Evaluation of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis faecal culture protocols and media

Paratuberculosis is an important enteritis of ruminants caused by Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (Map). The disease is officially considered exotic in Brazil, but recent serological surveys and the isolation of the agent suggest it may occur in our herds. The aim of this study was to evaluate three different formulations of Herrold's egg yolk agar with mycobactin J (HEYM) and four faecal culture protocols considering their ability for Map growth as well as cost and ease of application. Three formulations of HEYM were inoculated with two suspensions of Map. Spiked faeces and naturally contaminated faecal samples were treated by the four faecal culture protocols. Centrifugation protocol and HEYM recommended by OIE showed the best results on the recovery of Map.

Effective Social Intranet. Case: Mobile Routing Business Unit, Tellabs

The purpose of this thesis is to examine what the normative, effective social Intranet solution is for Tellabs Mobile Routing business unit in terms of sharing knowledge more openly and effectively, fostering innovation, and improving team spirit and positive employee experience. Additionally, these aspects are researched from the intra- and inter-organizational points of view. The research is based on previous literature and empirical interviews. Based on these two items, an eight-fold recommendation proposal was created to change the current Intranet to become an effective social Intranet.

Adaptive Routing Approaches for Networked Many-Core Systems

Through advances in technology, System-on-Chip design is moving towards integrating tens to hundreds of intellectual property blocks into a single chip. In such a many-core system, on-chip communication becomes a performance bottleneck for high performance designs. Network-on-Chip (NoC) has emerged as a viable solution for the communication challenges in highly complex chips. The NoC architecture paradigm, based on a modular packet-switched mechanism, can address many of the on-chip communication challenges such as wiring complexity, communication latency, and bandwidth. Furthermore, the combined benefits of 3D IC and NoC schemes provide the possibility of designing a high performance system in a limited chip area. The major advantages of 3D NoCs are the considerable reductions in average latency and power consumption. There are several factors degrading the performance of NoCs. In this thesis, we investigate three main performance-limiting factors: network congestion, faults, and the lack of efficient multicast support. We address these issues by the means of routing algorithms. Congestion of data packets may lead to increased network latency and power consumption. Thus, we propose three different approaches for alleviating such congestion in the network. The first approach is based on measuring the congestion information in different regions of the network, distributing the information over the network, and utilizing this information when making a routing decision. The second approach employs a learning method to dynamically find the less congested routes according to the underlying traffic. The third approach is based on a fuzzy-logic technique to perform better routing decisions when traffic information of different routes is available. Faults affect performance significantly, as then packets should take longer paths in order to be routed around the faults, which in turn increases congestion around the faulty regions. We propose four methods to tolerate faults at the link and switch level by using only the shortest paths as long as such path exists. The unique characteristic among these methods is the toleration of faults while also maintaining the performance of NoCs. To the best of our knowledge, these algorithms are the first approaches to bypassing faults prior to reaching them while avoiding unnecessary misrouting of packets. Current implementations of multicast communication result in a significant performance loss for unicast traffic. This is due to the fact that the routing rules of multicast packets limit the adaptivity of unicast packets. We present an approach in which both unicast and multicast packets can be efficiently routed within the network. While suggesting a more efficient multicast support, the proposed approach does not affect the performance of unicast routing at all. In addition, in order to reduce the overall path length of multicast packets, we present several partitioning methods along with their analytical models for latency measurement. This approach is discussed in the context of 3D mesh networks.

A cyber security architecture for military networks using a cognitive network approach

Cyber security is one of the main topics that are discussed around the world today. The threat is real, and it is unlikely to diminish. People, business, governments, and even armed forces are networked in a way or another. Thus, the cyber threat is also facing military networking. On the other hand, the concept of Network Centric Warfare sets high requirements for military tactical data communications and security. A challenging networking environment and cyber threats force us to consider new approaches to build security on the military communication systems. The purpose of this thesis is to develop a cyber security architecture for military networks, and to evaluate the designed architecture. The architecture is described as a technical functionality. As a new approach, the thesis introduces Cognitive Networks (CN) which are a theoretical concept to build more intelligent, dynamic and even secure communication networks. The cognitive networks are capable of observe the networking environment, make decisions for optimal performance and adapt its system parameter according to the decisions. As a result, the thesis presents a five-layer cyber security architecture that consists of security elements controlled by a cognitive process. The proposed architecture includes the infrastructure, services and application layers that are managed and controlled by the cognitive and management layers. The architecture defines the tasks of the security elements at a functional level without introducing any new protocols or algorithms. For evaluating two separated method were used. The first method is based on the SABSA framework that uses a layered approach to analyze overall security of an organization. The second method was a scenario based method in which a risk severity level is calculated. The evaluation results show that the proposed architecture fulfills the security requirements at least at a high level. However, the evaluation of the proposed architecture proved to be very challenging. Thus, the evaluation results must be considered very critically. The thesis proves the cognitive networks are a promising approach, and they provide lots of benefits when designing a cyber security architecture for the tactical military networks. However, many implementation problems exist, and several details must be considered and studied during the future work.

Comparative quantification of umbilical cord blood CD34+ and CD34+ bright cells using the ProCount™-BD and ISHAGE protocols

The total number of CD34+ cells is the most relevant clinical parameter when selecting human umbilical cord blood (HUCB) for transplantation. The objective of the present study was to compare the two most commonly used CD34+ cell quantification methods (ISHAGE protocol and ProCount™ - BD) and analyze the CD34+ bright cells whose 7-amino actinomycin D (7AAD) analysis suggests are apoptotic or dead cells. Twenty-six HUCB samples obtained at the Placental Blood Program of New York Blood Center were evaluated. The absolute numbers of CD34+ cells evaluated by the ISHAGE (with exclusion of 7AAD+ cells) and ProCount™ (with exclusion of CD34+ bright cells) were determined. Using the ISHAGE protocol we found 35.6 ± 19.4 CD34+ cells/µL and with the ProCount™ method we found 36.6 ± 23.2 CD34+ cells/µL. With the ProCount™ method, CD34+ bright cell counts were 9.3 ± 8.2 cells/µL. CD34+ bright and regular cells were individually analyzed by the ISHAGE protocol. Only about 1.8% of the bright CD34+ cells are alive, whereas a small part (19.0%) is undergoing apoptosis and most of them (79.2%) are dead cells. Our study showed that the two methods produced similar results and that 7AAD is important to exclude CD34 bright cells. These results will be of value to assist in the correct counting of CD34+ cells and to choose the best HUCB unit for transplantation, i.e., the unit with the greatest number of potentially viable stem cells for the reconstitution of bone marrow. This increases the likelihood of success of the transplant and, therefore, the survival of the patient.

Matching salt intake to physiological need in rats using foraging protocols

Several studies of the quantitative relationship between sodium need and sodium intake in rats are reviewed. Using acute diuretic treatment 24 h beforehand, intake matches need fairly accurately when intake is spread out in time by using a hypotonic solution of NaCl. In contrast, using a hypertonic solution, intake is typically double the need. Using the same diuretic treatment, although the natriuresis occurs within ~1 h, the appetite appears only slowly over 24 h. Increased plasma levels of aldosterone parallel the increased intake; however, treatment with metyrapone blocks the rise in aldosterone but has no effect on appetite. Satiation of sodium appetite was studied in rats using sodium loss induced by chronic diuretic treatment and daily salt consumption sessions. When a simulated foraging cost was imposed on NaCl access in the form of a progressive ratio lever press task, rats showed satiation for NaCl (break point) after consuming an amount close to their estimated deficit. The chronic diuretic regimen produced hypovolemia and large increases in plasma aldosterone concentration and renin activity. These parameters were reversed to or toward non-depleted control values at the time of behavioral satiation in the progressive ratio protocol. Satiation mechanisms for sodium appetite thus do appear to exist. However, they do not operate quantitatively when concentrated salt is available at no effort, but instead allow overconsumption. There are reasons to believe that such a bias toward overconsumption may have been beneficial over evolutionary time, but such biasing for salt and other commodities is maladaptive in a resource-rich environment.

Association between the increase in brain temperature and physical performance at different exercise intensities and protocols in a temperate environment

There is evidence that brain temperature (Tbrain) provides a more sensitive index than other core body temperatures in determining physical performance. However, no study has addressed whether the association between performance and increases in Tbrain in a temperate environment is dependent upon exercise intensity, and this was the primary aim of the present study. Adult male Wistar rats were subjected to constant exercise at three different speeds (18, 21, and 24 m/min) until the onset of volitional fatigue. Tbrain was continuously measured by a thermistor inserted through a brain guide cannula. Exercise induced a speed-dependent increase in Tbrain, with the fastest speed associated with a higher rate of Tbrain increase. Rats subjected to constant exercise had similar Tbrain values at the time of fatigue, although a pronounced individual variability was observed (38.7-41.7°C). There were negative correlations between the rate of Tbrain increase and performance for all speeds that were studied. These results indicate that performance during constant exercise is negatively associated with the increase in Tbrain, particularly with its rate of increase. We then investigated how an incremental-speed protocol affected the association between the increase in Tbrain and performance. At volitional fatigue, Tbrain was lower during incremental exercise compared with the Tbrain resulting from constant exercise (39.3±0.3 vs 40.3±0.1°C; P<0.05), and no association between the rate of Tbrain increase and performance was observed. These findings suggest that the influence of Tbrain on performance under temperate conditions is dependent on exercise protocol.

Viability of part cargoes in tramp shipping company’s routing and scheduling decisions

Operational excellence of individual tramp shipping companies is important in today’s market, where competition is intense, freight revenues are modest and capital costs high due to global financial crisis, and tighter regulatory framework is generating additional costs and challenges to the industry. This thesis concentrates on tramp shipping, where a tramp operator in a form of an individual case company, specialized in short-sea shipping activities in the Baltic Sea region, is searching ways to map their current fleet operations and better understand potential ways to improve the overall routing and scheduling decisions. The research problem is related to tramp fleet planning where several cargoes are carried on board at the same time, which are here systematically referred to as part cargoes. The purpose is to determine the pivotal dimensions and characteristics of these part cargo operations in tramp shipping, and offer both the individual case company and wider research community better understanding of potential risks and benefits related to utilization of part cargo operations. A mixed method research approach is utilized in this research, as the objectives are related to complex, real-life business practices in the field of supply chain management and more specifically, maritime logistics. A quantitative analysis of different voyage scenarios is executed, including alternative voyage legs with varying cost structure and customer involvement. An on-line-based questionnaire designed and prepared by case company’s decision group again provides desired data of predominant attitudes and views of most important industrial customers regarding the part cargo-related operations and potential future utilization of this business model. The results gained from these quantitative methods are complied with qualitative data collection tools, along with suitable secondary data sources. Based on results and logical analysis of different data sources, a framework for characterizing the different aspects of part cargo operations is developed, utilizing both existing research and empirical investigation of the phenomenon. As conclusions, part cargoes have the ability to be part of viable fleet operations, and even increase flexibility among the fleet to a certain extent. Naturally, several hinderers for this development is recognized as well, such as potential issues with information gathering and sharing, inefficient port activities, and increased transit times.

Gestion adaptative des ressources dans les réseaux maillés sans fil à multiples-radios multiples-canaux

Depuis quelques années, la recherche dans le domaine des réseaux maillés sans fil ("Wireless Mesh Network (WMN)" en anglais) suscite un grand intérêt auprès de la communauté des chercheurs en télécommunications. Ceci est dû aux nombreux avantages que la technologie WMN offre, telles que l'installation facile et peu coûteuse, la connectivité fiable et l'interopérabilité flexible avec d'autres réseaux existants (réseaux Wi-Fi, réseaux WiMax, réseaux cellulaires, réseaux de capteurs, etc.). Cependant, plusieurs problèmes restent encore à résoudre comme le passage à l'échelle, la sécurité, la qualité de service (QdS), la gestion des ressources, etc. Ces problèmes persistent pour les WMNs, d'autant plus que le nombre des utilisateurs va en se multipliant. Il faut donc penser à améliorer les protocoles existants ou à en concevoir de nouveaux. L'objectif de notre recherche est de résoudre certaines des limitations rencontrées à l'heure actuelle dans les WMNs et d'améliorer la QdS des applications multimédia temps-réel (par exemple, la voix). Le travail de recherche de cette thèse sera divisé essentiellement en trois principaux volets: le contrôle d‟admission du trafic, la différentiation du trafic et la réaffectation adaptative des canaux lors de la présence du trafic en relève ("handoff" en anglais). Dans le premier volet, nous proposons un mécanisme distribué de contrôle d'admission se basant sur le concept des cliques (une clique correspond à un sous-ensemble de liens logiques qui interfèrent les uns avec les autres) dans un réseau à multiples-sauts, multiples-radios et multiples-canaux, appelé RCAC. Nous proposons en particulier un modèle analytique qui calcule le ratio approprié d'admission du trafic et qui garantit une probabilité de perte de paquets dans le réseau n'excédant pas un seuil prédéfini. Le mécanisme RCAC permet d‟assurer la QdS requise pour les flux entrants, sans dégrader la QdS des flux existants. Il permet aussi d‟assurer la QdS en termes de longueur du délai de bout en bout pour les divers flux. Le deuxième volet traite de la différentiation de services dans le protocole IEEE 802.11s afin de permettre une meilleure QdS, notamment pour les applications avec des contraintes temporelles (par exemple, voix, visioconférence). À cet égard, nous proposons un mécanisme d'ajustement de tranches de temps ("time-slots"), selon la classe de service, ED-MDA (Enhanced Differentiated-Mesh Deterministic Access), combiné à un algorithme efficace de contrôle d'admission EAC (Efficient Admission Control), afin de permettre une utilisation élevée et efficace des ressources. Le mécanisme EAC prend en compte le trafic en relève et lui attribue une priorité supérieure par rapport au nouveau trafic pour minimiser les interruptions de communications en cours. Dans le troisième volet, nous nous intéressons à minimiser le surcoût et le délai de re-routage des utilisateurs mobiles et/ou des applications multimédia en réaffectant les canaux dans les WMNs à Multiples-Radios (MR-WMNs). En premier lieu, nous proposons un modèle d'optimisation qui maximise le débit, améliore l'équité entre utilisateurs et minimise le surcoût dû à la relève des appels. Ce modèle a été résolu par le logiciel CPLEX pour un nombre limité de noeuds. En second lieu, nous élaborons des heuristiques/méta-heuristiques centralisées pour permettre de résoudre ce modèle pour des réseaux de taille réelle. Finalement, nous proposons un algorithme pour réaffecter en temps-réel et de façon prudente les canaux aux interfaces. Cet algorithme a pour objectif de minimiser le surcoût et le délai du re-routage spécialement du trafic dynamique généré par les appels en relève. Ensuite, ce mécanisme est amélioré en prenant en compte l‟équilibrage de la charge entre cliques.

Models and algorithms for the capacitated location-routing problem

Le problème de localisation-routage avec capacités (PLRC) apparaît comme un problème clé dans la conception de réseaux de distribution de marchandises. Il généralisele problème de localisation avec capacités (PLC) ainsi que le problème de tournées de véhicules à multiples dépôts (PTVMD), le premier en ajoutant des décisions liées au routage et le deuxième en ajoutant des décisions liées à la localisation des dépôts. Dans cette thèse on dévelope des outils pour résoudre le PLRC à l’aide de la programmation mathématique. Dans le chapitre 3, on introduit trois nouveaux modèles pour le PLRC basés sur des flots de véhicules et des flots de commodités, et on montre comment ceux-ci dominent, en termes de la qualité de la borne inférieure, la formulation originale à deux indices [19]. Des nouvelles inégalités valides ont été dévelopées et ajoutées aux modèles, de même que des inégalités connues. De nouveaux algorithmes de séparation ont aussi été dévelopés qui dans la plupart de cas généralisent ceux trouvés dans la litterature. Les résultats numériques montrent que ces modèles de flot sont en fait utiles pour résoudre des instances de petite à moyenne taille. Dans le chapitre 4, on présente une nouvelle méthode de génération de colonnes basée sur une formulation de partition d’ensemble. Le sous-problème consiste en un problème de plus court chemin avec capacités (PCCC). En particulier, on utilise une relaxation de ce problème dans laquelle il est possible de produire des routes avec des cycles de longueur trois ou plus. Ceci est complété par des nouvelles coupes qui permettent de réduire encore davantage le saut d’intégralité en même temps que de défavoriser l’apparition de cycles dans les routes. Ces résultats suggèrent que cette méthode fournit la meilleure méthode exacte pour le PLRC. Dans le chapitre 5, on introduit une nouvelle méthode heuristique pour le PLRC. Premièrement, on démarre une méthode randomisée de type GRASP pour trouver un premier ensemble de solutions de bonne qualité. Les solutions de cet ensemble sont alors combinées de façon à les améliorer. Finalement, on démarre une méthode de type détruir et réparer basée sur la résolution d’un nouveau modèle de localisation et réaffectation qui généralise le problème de réaffectaction [48].

Novel multicast protocols in ad-hoc networks

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Heuristic solution methods for multi-attribute vehicle routing problems

Le Problème de Tournées de Véhicules (PTV) est une clé importante pour gérér efficacement des systèmes logistiques, ce qui peut entraîner une amélioration du niveau de satisfaction de la clientèle. Ceci est fait en servant plus de clients dans un temps plus court. En terme général, il implique la planification des tournées d'une flotte de véhicules de capacité donnée basée à un ou plusieurs dépôts. Le but est de livrer ou collecter une certain quantité de marchandises à un ensemble des clients géographiquement dispersés, tout en respectant les contraintes de capacité des véhicules. Le PTV, comme classe de problèmes d'optimisation discrète et de grande complexité, a été étudié par de nombreux au cours des dernières décennies. Étant donné son importance pratique, des chercheurs dans les domaines de l'informatique, de la recherche opérationnelle et du génie industrielle ont mis au point des algorithmes très efficaces, de nature exacte ou heuristique, pour faire face aux différents types du PTV. Toutefois, les approches proposées pour le PTV ont souvent été accusées d'être trop concentrées sur des versions simplistes des problèmes de tournées de véhicules rencontrés dans des applications réelles. Par conséquent, les chercheurs sont récemment tournés vers des variantes du PTV qui auparavant étaient considérées trop difficiles à résoudre. Ces variantes incluent les attributs et les contraintes complexes observés dans les cas réels et fournissent des solutions qui sont exécutables dans la pratique. Ces extensions du PTV s'appellent Problème de Tournées de Véhicules Multi-Attributs (PTVMA). Le but principal de cette thèse est d'étudier les différents aspects pratiques de trois types de problèmes de tournées de véhicules multi-attributs qui seront modélisés dans celle-ci. En plus, puisque pour le PTV, comme pour la plupart des problèmes NP-complets, il est difficile de résoudre des instances de grande taille de façon optimale et dans un temps d'exécution raisonnable, nous nous tournons vers des méthodes approcheés à base d’heuristiques.

Key Agreement Against Quantum Adversaries

Key agreement is a cryptographic scenario between two legitimate parties, who need to establish a common secret key over a public authenticated channel, and an eavesdropper who intercepts all their messages in order to learn the secret. We consider query complexity in which we count only the number of evaluations (queries) of a given black-box function, and classical communication channels. Ralph Merkle provided the first unclassified scheme for secure communications over insecure channels. When legitimate parties are willing to ask O(N) queries for some parameter N, any classical eavesdropper needs Omega(N^2) queries before being able to learn their secret, which is is optimal. However, a quantum eavesdropper can break this scheme in O(N) queries. Furthermore, it was conjectured that any scheme, in which legitimate parties are classical, could be broken in O(N) quantum queries. In this thesis, we introduce protocols à la Merkle that fall into two categories. When legitimate parties are restricted to use classical computers, we offer the first secure classical scheme. It requires Omega(N^{13/12}) queries of a quantum eavesdropper to learn the secret. We give another protocol having security of Omega(N^{7/6}) queries. Furthermore, for any k>= 2, we introduce a classical protocol in which legitimate parties establish a secret in O(N) queries while the optimal quantum eavesdropping strategy requires Theta(N^{1/2+k/{k+1}}) queries, approaching Theta(N^{3/2}) when k increases. When legitimate parties are provided with quantum computers, we present two quantum protocols improving on the best known scheme before this work. Furthermore, for any k>= 2, we give a quantum protocol in which legitimate parties establish a secret in O(N) queries while the optimal quantum eavesdropping strategy requires Theta(N^{1+{k}/{k+1}})} queries, approaching Theta(N^{2}) when k increases.

Tactical Vehicle Routing Planning with Application to Milk Collection and Distribution

De nombreux problèmes pratiques qui se posent dans dans le domaine de la logistique, peuvent être modélisés comme des problèmes de tournées de véhicules. De façon générale, cette famille de problèmes implique la conception de routes, débutant et se terminant à un dépôt, qui sont utilisées pour distribuer des biens à un nombre de clients géographiquement dispersé dans un contexte où les coûts associés aux routes sont minimisés. Selon le type de problème, un ou plusieurs dépôts peuvent-être présents. Les problèmes de tournées de véhicules sont parmi les problèmes combinatoires les plus difficiles à résoudre. Dans cette thèse, nous étudions un problème d’optimisation combinatoire, appartenant aux classes des problèmes de tournées de véhicules, qui est liée au contexte des réseaux de transport. Nous introduisons un nouveau problème qui est principalement inspiré des activités de collecte de lait des fermes de production, et de la redistribution du produit collecté aux usines de transformation, pour la province de Québec. Deux variantes de ce problème sont considérées. La première, vise la conception d’un plan tactique de routage pour le problème de la collecte-redistribution de lait sur un horizon donné, en supposant que le niveau de la production au cours de l’horizon est fixé. La deuxième variante, vise à fournir un plan plus précis en tenant compte de la variation potentielle de niveau de production pouvant survenir au cours de l’horizon considéré. Dans la première partie de cette thèse, nous décrivons un algorithme exact pour la première variante du problème qui se caractérise par la présence de fenêtres de temps, plusieurs dépôts, et une flotte hétérogène de véhicules, et dont l’objectif est de minimiser le coût de routage. À cette fin, le problème est modélisé comme un problème multi-attributs de tournées de véhicules. L’algorithme exact est basé sur la génération de colonnes impliquant un algorithme de plus court chemin élémentaire avec contraintes de ressources. Dans la deuxième partie, nous concevons un algorithme exact pour résoudre la deuxième variante du problème. À cette fin, le problème est modélisé comme un problème de tournées de véhicules multi-périodes prenant en compte explicitement les variations potentielles du niveau de production sur un horizon donné. De nouvelles stratégies sont proposées pour résoudre le problème de plus court chemin élémentaire avec contraintes de ressources, impliquant dans ce cas une structure particulière étant donné la caractéristique multi-périodes du problème général. Pour résoudre des instances de taille réaliste dans des temps de calcul raisonnables, une approche de résolution de nature heuristique est requise. La troisième partie propose un algorithme de recherche adaptative à grands voisinages où de nombreuses nouvelles stratégies d’exploration et d’exploitation sont proposées pour améliorer la performances de l’algorithme proposé en termes de la qualité de la solution obtenue et du temps de calcul nécessaire.