Multi-objective optimization scheme for static and dynamic multicast flows

Muchas de las nuevas aplicaciones emergentes de Internet tales como TV sobre Internet, Radio sobre Internet,Video Streamming multi-punto, entre otras, necesitan los siguientes requerimientos de recursos: ancho de banda consumido, retardo extremo-a-extremo, tasa de paquetes perdidos, etc. Por lo anterior, es necesario formular una propuesta que especifique y provea para este tipo de aplicaciones los recursos necesarios para su buen funcionamiento. En esta tesis, proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo a través del uso de diferentes árboles de distribución para muchos flujos multicast. En este caso, estamos usando la aproximación de múltiples caminos para cada nodo egreso y de esta forma obtener la aproximación de múltiples árboles y a través de esta forma crear diferentes árboles multicast. Sin embargo, nuestra propuesta resuelve la fracción de la división del tráfico a través de múltiples árboles. La propuesta puede ser aplicada en redes MPLS estableciendo rutas explícitas en eventos multicast. En primera instancia, el objetivo es combinar los siguientes objetivos ponderados dentro de una métrica agregada: máxima utilización de los enlaces, cantidad de saltos, el ancho de banda total consumido y el retardo total extremo-a-extremo. Nosotros hemos formulado esta función multi-objetivo (modelo MHDB-S) y los resultados obtenidos muestran que varios objetivos ponderados son reducidos y la máxima utilización de los enlaces es minimizada. El problema es NP-duro, por lo tanto, un algoritmo es propuesto para optimizar los diferentes objetivos. El comportamiento que obtuvimos usando este algoritmo es similar al que obtuvimos con el modelo. Normalmente, durante la transmisión multicast los nodos egresos pueden salir o entrar del árbol y por esta razón en esta tesis proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo usando diferentes árboles para grupos multicast dinámicos. (en el cual los nodos egresos pueden cambiar durante el tiempo de vida de la conexión). Si un árbol multicast es recomputado desde el principio, esto podría consumir un tiempo considerable de CPU y además todas las comuicaciones que están usando el árbol multicast serán temporalmente interrumpida. Para aliviar estos inconvenientes, proponemos un modelo de optimización (modelo dinámico MHDB-D) que utilice los árboles multicast previamente computados (modelo estático MHDB-S) adicionando nuevos nodos egreso. Usando el método de la suma ponderada para resolver el modelo analítico, no necesariamente es correcto, porque es posible tener un espacio de solución no convexo y por esta razón algunas soluciones pueden no ser encontradas. Adicionalmente, otros tipos de objetivos fueron encontrados en diferentes trabajos de investigación. Por las razones mencionadas anteriormente, un nuevo modelo llamado GMM es propuesto y para dar solución a este problema un nuevo algoritmo usando Algoritmos Evolutivos Multi-Objetivos es propuesto. Este algoritmo esta inspirado por el algoritmo Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA). Para dar una solución al caso dinámico con este modelo generalizado, nosotros hemos propuesto un nuevo modelo dinámico y una solución computacional usando Breadth First Search (BFS) probabilístico. Finalmente, para evaluar nuestro esquema de optimización propuesto, ejecutamos diferentes pruebas y simulaciones. Las principales contribuciones de esta tesis son la taxonomía, los modelos de optimización multi-objetivo para los casos estático y dinámico en transmisiones multicast (MHDB-S y MHDB-D), los algoritmos para dar solución computacional a los modelos. Finalmente, los modelos generalizados también para los casos estático y dinámico (GMM y GMM Dinámico) y las propuestas computacionales para dar slución usando MOEA y BFS probabilístico.

Piping Plover response to coastal storms occurring during the nonbreeding season

The increase in coastal storm frequency and intensity expected under most climate change scenarios is likely to substantially modify beach configuration and associated habitats. This study aimed to analyze the impact of coastal storms on a nesting population of the endangered Piping Plover (Charadrius melodus melodus) in southeastern New Brunswick, Canada. Previous studies have shown that numbers of nesting Piping Plovers may increase following storms that create new nesting habitat at individual beaches. However, to our knowledge, no test of this pattern has been conducted over a regional scale. We hypothesized that Piping Plover abundance would increase after large coastal storms occurring during the nonbreeding season. However, we expected a delay in the colonization of newly created habitat owing to low-density populations, combined with high site fidelity of adults and high variability in survival rate of subadults. We tested this hypothesis using a 27-year (1986-2012) data set of Piping Plover abundance and productivity (nesting pairs and fledged young) collected at five sites in eastern New Brunswick. We identified 11 major storms that could potentially have modified Piping Plover habitat over the study period. The number of fledged young increased three years after a major storm, but the relationship was much weaker for the number of nesting pairs. These findings are consistent with the hypothesized increase in suitable habitat after coastal storms. Including storm occurrence with other factors influencing habitat quality will enhance Piping Plover conservation strategies.

Data assimilation for a coastal area morphodynamic model: Morecambe Bay

This paper investigates the use of data assimilation in coastal area morphodynamic modelling using Morecambe Bay as a study site. A simple model of the bay has been enhanced with a data assimilation scheme to better predict large-scale changes in bathymetry observed in the bay over a 3-year period. The 2DH decoupled morphodynamic model developed for the work is described, as is the optimal interpolation scheme used to assimilate waterline observations into the model run. Each waterline was acquired from a SAR satellite image and is essentially a contour of the bathymetry at some level within the inter-tidal zone of the bay. For model parameters calibrated against validation observations, model performance is good, even without data assimilation. However the use of data assimilation successfully compensates for a particular failing of the model, and helps to keep the model bathymetry on track. It also improves the ability of the model to predict future bathymetry. Although the benefits of data assimilation are demonstrated using waterline observations, any observations of morphology could potentially be used. These results suggest that data assimilation should be considered for use in future coastal area morphodynamic models.

A case study of boundary layer ventilation by convection and coastal processes

It is often assumed that ventilation of the atmospheric boundary layer is weak in the absence of fronts, but is this always true? In this paper we investigate the processes responsible for ventilation of the atmospheric boundary layer during a nonfrontal day that occurred on 9 May 2005 using the UK Met Office Unified Model. Pollution sources are represented by the constant emission of a passive tracer everywhere over land. The ventilation processes observed include shallow convection, turbulent mixing followed by large-scale ascent, a sea breeze circulation and coastal outflow. Vertical distributions of tracer are validated qualitatively with AMPEP (Aircraft Measurement of chemical Processing Export fluxes of Pollutants over the UK) CO aircraft measurements and are shown to agree impressively well. Budget calculations of tracers are performed in order to determine the relative importance of these ventilation processes. Coastal outflow and the sea breeze circulation were found to ventilate 26% of the boundary layer tracer by sunset of which 2% was above 2 km. A combination of coastal outflow, the sea breeze circulation, turbulent mixing and large-scale ascent ventilated 46% of the boundary layer tracer, of which 10% was above 2 km. Finally, coastal outflow, the sea breeze circulation, turbulent mixing, large-scale ascent and shallow convection together ventilated 52% of the tracer into the free troposphere, of which 26% was above 2 km. Hence this study shows that significant ventilation of the boundary layer can occur in the absence of fronts (and thus during high-pressure events). Turbulent mixing and convection processes can double the amount of pollution ventilated from the boundary layer.