removal of external Mg2+ ions induces epileptiform bursting in slices which is analogous to electrical brain activity seen in status epilepticus states. We have developed these epileptiform models for use with multi-electrode arrays (MEAs), allowing recording across the hippocampal slice surface from 59 points. We present validation of this novel approach and analyses using two anticonvulsants, felbamate and phenobarbital, the effects of which have already been assessed in these models using conventional extracellular recordings. In addition to assessing drug effects on commonly described parameters (duration, amplitude and frequency), we describe novel methods using the MEA to assess burst propagation speeds and the underlying frequencies that contribute to the epileptiform activity seen. Contour plots are also used as a method of illustrating burst activity. Finally, we describe hitherto unreported properties of epileptiform bursting induced by 100M4-AP or removal of external Mg2+ ions. Specifically, we observed decreases over time in burst amplitude and increase over time in burst frequency in the absence of additional pharmacological interventions. These MEA methods enhance the depth, quality and range of data that can be derived from the hippocampal slice preparation compared to conventional extracellular recordings. It may also uncover additional modes of action that contribute to anti-epileptiform drug effects

Development and illustrative outputs of the Community Integrated Assessment System (CIAS), a multi-institutional modular integrated assessment approach for modelling climate change.

This paper describes the development and first results of the “Community Integrated Assessment System” (CIAS), a unique multi-institutional modular and flexible integrated assessment system for modelling climate change. Key to this development is the supporting software infrastructure, SoftIAM. Through it, CIAS is distributed between the community of institutions which has each contributed modules to the CIAS system. At the heart of SoftIAM is the Bespoke Framework Generator (BFG) which enables flexibility in the assembly and composition of individual modules from a pool to form coupled models within CIAS, and flexibility in their deployment onto the available software and hardware resources. Such flexibility greatly enhances modellers’ ability to re-configure the CIAS coupled models to answer different questions, thus tracking evolving policy needs. It also allows rigorous testing of the robustness of IA modelling results to the use of different component modules representing the same processes (for example, the economy). Such processes are often modelled in very different ways, using different paradigms, at the participating institutions. An illustrative application to the study of the relationship between the economy and the earth’s climate system is provided.

How well do high resolution models reproduce tropical convection?

Cascade is a multi-institution project studying the temporal and spatial organization of tropical convective systems. While cloud resolving numerical models can reproduce the observed diurnal cycle of such systems they are sensitive to the chosen resolution. As part of this effort, we are comparing results from the Met. Office Unified Model to data from the Global Earth Radiation Budget satellite instrument over the African Monsoon Interdisciplinary Analyses region of North Africa. We use a variety of mathematical techniques to study the outgoing radiation and the evolution of properties such as the cloud size distribution. The effectiveness of various model resolutions is tested with a view to determining the optimum balance between resolution and the need to reproduce the observations.

A multi-scale framework for strategic management of diffuse pollution

A multi-scale framework for decision support is presented that uses a combination of experiments, models, communication, education and decision support tools to arrive at a realistic strategy to minimise diffuse pollution. Effective partnerships between researchers and stakeholders play a key part in successful implementation of this strategy. The Decision Support Matrix (DSM) is introduced as a set of visualisations that can be used at all scales, both to inform decision making and as a communication tool in stakeholder workshops. A demonstration farm is presented and one of its fields is taken as a case study. Hydrological and nutrient flow path models are used for event based simulation (TOPCAT), catchment scale modelling (INCA) and field scale flow visualisation (TopManage). One of the DSMs; The Phosphorus Export Risk Matrix (PERM) is discussed in detail. The PERM was developed iteratively as a point of discussion in stakeholder workshops, as a decision support and education tool. The resulting interactive PERM contains a set of questions and proposed remediation measures that reflect both expert and local knowledge. Education and visualisation tools such as GIS, risk indicators, TopManage and the PERM are found to be invaluable in communicating improved farming practice to stakeholders. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Estimating surface net solar radiation by use of Landsat-5 TM and digital elevation models

The ground surface net solar radiation is the energy that drives physical and chemical processes at the ground surface. In this paper, multi-spectral data from the Landsat-5 TM, topographic data from a gridded digital elevation model, field measurements, and the atmosphere model LOWTRAN 7 are used to estimate surface net solar radiation over the FIFE site. Firstly an improved method is presented and used for calculating total surface incoming radiation. Then, surface albedo is integrated from surface reflectance factors derived from remotely sensed data from Landsat-5 TM. Finally, surface net solar radiation is calculated by subtracting surface upwelling radiation from the total surface incoming radiation.

North Atlantic Oscillation response to transient greenhouse gas forcing and the impact on European winter climate: a CMIP2 multi-model assessment

This study investigates the response of wintertime North Atlantic Oscillation (NAO) to increasing concentrations of atmospheric carbon dioxide (CO2) as simulated by 18 global coupled general circulation models that participated in phase 2 of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP2). NAO has been assessed in control and transient 80-year simulations produced by each model under constant forcing, and 1% per year increasing concentrations of CO2, respectively. Although generally able to simulate the main features of NAO, the majority of models overestimate the observed mean wintertime NAO index of 8 hPa by 5-10 hPa. Furthermore, none of the models, in either the control or perturbed simulations, are able to reproduce decadal trends as strong as that seen in the observed NAO index from 1970-1995. Of the 15 models able to simulate the NAO pressure dipole, 13 predict a positive increase in NAO with increasing CO2 concentrations. The magnitude of the response is generally small and highly model-dependent, which leads to large uncertainty in multi-model estimates such as the median estimate of 0.0061 +/- 0.0036 hPa per %CO2. Although an increase of 0.61 hPa in NAO for a doubling in CO2 represents only a relatively small shift of 0.18 standard deviations in the probability distribution of winter mean NAO, this can cause large relative increases in the probabilities of extreme values of NAO associated with damaging impacts. Despite the large differences in NAO responses, the models robustly predict similar statistically significant changes in winter mean temperature (warmer over most of Europe) and precipitation (an increase over Northern Europe). Although these changes present a pattern similar to that expected due to an increase in the NAO index, linear regression is used to show that the response is much greater than can be attributed to small increases in NAO. NAO trends are not the key contributor to model-predicted climate change in wintertime mean temperature and precipitation over Europe and the Mediterranean region. However, the models' inability to capture the observed decadal variability in NAO might also signify a major deficiency in their ability to simulate the NAO-related responses to climate change.