Optimization and Machine Learning Frameworks for Complex Network Analysis

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

Carrier Selection for Multi-commodity Flow Optimization in Cooperative Environments

Part 18: Optimization in Collaborative Networks

Atribuição e encaminhamento de comprimento de onda em redes IP sobre WDM energeticamente eficiente

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrónica e Telecomunicações

Estudo da importância do transporte ferroviário de mercadorias no Eixo Leixões- Salamanca

A evolução dos transportes de mercadorias, em Portugal e na União Europeia, assume uma enorme repercussão na economia global, de modo que a combinação dos vários modos de transporte, com vista à obtenção de ganhos ao nível da eficiência, adquire extrema importância. Os programas europeus de apoio aos transportes, enquadrados na rede transeuropeia de transportes e plataformas logísticas, também contribuem para a otimização do transporte de mercadorias. A importância do transporte ferroviário de mercadorias no eixo Leixões- Salamanca, nomeadamente para as empresas exportadoras e importadoras da região norte e centro, que utilizam meios alternativos ao ferroviário, constitui o principal objetivo desta dissertação. A revisão bibliográfica inclui uma abordagem aos transportes de mercadorias em geral e de forma mais aprofundada aos modos ferroviário e rodoviário na península ibérica, passando pela logística, bem como pela integração de modos: intermodalidade e multimodalidade na rede europeia de transportes e ainda a referência aos portos secos e às plataformas logísticas. Isto permite caraterizar as diferentes empresas operadoras do setor dos transportes de mercadorias e os produtos transacionados, assim como enumerar vantagens e/ou desvantagens do meio de transporte ferroviário face a outros meios, mais concretamente no eixo alvo deste estudo. A metodologia utilizada consiste na análise de informação proveniente de fontes secundárias havendo lugar a uma referência mais detalhada sobre as plataformas logísticas de Leixões e Salamanca, o eixo E-80, o corredor ferroviário nº4 e os programas europeus promotores da eficiência no transporte ferroviário de mercadorias: Marathon, Ferremed e Marco Polo. Para a recolha de informação primária o instrumento adotado foi a entrevista semiestruturada, efetuada a dois representantes da empresa CP-Carga e a um representante da empresa KLog, ambas as empresas ligadas ao setor dos transportes e logística. A análise e tratamento de toda a informação recolhida possibilitam, desde logo, evidenciar as potencialidades do eixo Leixões-Salamanca no que se refere ao transporte ferroviário de mercadorias, delinear recomendações para a sua otimização, bem como efetuar uma análise SWOT. As considerações finais revelam que é imperativo adotar medidas, de forma integrada, para que o seu efeito na potenciação do transporte ferroviário de mercadorias, não só no eixo Leixões-Salamanca, mas também a nível europeu, se afirme como uma verdadeira alternativa a outros modos, particularmente ao domínio rodoviário.

CAC controlled services sharing a link with connectionless data services in an ATM network: a performance evaluation study

In the B-ISDN there is a provision for four classes of services, all of them supported by a single transport network (the ATM network). Three of these services, the connected oriented (CO) ones, permit connection access control (CAC) but the fourth, the connectionless oriented (CLO) one, does not. Therefore, when CLO service and CO services have to share the same ATM link, a conflict may arise. This is because a bandwidth allocation to obtain maximum statistical gain can damage the contracted ATM quality of service (QOS); and vice versa, in order to guarantee the contracted QOS, the statistical gain have to be sacrificed. The paper presents a performance evaluation study of the influence of the CLO service on a CO service (a circuit emulation service or a variable bit-rate service) when sharing the same link

Optimization of snowmaking in high mountains ski resort

Ski resorts are deploying more and more systems of artificial snow. These tools are necessary to ensure an important economic activity for the high alpine valleys. However, artificial snow raises important environmental issues that can be reduced by an optimization of its production. This paper presents a software prototype based on artificial intelligence to help ski resorts better manage their snowpack. It combines on one hand a General Neural Network for the analysis of the snow cover and the spatial prediction, with on the other hand a multiagent simulation of skiers for the analysis of the spatial impact of ski practice. The prototype has been tested on the ski resort of Verbier (Switzerland).

Planification et dimensionnement des réseaux optiques de longues distances

Le projet de recherche porte sur l'étude des problèmes de conception et de planification d'un réseau optique de longue distance, aussi appelé réseau de coeur (OWAN-Optical Wide Area Network en anglais). Il s'agit d'un réseau qui transporte des flots agrégés en mode commutation de circuits. Un réseau OWAN relie différents sites à l'aide de fibres optiques connectées par des commutateurs/routeurs optiques et/ou électriques. Un réseau OWAN est maillé à l'échelle d'un pays ou d’un continent et permet le transit des données à très haut débit. Dans une première partie du projet de thèse, nous nous intéressons au problème de conception de réseaux optiques agiles. Le problème d'agilité est motivé par la croissance de la demande en bande passante et par la nature dynamique du trafic. Les équipements déployés par les opérateurs de réseaux doivent disposer d'outils de configuration plus performants et plus flexibles pour gérer au mieux la complexité des connexions entre les clients et tenir compte de la nature évolutive du trafic. Souvent, le problème de conception d'un réseau consiste à prévoir la bande passante nécessaire pour écouler un trafic donné. Ici, nous cherchons en plus à choisir la meilleure configuration nodale ayant un niveau d'agilité capable de garantir une affectation optimale des ressources du réseau. Nous étudierons également deux autres types de problèmes auxquels un opérateur de réseau est confronté. Le premier problème est l'affectation de ressources du réseau. Une fois que l'architecture du réseau en termes d'équipements est choisie, la question qui reste est de savoir : comment dimensionner et optimiser cette architecture pour qu'elle rencontre le meilleur niveau possible d'agilité pour satisfaire toute la demande. La définition de la topologie de routage est un problème d'optimisation complexe. Elle consiste à définir un ensemble de chemins optiques logiques, choisir les routes physiques suivies par ces derniers, ainsi que les longueurs d'onde qu'ils utilisent, de manière à optimiser la qualité de la solution obtenue par rapport à un ensemble de métriques pour mesurer la performance du réseau. De plus, nous devons définir la meilleure stratégie de dimensionnement du réseau de façon à ce qu'elle soit adaptée à la nature dynamique du trafic. Le second problème est celui d'optimiser les coûts d'investissement en capital(CAPEX) et d'opération (OPEX) de l'architecture de transport proposée. Dans le cas du type d'architecture de dimensionnement considérée dans cette thèse, le CAPEX inclut les coûts de routage, d'installation et de mise en service de tous les équipements de type réseau installés aux extrémités des connexions et dans les noeuds intermédiaires. Les coûts d'opération OPEX correspondent à tous les frais liés à l'exploitation du réseau de transport. Étant donné la nature symétrique et le nombre exponentiel de variables dans la plupart des formulations mathématiques développées pour ces types de problèmes, nous avons particulièrement exploré des approches de résolution de type génération de colonnes et algorithme glouton qui s'adaptent bien à la résolution des grands problèmes d'optimisation. Une étude comparative de plusieurs stratégies d'allocation de ressources et d'algorithmes de résolution, sur différents jeux de données et de réseaux de transport de type OWAN démontre que le meilleur coût réseau est obtenu dans deux cas : une stratégie de dimensionnement anticipative combinée avec une méthode de résolution de type génération de colonnes dans les cas où nous autorisons/interdisons le dérangement des connexions déjà établies. Aussi, une bonne répartition de l'utilisation des ressources du réseau est observée avec les scénarios utilisant une stratégie de dimensionnement myope combinée à une approche d'allocation de ressources avec une résolution utilisant les techniques de génération de colonnes. Les résultats obtenus à l'issue de ces travaux ont également démontré que des gains considérables sont possibles pour les coûts d'investissement en capital et d'opération. En effet, une répartition intelligente et hétérogène de ressources d’un réseau sur l'ensemble des noeuds permet de réaliser une réduction substantielle des coûts du réseau par rapport à une solution d'allocation de ressources classique qui adopte une architecture homogène utilisant la même configuration nodale dans tous les noeuds. En effet, nous avons démontré qu'il est possible de réduire le nombre de commutateurs photoniques tout en satisfaisant la demande de trafic et en gardant le coût global d'allocation de ressources de réseau inchangé par rapport à l'architecture classique. Cela implique une réduction substantielle des coûts CAPEX et OPEX. Dans nos expériences de calcul, les résultats démontrent que la réduction de coûts peut atteindre jusqu'à 65% dans certaines jeux de données et de réseau.

CAC controlled services sharing a link with connectionless data services in an ATM network: a performance evaluation study

In the B-ISDN there is a provision for four classes of services, all of them supported by a single transport network (the ATM network). Three of these services, the connected oriented (CO) ones, permit connection access control (CAC) but the fourth, the connectionless oriented (CLO) one, does not. Therefore, when CLO service and CO services have to share the same ATM link, a conflict may arise. This is because a bandwidth allocation to obtain maximum statistical gain can damage the contracted ATM quality of service (QOS); and vice versa, in order to guarantee the contracted QOS, the statistical gain have to be sacrificed. The paper presents a performance evaluation study of the influence of the CLO service on a CO service (a circuit emulation service or a variable bit-rate service) when sharing the same link

Controlling regional monopolies in the natural gas industry: the role of transport capacity

This paper analyzes some optimal fiscal, pricing, and capacity investment policies for controlling regional monopoly power in the natural gas industry. By letting the set of control instruments available to the social planner vary, we provide a characterization of the technological and demand conditions under which “excess” capacity in the transport network arises in response to the loss of the two other control instruments, namely, transfers and pricing. Hence, the analysis yields some insights on an economy’s incentives to invest in infrastructures for the purpose of integrating geographically isolated markets.

Optimización del sistema de transporte en el colegio The English School

La optimización de sistemas y modelos se ha convertido en uno de los factores más importantes a la hora de buscar la mayor eficiencia de un proceso. Este concepto no es ajeno al transporte escolar, ambiente que cambia constantemente al ritmo de las necesidades de sus clientes, y que responde ante una fuerte responsabilidad frente a sus usuarios, los niños que hacen uso del servicio, en cuanto al cumplimiento de tiempos y seguridad, mientras busca constantemente la reducción de costos. Este proyecto expone las problemáticas presentadas en The English School en esta área y propone un modelo de optimización simple que permitirá notables mejoras en términos de tiempos y costos, de tal forma que genere beneficios para la institución en términos financieros y de satisfacción al cliente. Por medio de la implementación de este modelo será posible identificar errores comunes del proceso, se identificarán soluciones prácticas de fácil aplicación en el manejo del transporte y se presentarán los resultados obtenidos en la muestra utilizada para desarrollar el proyecto.

Pervasive multimedia guidance system for special needs passengers on public transport

[EN] This article presents a practical case of a pervasive multimedia guidance system for public transport passengers. In order to provide useful information to passengers, the system is capable of operating and adapting spontaneously to the different parts of a public transport network, using local data communication technologies. The multimedia data provided by the system are highly accessible, and adapt to the passengers' preferences, and are consequently suitable for special needs passengers. To this end, a paradigm of pervasive computing has been applied.

Economies of Transport Density and Industrial Agglomeration

This paper develops a model of a spatial economy in which interregional trade patterns and the structure of the transport network are determined endogenously as a result of the interaction between industrial location behavior and increasing returns in transportation, in particular, economies of transport density. The traditional models assume either the structure of the transport network or industrial location patterns, and hence, they are unable to explain the interdependence of the two. It is shown that economies of transport density can be the primary source of industrial localization.

Modeling impact assessment of transport policies through a multiregional input-output integrated approach

El objetivo de esta investigación es desarrollar una metodología para estimar los potenciales impactos económicos y de transporte generados por la aplicación de políticas en el sector transporte. Los departamentos de transporte y otras instituciones gubernamentales relacionadas se encuentran interesadas en estos análisis debido a que son presentados comúnmente de forma errónea por la insuficiencia de datos o por la falta de metodologías adecuadas. La presente investigación tiene por objeto llenar este vacío haciendo un análisis exhaustivo de las técnicas disponibles que coincidan con ese propósito. Se ha realizado un análisis que ha identificado las diferencias cuando son aplicados para la valoración de los beneficios para el usuario o para otros efectos como aspectos sociales. Como resultado de ello, esta investigación ofrece un enfoque integrado que incluye un modelo Input-Output de múltiples regiones basado en la utilidad aleatoria (RUBMRIO), y un modelo de red de transporte por carretera. Este modelo permite la reproducción con mayor detalle y realismo del transporte de mercancías que por medio de su estructura sectorial identifica los vínculos de las compras y ventas inter-industriales dentro de un país utilizando los servicios del transporte de mercancías. Por esta razón, el modelo integrado es aplicable a diversas políticas de transporte. En efecto, el enfoque se ha aplicado para estudiar los efectos macroeconómicos regionales de la implementación de dos políticas diferentes en el sistema de transporte de mercancías de España, tales como la tarificación basada en la distancia recorrida por vehículo-kilómetro (€/km) aplicada a los vehículos del transporte de mercancías, y para la introducción de vehículos más largos y pesados de mercancías en la red de carreteras de España. El enfoque metodológico se ha evaluado caso por caso teniendo en cuenta una selección de la red de carreteras que unen las capitales de las regiones españolas. También se ha tenido en cuenta una dimensión económica a través de una tabla Input-Output de múltiples regiones (MRIO) y la base de datos de conteo de tráfico existente para realizar la validación del modelo. El enfoque integrado reproduce las condiciones de comercio observadas entre las regiones usando el sistema de transporte de mercancías por carretera, y que permite por comparación con los escenarios de políticas, determinar las contribuciones a los cambios distributivos y generativos. Así pues, el análisis estima los impactos económicos en cualquier región considerando los cambios en el Producto Interno Bruto (PIB) y el empleo. El enfoque identifica los cambios en el sistema de transporte a través de todos los caminos de la red de transporte a través de las medidas de efectividad (MOEs). Los resultados presentados en esta investigación proporcionan evidencia sustancial de que en la evaluación de las políticas de transporte, es necesario establecer un vínculo entre la estructura económica de las regiones y de los servicios de transporte. Los análisis muestran que para la mayoría de las regiones del país, los cambios son evidentes para el PIB y el empleo, ya que el comercio se fomenta o se inhibe. El enfoque muestra cómo el tráfico se desvía en ambas políticas, y también determina detalles de las emisiones de contaminantes en los dos escenarios. Además, las políticas de fijación de precios o de regulación de los sistemas de transporte de mercancías por carretera dirigidas a los productores y consumidores en las regiones promoverán transformaciones regionales afectando todo el país, y esto conduce a conclusiones diferentes. Así mismo, este enfoque integrado podría ser útil para evaluar otras políticas y otros países en todo el mundo. The purpose of this research is to develop a methodological approach aimed at assessing the potential economic and transportation impacts of transport policies. Transportation departments and other related government parties are interested in such analysis because it is commonly misrepresented for the insufficiency of data and suitable methodologies available. This research is directed at filling this gap by making a comprehensive analysis of the available techniques that match with that purpose. The differences when they are applied for the valuation of user benefits or for other impacts as social matters have been identified. As a result, this research presents an integrated approach which includes both a random utility-based multiregional Input-Output model (RUBMRIO), and a road transport network model. This model accounts for freight transport with more detail and realism because its commodity-based structure traces the linkages of inter-industry purchases and sales that use freight services within a given country. For this reason, the integrated model is applicable to various transport policies. In fact, the approach is applied to study the regional macroeconomic effects of implementing two different policies in the freight transport system of Spain, such as a distance-based charge in vehicle-kilometer (€/km) for Heavy Goods Vehicles (HGVs), and the introduction of Longer and Heavier Vehicles (LHVs) in the road network of Spain. The methodological approach has been evaluated on a case by case basis considering a selected road network of highways linking the capitals of the Spanish regions. It has also considered an economic dimension through a Multiregional Input Output Table (MRIO) and the existing traffic count database used in the model validation. The integrated approach replicates observed conditions of trade among regions using road freight transport systems that determine contributions to distributional and generative changes by comparison with policy scenarios. Therefore, the model estimates economic impacts in any given area by considering changes in Gross Domestic Product (GDP), employment (jobs), and in the transportation system across all paths of the transport network considering Measures of effectiveness (MOEs). The results presented in this research provide substantive evidence that in the assessment of transport policies it is necessary to establish a link between the economic structure of regions and the transportation services. The analysis shows that for most regions in the country, GDP and employment changes are noticeable when trade is encouraged or discouraged. This approach shows how traffic is diverted in both policies, and also provides details of the pollutant emissions in both scenarios. Furthermore, policies, such as pricing or regulation of road freight transportation systems, directed to producers and consumers in regions will promote different regional transformations across the country, and this lead to different conclusions. In addition, this integrated approach could be useful to assess other policies and countries worldwide.

Methodology for assessing regional economic impacts of charging HGVs in Spain: an integrated approach through a random utility based multiregional input-output and a road transportation network model

An integrated approach composed of a random utility-based multiregional input-output model and a road transport network model was developed for evaluating the application of a fee to heavy-goods vehicles (HGVs) in Spain. For this purpose, a distance-based charge scenario (in euros per vehicle kilometer) for HGVs was evaluated for a selected motorway network in Spain. Although the aim of this charging policy was to increase the efficiency of transport, the approach strongly identified direct and indirect impacts on the regional economy. Estimates of the magnitude and extent of indirect effects on aggregated macroeconomic indicators (employment and gross domestic product) are provided. The macroeconomic effects of the charging policy were found to be positive for some regions and negative for other regions.

EU support mechanisms to promote public private partnerships for financing Trans-European transport infrastructure

Since the mid 80ies the Trans ‐European Transport Network (TEN‐T) policy has been setting the framework for the development of infrastructure for the smooth functioning of the internal market within the European Union (EU). Public Private Partnerships (PPPs) have always been regarded by the EU as a key instrument to promote the TEN‐T.