Cooperative and adaptive medium access control in multi-hop wireless networks

Due to low cost and easy deployment, multi-hop wireless networks become a very attractive communication paradigm. However, IEEE 802.11 medium access control (MAC) protocol widely used in wireless LANs was not designed for multi-hop wireless networks. Although it can support some kinds of ad hoc network architecture, it does not function efficiently in those wireless networks with multi-hop connectivity. Therefore, our research is focused on studying the medium access control in multi-hop wireless networks. The objective is to design practical MAC layer protocols for supporting multihop wireless networks. Particularly, we try to prolong the network lifetime without degrading performances with small battery-powered devices and improve the system throughput with poor quality channels. ^ In this dissertation, we design two MAC protocols. The first one is aimed at minimizing energy-consumption without deteriorating communication activities, which provides energy efficiency, latency guarantee, adaptability and scalability in one type of multi-hop wireless networks (i.e. wireless sensor network). Methodologically, inspired by the phase transition phenomena in distributed networks, we define the wake-up probability, which maintained by each node. By using this probability, we can control the number of wireless connectivity within a local area. More specifically, we can adaptively adjust the wake-up probability based on the local network conditions to reduce energy consumption without increasing transmission latency. The second one is a cooperative MAC layer protocol for multi-hop wireless networks, which leverages multi-rate capability by cooperative transmission among multiple neighboring nodes. Moreover, for bidirectional traffic, the network throughput can be further increased by using the network coding technique. It is a very helpful complement for current rate-adaptive MAC protocols under the poor channel conditions of direct link. Finally, we give an analytical model to analyze impacts of cooperative node on the system throughput. ^

Resource management and optimization in wireless mesh networks

A wireless mesh network is a mesh network implemented over a wireless network system such as wireless LANs. Wireless Mesh Networks(WMNs) are promising for numerous applications such as broadband home networking, enterprise networking, transportation systems, health and medical systems, security surveillance systems, etc. Therefore, it has received considerable attention from both industrial and academic researchers. This dissertation explores schemes for resource management and optimization in WMNs by means of network routing and network coding.^ In this dissertation, we propose three optimization schemes. (1) First, a triple-tier optimization scheme is proposed for load balancing objective. The first tier mechanism achieves long-term routing optimization, and the second tier mechanism, using the optimization results obtained from the first tier mechanism, performs the short-term adaptation to deal with the impact of dynamic channel conditions. A greedy sub-channel allocation algorithm is developed as the third tier optimization scheme to further reduce the congestion level in the network. We conduct thorough theoretical analysis to show the correctness of our design and give the properties of our scheme. (2) Then, a Relay-Aided Network Coding scheme called RANC is proposed to improve the performance gain of network coding by exploiting the physical layer multi-rate capability in WMNs. We conduct rigorous analysis to find the design principles and study the tradeoff in the performance gain of RANC. Based on the analytical results, we provide a practical solution by decomposing the original design problem into two sub-problems, flow partition problem and scheduling problem. (3) Lastly, a joint optimization scheme of the routing in the network layer and network coding-aware scheduling in the MAC layer is introduced. We formulate the network optimization problem and exploit the structure of the problem via dual decomposition. We find that the original problem is composed of two problems, routing problem in the network layer and scheduling problem in the MAC layer. These two sub-problems are coupled through the link capacities. We solve the routing problem by two different adaptive routing algorithms. We then provide a distributed coding-aware scheduling algorithm. According to corresponding experiment results, the proposed schemes can significantly improve network performance.^

Cogestion des ressources naturelles : une approche structurale pour quantifier la contribution des réseaux d'acteurs à la résilience des systèmes socio-écologiques

Alors que les activités anthropiques font basculer de nombreux écosystèmes vers des régimes fonctionnels différents, la résilience des systèmes socio-écologiques devient un problème pressant. Des acteurs locaux, impliqués dans une grande diversité de groupes — allant d’initiatives locales et indépendantes à de grandes institutions formelles — peuvent agir sur ces questions en collaborant au développement, à la promotion ou à l’implantation de pratiques plus en accord avec ce que l’environnement peut fournir. De ces collaborations répétées émergent des réseaux complexes, et il a été montré que la topologie de ces réseaux peut améliorer la résilience des systèmes socio-écologiques (SSÉ) auxquels ils participent. La topologie des réseaux d’acteurs favorisant la résilience de leur SSÉ est caractérisée par une combinaison de plusieurs facteurs : la structure doit être modulaire afin d’aider les différents groupes à développer et proposer des solutions à la fois plus innovantes (en réduisant l’homogénéisation du réseau), et plus proches de leurs intérêts propres ; elle doit être bien connectée et facilement synchronisable afin de faciliter les consensus, d’augmenter le capital social, ainsi que la capacité d’apprentissage ; enfin, elle doit être robuste, afin d’éviter que les deux premières caractéristiques ne souffrent du retrait volontaire ou de la mise à l’écart de certains acteurs. Ces caractéristiques, qui sont relativement intuitives à la fois conceptuellement et dans leur application mathématique, sont souvent employées séparément pour analyser les qualités structurales de réseaux d’acteurs empiriques. Cependant, certaines sont, par nature, incompatibles entre elles. Par exemple, le degré de modularité d’un réseau ne peut pas augmenter au même rythme que sa connectivité, et cette dernière ne peut pas être améliorée tout en améliorant sa robustesse. Cet obstacle rend difficile la création d’une mesure globale, car le niveau auquel le réseau des acteurs contribue à améliorer la résilience du SSÉ ne peut pas être la simple addition des caractéristiques citées, mais plutôt le résultat d’un compromis subtil entre celles-ci. Le travail présenté ici a pour objectifs (1), d’explorer les compromis entre ces caractéristiques ; (2) de proposer une mesure du degré auquel un réseau empirique d’acteurs contribue à la résilience de son SSÉ ; et (3) d’analyser un réseau empirique à la lumière, entre autres, de ces qualités structurales. Cette thèse s’articule autour d’une introduction et de quatre chapitres numérotés de 2 à 5. Le chapitre 2 est une revue de la littérature sur la résilience des SSÉ. Il identifie une série de caractéristiques structurales (ainsi que les mesures de réseaux qui leur correspondent) liées à l’amélioration de la résilience dans les SSÉ. Le chapitre 3 est une étude de cas sur la péninsule d’Eyre, une région rurale d’Australie-Méridionale où l’occupation du sol, ainsi que les changements climatiques, contribuent à l’érosion de la biodiversité. Pour cette étude de cas, des travaux de terrain ont été effectués en 2010 et 2011 durant lesquels une série d’entrevues a permis de créer une liste des acteurs de la cogestion de la biodiversité sur la péninsule. Les données collectées ont été utilisées pour le développement d’un questionnaire en ligne permettant de documenter les interactions entre ces acteurs. Ces deux étapes ont permis la reconstitution d’un réseau pondéré et dirigé de 129 acteurs individuels et 1180 relations. Le chapitre 4 décrit une méthodologie pour mesurer le degré auquel un réseau d’acteurs participe à la résilience du SSÉ dans lequel il est inclus. La méthode s’articule en deux étapes : premièrement, un algorithme d’optimisation (recuit simulé) est utilisé pour fabriquer un archétype semi-aléatoire correspondant à un compromis entre des niveaux élevés de modularité, de connectivité et de robustesse. Deuxièmement, un réseau empirique (comme celui de la péninsule d’Eyre) est comparé au réseau archétypique par le biais d’une mesure de distance structurelle. Plus la distance est courte, et plus le réseau empirique est proche de sa configuration optimale. La cinquième et dernier chapitre est une amélioration de l’algorithme de recuit simulé utilisé dans le chapitre 4. Comme il est d’usage pour ce genre d’algorithmes, le recuit simulé utilisé projetait les dimensions du problème multiobjectif dans une seule dimension (sous la forme d’une moyenne pondérée). Si cette technique donne de très bons résultats ponctuellement, elle n’autorise la production que d’une seule solution parmi la multitude de compromis possibles entre les différents objectifs. Afin de mieux explorer ces compromis, nous proposons un algorithme de recuit simulé multiobjectifs qui, plutôt que d’optimiser une seule solution, optimise une surface multidimensionnelle de solutions. Cette étude, qui se concentre sur la partie sociale des systèmes socio-écologiques, améliore notre compréhension des structures actorielles qui contribuent à la résilience des SSÉ. Elle montre que si certaines caractéristiques profitables à la résilience sont incompatibles (modularité et connectivité, ou — dans une moindre mesure — connectivité et robustesse), d’autres sont plus facilement conciliables (connectivité et synchronisabilité, ou — dans une moindre mesure — modularité et robustesse). Elle fournit également une méthode intuitive pour mesurer quantitativement des réseaux d’acteurs empiriques, et ouvre ainsi la voie vers, par exemple, des comparaisons d’études de cas, ou des suivis — dans le temps — de réseaux d’acteurs. De plus, cette thèse inclut une étude de cas qui fait la lumière sur l’importance de certains groupes institutionnels pour la coordination des collaborations et des échanges de connaissances entre des acteurs aux intérêts potentiellement divergents.

NETCODE: an XOR-based warning dissemination scheme for vehicular wireless networks

The next generation of vehicles will be equipped with automated Accident Warning Systems (AWSs) capable of warning neighbouring vehicles about hazards that might lead to accidents. The key enabling technology for these systems is the Vehicular Ad-hoc Networks (VANET) but the dynamics of such networks make the crucial timely delivery of warning messages challenging. While most previously attempted implementations have used broadcast-based data dissemination schemes, these do not cope well as data traffic load or network density increases. This problem of sending warning messages in a timely manner is addressed by employing a network coding technique in this thesis. The proposed NETwork COded DissEmination (NETCODE) is a VANET-based AWS responsible for generating and sending warnings to the vehicles on the road. NETCODE offers an XOR-based data dissemination scheme that sends multiple warning in a single transmission and therefore, reduces the total number of transmissions required to send the same number of warnings that broadcast schemes send. Hence, it reduces contention and collisions in the network improving the delivery time of the warnings. The first part of this research (Chapters 3 and 4) asserts that in order to build a warning system, it is needful to ascertain the system requirements, information to be exchanged, and protocols best suited for communication between vehicles. Therefore, a study of these factors along with a review of existing proposals identifying their strength and weakness is carried out. Then an analysis of existing broadcast-based warning is conducted which concludes that although this is the most straightforward scheme, loading can result an effective collapse, resulting in unacceptably long transmission delays. The second part of this research (Chapter 5) proposes the NETCODE design, including the main contribution of this thesis, a pair of encoding and decoding algorithms that makes the use of an XOR-based technique to reduce transmission overheads and thus allows warnings to get delivered in time. The final part of this research (Chapters 6--8) evaluates the performance of the proposed scheme as to how it reduces the number of transmissions in the network in response to growing data traffic load and network density and investigates its capacity to detect potential accidents. The evaluations use a custom-built simulator to model real-world scenarios such as city areas, junctions, roundabouts, motorways and so on. The study shows that the reduction in the number of transmissions helps reduce competition in the network significantly and this allows vehicles to deliver warning messages more rapidly to their neighbours. It also examines the relative performance of NETCODE when handling both sudden event-driven and longer-term periodic messages in diverse scenarios under stress caused by increasing numbers of vehicles and transmissions per vehicle. This work confirms the thesis' primary contention that XOR-based network coding provides a potential solution on which a more efficient AWS data dissemination scheme can be built.

Método para reconhecimento de vogais e extração de parâmetros acústicos para analises forenses

Forensic speaker comparison exams have complex characteristics, demanding a long time for manual analysis. A method for automatic recognition of vowels, providing feature extraction for acoustic analysis is proposed, aiming to contribute as a support tool in these exams. The proposal is based in formant measurements by LPC (Linear Predictive Coding), selectively by fundamental frequency detection, zero crossing rate, bandwidth and continuity, with the clustering being done by the k-means method. Experiments using samples from three different databases have shown promising results, in which the regions corresponding to five of the Brasilian Portuguese vowels were successfully located, providing visualization of a speaker’s vocal tract behavior, as well as the detection of segments corresponding to target vowels.

Rank metric convolutional codes

In this contribution, we propose a first general definition of rank-metric convolutional codes for multi-shot network coding. To this aim, we introduce a suitable concept of distance and we establish a generalized Singleton bound for this class of codes.

Cogestion des ressources naturelles : une approche structurale pour quantifier la contribution des réseaux d'acteurs à la résilience des systèmes socio-écologiques

Alors que les activités anthropiques font basculer de nombreux écosystèmes vers des régimes fonctionnels différents, la résilience des systèmes socio-écologiques devient un problème pressant. Des acteurs locaux, impliqués dans une grande diversité de groupes — allant d’initiatives locales et indépendantes à de grandes institutions formelles — peuvent agir sur ces questions en collaborant au développement, à la promotion ou à l’implantation de pratiques plus en accord avec ce que l’environnement peut fournir. De ces collaborations répétées émergent des réseaux complexes, et il a été montré que la topologie de ces réseaux peut améliorer la résilience des systèmes socio-écologiques (SSÉ) auxquels ils participent. La topologie des réseaux d’acteurs favorisant la résilience de leur SSÉ est caractérisée par une combinaison de plusieurs facteurs : la structure doit être modulaire afin d’aider les différents groupes à développer et proposer des solutions à la fois plus innovantes (en réduisant l’homogénéisation du réseau), et plus proches de leurs intérêts propres ; elle doit être bien connectée et facilement synchronisable afin de faciliter les consensus, d’augmenter le capital social, ainsi que la capacité d’apprentissage ; enfin, elle doit être robuste, afin d’éviter que les deux premières caractéristiques ne souffrent du retrait volontaire ou de la mise à l’écart de certains acteurs. Ces caractéristiques, qui sont relativement intuitives à la fois conceptuellement et dans leur application mathématique, sont souvent employées séparément pour analyser les qualités structurales de réseaux d’acteurs empiriques. Cependant, certaines sont, par nature, incompatibles entre elles. Par exemple, le degré de modularité d’un réseau ne peut pas augmenter au même rythme que sa connectivité, et cette dernière ne peut pas être améliorée tout en améliorant sa robustesse. Cet obstacle rend difficile la création d’une mesure globale, car le niveau auquel le réseau des acteurs contribue à améliorer la résilience du SSÉ ne peut pas être la simple addition des caractéristiques citées, mais plutôt le résultat d’un compromis subtil entre celles-ci. Le travail présenté ici a pour objectifs (1), d’explorer les compromis entre ces caractéristiques ; (2) de proposer une mesure du degré auquel un réseau empirique d’acteurs contribue à la résilience de son SSÉ ; et (3) d’analyser un réseau empirique à la lumière, entre autres, de ces qualités structurales. Cette thèse s’articule autour d’une introduction et de quatre chapitres numérotés de 2 à 5. Le chapitre 2 est une revue de la littérature sur la résilience des SSÉ. Il identifie une série de caractéristiques structurales (ainsi que les mesures de réseaux qui leur correspondent) liées à l’amélioration de la résilience dans les SSÉ. Le chapitre 3 est une étude de cas sur la péninsule d’Eyre, une région rurale d’Australie-Méridionale où l’occupation du sol, ainsi que les changements climatiques, contribuent à l’érosion de la biodiversité. Pour cette étude de cas, des travaux de terrain ont été effectués en 2010 et 2011 durant lesquels une série d’entrevues a permis de créer une liste des acteurs de la cogestion de la biodiversité sur la péninsule. Les données collectées ont été utilisées pour le développement d’un questionnaire en ligne permettant de documenter les interactions entre ces acteurs. Ces deux étapes ont permis la reconstitution d’un réseau pondéré et dirigé de 129 acteurs individuels et 1180 relations. Le chapitre 4 décrit une méthodologie pour mesurer le degré auquel un réseau d’acteurs participe à la résilience du SSÉ dans lequel il est inclus. La méthode s’articule en deux étapes : premièrement, un algorithme d’optimisation (recuit simulé) est utilisé pour fabriquer un archétype semi-aléatoire correspondant à un compromis entre des niveaux élevés de modularité, de connectivité et de robustesse. Deuxièmement, un réseau empirique (comme celui de la péninsule d’Eyre) est comparé au réseau archétypique par le biais d’une mesure de distance structurelle. Plus la distance est courte, et plus le réseau empirique est proche de sa configuration optimale. La cinquième et dernier chapitre est une amélioration de l’algorithme de recuit simulé utilisé dans le chapitre 4. Comme il est d’usage pour ce genre d’algorithmes, le recuit simulé utilisé projetait les dimensions du problème multiobjectif dans une seule dimension (sous la forme d’une moyenne pondérée). Si cette technique donne de très bons résultats ponctuellement, elle n’autorise la production que d’une seule solution parmi la multitude de compromis possibles entre les différents objectifs. Afin de mieux explorer ces compromis, nous proposons un algorithme de recuit simulé multiobjectifs qui, plutôt que d’optimiser une seule solution, optimise une surface multidimensionnelle de solutions. Cette étude, qui se concentre sur la partie sociale des systèmes socio-écologiques, améliore notre compréhension des structures actorielles qui contribuent à la résilience des SSÉ. Elle montre que si certaines caractéristiques profitables à la résilience sont incompatibles (modularité et connectivité, ou — dans une moindre mesure — connectivité et robustesse), d’autres sont plus facilement conciliables (connectivité et synchronisabilité, ou — dans une moindre mesure — modularité et robustesse). Elle fournit également une méthode intuitive pour mesurer quantitativement des réseaux d’acteurs empiriques, et ouvre ainsi la voie vers, par exemple, des comparaisons d’études de cas, ou des suivis — dans le temps — de réseaux d’acteurs. De plus, cette thèse inclut une étude de cas qui fait la lumière sur l’importance de certains groupes institutionnels pour la coordination des collaborations et des échanges de connaissances entre des acteurs aux intérêts potentiellement divergents.

Inter-subband redundancy prediction using neural network for video coding

High performance video codec is mandatory for multimedia applications such as video-on-demand and video conferencing. Recent research has proposed numerous video coding techniques to meet the requirement in bandwidth, delay, loss and Quality-of-Service (QoS). In this paper, we present our investigations on inter-subband self-similarity within the wavelet-decomposed video frames using neural networks, and study the performance of applying the spatial network model to all video frames over time. The goal of our proposed method is to restore the highest perceptual quality for video transmitted over a highly congested network. Our contributions in this paper are: (1) A new coding model with neural network based, inter-subband redundancy (ISR) prediction for video coding using wavelet (2) The performance of 1D and 2D ISR prediction, including multiple levels of wavelet decompositions. Our result shows a short-term quality enhancement may be obtained using both 1D and 2D ISR prediction.

Computation of the linear elastic properties of random porous materials with a wide variety of microstructure

A finite-element method is used to study the elastic properties of random three-dimensional porous materials with highly interconnected pores. We show that Young's modulus, E, is practically independent of Poisson's ratio of the solid phase, nu(s), over the entire solid fraction range, and Poisson's ratio, nu, becomes independent of nu(s) as the percolation threshold is approached. We represent this behaviour of nu in a flow diagram. This interesting but approximate behaviour is very similar to the exactly known behaviour in two-dimensional porous materials. In addition, the behaviour of nu versus nu(s) appears to imply that information in the dilute porosity limit can affect behaviour in the percolation threshold limit. We summarize the finite-element results in terms of simple structure-property relations, instead of tables of data, to make it easier to apply the computational results. Without using accurate numerical computations, one is limited to various effective medium theories and rigorous approximations like bounds and expansions. The accuracy of these equations is unknown for general porous media. To verify a particular theory it is important to check that it predicts both isotropic elastic moduli, i.e. prediction of Young's modulus alone is necessary but not sufficient. The subtleties of Poisson's ratio behaviour actually provide a very effective method for showing differences between the theories and demonstrating their ranges of validity. We find that for moderate- to high-porosity materials, none of the analytical theories is accurate and, at present, numerical techniques must be relied upon.

Mean anisotropy of homogeneous Gaussian random fields and anisotropic norms of linear translation-invariant operators on multidimensional integer lattices

Sensitivity of output of a linear operator to its input can be quantified in various ways. In Control Theory, the input is usually interpreted as disturbance and the output is to be minimized in some sense. In stochastic worst-case design settings, the disturbance is considered random with imprecisely known probability distribution. The prior set of probability measures can be chosen so as to quantify how far the disturbance deviates from the white-noise hypothesis of Linear Quadratic Gaussian control. Such deviation can be measured by the minimal Kullback-Leibler informational divergence from the Gaussian distributions with zero mean and scalar covariance matrices. The resulting anisotropy functional is defined for finite power random vectors. Originally, anisotropy was introduced for directionally generic random vectors as the relative entropy of the normalized vector with respect to the uniform distribution on the unit sphere. The associated a-anisotropic norm of a matrix is then its maximum root mean square or average energy gain with respect to finite power or directionally generic inputs whose anisotropy is bounded above by a≥0. We give a systematic comparison of the anisotropy functionals and the associated norms. These are considered for unboundedly growing fragments of homogeneous Gaussian random fields on multidimensional integer lattice to yield mean anisotropy. Correspondingly, the anisotropic norms of finite matrices are extended to bounded linear translation invariant operators over such fields.

Mixed integer non linear programming and artificial neural network based approach to ancillary services dispatch in competitive electricity markets

Ancillary services represent a good business opportunity that must be considered by market players. This paper presents a new methodology for ancillary services market dispatch. The method considers the bids submitted to the market and includes a market clearing mechanism based on deterministic optimization. An Artificial Neural Network is used for day-ahead prediction of Regulation Down, regulation-up, Spin Reserve and Non-Spin Reserve requirements. Two test cases based on California Independent System Operator data concerning dispatch of Regulation Down, Regulation Up, Spin Reserve and Non-Spin Reserve services are included in this paper to illustrate the application of the proposed method: (1) dispatch considering simple bids; (2) dispatch considering complex bids.

A linear optimization technique for graph pebbling

Graph pebbling is a network model for studying whether or not a given supply of discrete pebbles can satisfy a given demand via pebbling moves. A pebbling move across an edge of a graph takes two pebbles from one endpoint and places one pebble at the other endpoint; the other pebble is lost in transit as a toll. It has been shown that deciding whether a supply can meet a demand on a graph is NP-complete. The pebbling number of a graph is the smallest t such that every supply of t pebbles can satisfy every demand of one pebble. Deciding if the pebbling number is at most k is NP 2 -complete. In this paper we develop a tool, called theWeight Function Lemma, for computing upper bounds and sometimes exact values for pebbling numbers with the assistance of linear optimization. With this tool we are able to calculate the pebbling numbers of much larger graphs than in previous algorithms, and much more quickly as well. We also obtain results for many families of graphs, in many cases by hand, with much simpler and remarkably shorter proofs than given in previously existing arguments (certificates typically of size at most the number of vertices times the maximum degree), especially for highly symmetric graphs. Here we apply theWeight Function Lemma to several specific graphs, including the Petersen, Lemke, 4th weak Bruhat, Lemke squared, and two random graphs, as well as to a number of infinite families of graphs, such as trees, cycles, graph powers of cycles, cubes, and some generalized Petersen and Coxeter graphs. This partly answers a question of Pachter, et al., by computing the pebbling exponent of cycles to within an asymptotically small range. It is conceivable that this method yields an approximation algorithm for graph pebbling.

Towards robust network based complex systems : from evolutionary cellular automata to biological models

Abstract Sitting between your past and your future doesn't mean you are in the present. Dakota Skye Complex systems science is an interdisciplinary field grouping under the same umbrella dynamical phenomena from social, natural or mathematical sciences. The emergence of a higher order organization or behavior, transcending that expected of the linear addition of the parts, is a key factor shared by all these systems. Most complex systems can be modeled as networks that represent the interactions amongst the system's components. In addition to the actual nature of the part's interactions, the intrinsic topological structure of underlying network is believed to play a crucial role in the remarkable emergent behaviors exhibited by the systems. Moreover, the topology is also a key a factor to explain the extraordinary flexibility and resilience to perturbations when applied to transmission and diffusion phenomena. In this work, we study the effect of different network structures on the performance and on the fault tolerance of systems in two different contexts. In the first part, we study cellular automata, which are a simple paradigm for distributed computation. Cellular automata are made of basic Boolean computational units, the cells; relying on simple rules and information from- the surrounding cells to perform a global task. The limited visibility of the cells can be modeled as a network, where interactions amongst cells are governed by an underlying structure, usually a regular one. In order to increase the performance of cellular automata, we chose to change its topology. We applied computational principles inspired by Darwinian evolution, called evolutionary algorithms, to alter the system's topological structure starting from either a regular or a random one. The outcome is remarkable, as the resulting topologies find themselves sharing properties of both regular and random network, and display similitudes Watts-Strogtz's small-world network found in social systems. Moreover, the performance and tolerance to probabilistic faults of our small-world like cellular automata surpasses that of regular ones. In the second part, we use the context of biological genetic regulatory networks and, in particular, Kauffman's random Boolean networks model. In some ways, this model is close to cellular automata, although is not expected to perform any task. Instead, it simulates the time-evolution of genetic regulation within living organisms under strict conditions. The original model, though very attractive by it's simplicity, suffered from important shortcomings unveiled by the recent advances in genetics and biology. We propose to use these new discoveries to improve the original model. Firstly, we have used artificial topologies believed to be closer to that of gene regulatory networks. We have also studied actual biological organisms, and used parts of their genetic regulatory networks in our models. Secondly, we have addressed the improbable full synchronicity of the event taking place on. Boolean networks and proposed a more biologically plausible cascading scheme. Finally, we tackled the actual Boolean functions of the model, i.e. the specifics of how genes activate according to the activity of upstream genes, and presented a new update function that takes into account the actual promoting and repressing effects of one gene on another. Our improved models demonstrate the expected, biologically sound, behavior of previous GRN model, yet with superior resistance to perturbations. We believe they are one step closer to the biological reality.

Equivalence of piecewise-linear approximation and Lagrangian relaxation for network revenue management

The network revenue management (RM) problem arises in airline, hotel, media,and other industries where the sale products use multiple resources. It can be formulatedas a stochastic dynamic program but the dynamic program is computationallyintractable because of an exponentially large state space, and a number of heuristicshave been proposed to approximate it. Notable amongst these -both for their revenueperformance, as well as their theoretically sound basis- are approximate dynamic programmingmethods that approximate the value function by basis functions (both affinefunctions as well as piecewise-linear functions have been proposed for network RM)and decomposition methods that relax the constraints of the dynamic program to solvesimpler dynamic programs (such as the Lagrangian relaxation methods). In this paperwe show that these two seemingly distinct approaches coincide for the network RMdynamic program, i.e., the piecewise-linear approximation method and the Lagrangianrelaxation method are one and the same.