A multi-agent-based evolution model of innovation networks in dynamic environments

An innovation network can be considered as a complex adaptive system with evolution affected by dynamic environments. This paper establishes a multi-agent-based evolution model of innovation networks under dynamic settings through computational and logical modeling, and a multi-agent system paradigm. This evolution model is composed of several sub-models of agents' knowledge production by independent innovations in dynamic situations, knowledge learning by cooperative innovations covering agents' heterogeneities, decision-making for innovation selections, and knowledge update considering decay factors. On the basis of above-mentioned sub-models, an evolution rule for multi-agent based innovation network system is given. The proposed evolution model can be utilized to simulate and analyze different scenarios of innovation networks in various dynamic environments and support decision-making for innovation network optimization.

Maximum penetration of microgeneration photovoltaic panels in distribution network

In smart grids context, the distributed generation units based in renewable resources, play an important rule. The photovoltaic solar units are a technology in evolution and their prices decrease significantly in recent years due to the high penetration of this technology in the low voltage and medium voltage networks supported by governmental policies and incentives. This paper proposes a methodology to determine the maximum penetration of photovoltaic units in a distribution network. The paper presents a case study, with four different scenarios, that considers a 32-bus medium voltage distribution network and the inclusion storage units.

Neighbour list optimization for real LTE radio network

With the increasing complexity of current networks, it became evident the need for Self-Organizing Networks (SON), which aims to automate most of the associated radio planning and optimization tasks. Within SON, this paper aims to optimize the Neighbour Cell List (NCL) for Long Term Evolution (LTE) evolved NodeBs (eNBs). An algorithm composed by three decisions were were developed: distance-based, Radio Frequency (RF) measurement-based and Handover (HO) stats-based. The distance-based decision, proposes a new NCL taking account the eNB location and interference tiers, based in the quadrants method. The last two algorithms consider signal strength measurements and HO statistics, respectively; they also define a ranking to each eNB and neighbour relation addition/removal based on user defined constraints. The algorithms were developed and implemented over an already existent radio network optimization professional tool. Several case studies were produced using real data from a Portuguese LTE mobile operator. © 2014 IEEE.

On the choice of posittioning and cluster size for fixed relay stations in a LTE network

The long term evolution (LTE) is one of the latest standards in the mobile communications market. To achieve its performance, LTE networks use several techniques, such as multi-carrier technique, multiple-input-multiple-output and cooperative communications. Inside cooperative communications, this paper focuses on the fixed relaying technique, presenting a way for determining the best position to deploy the relay station (RS), from a set of empirical good solutions, and also to quantify the associated performance gain using different cluster size configurations. The best RS position was obtained through realistic simulations, which set it as the middle of the cell's circumference arc. Additionally, it also confirmed that network's performance is improved when the number of RSs is increased. It was possible to conclude that, for each deployed RS, the percentage of area served by an RS increases about 10 %. Furthermore, the mean data rate in the cell has been increased by approximately 60 % through the use of RSs. Finally, a given scenario with a larger number of RSs, can experience the same performance as an equivalent scenario without RSs, but with higher reuse distance. This conduces to a compromise solution between RS installation and cluster size, in order to maximize capacity, as well as performance.

Evolution of reputation in networks: A mean field game approach

This work models the competitive behaviour of individuals who maximize their own utility managing their network of connections with other individuals. Utility is taken as a synonym of reputation in this model. Each agent has to decide between two variables: the quality of connections and the number of connections. Hence, the reputation of an individual is a function of the number and the quality of connections within the network. On the other hand, individuals incur in a cost when they improve their network of contacts. The initial value of the quality and number of connections of each individual is distributed according to an initial (given) distribution. The competition occurs over continuous time and among a continuum of agents. A mean field game approach is adopted to solve the model, leading to an optimal trajectory for the number and quality of connections for each individual.

Effects of selection and drift on G matrix evolution in a heterogeneous environment: a multivariate Qst-Fst Test with the freshwater snail Galba truncatula.

Unraveling the effect of selection vs. drift on the evolution of quantitative traits is commonly achieved by one of two methods. Either one contrasts population differentiation estimates for genetic markers and quantitative traits (the Q(st)-F(st) contrast) or multivariate methods are used to study the covariance between sets of traits. In particular, many studies have focused on the genetic variance-covariance matrix (the G matrix). However, both drift and selection can cause changes in G. To understand their joint effects, we recently combined the two methods into a single test (accompanying article by Martin et al.), which we apply here to a network of 16 natural populations of the freshwater snail Galba truncatula. Using this new neutrality test, extended to hierarchical population structures, we studied the multivariate equivalent of the Q(st)-F(st) contrast for several life-history traits of G. truncatula. We found strong evidence of selection acting on multivariate phenotypes. Selection was homogeneous among populations within each habitat and heterogeneous between habitats. We found that the G matrices were relatively stable within each habitat, with proportionality between the among-populations (D) and the within-populations (G) covariance matrices. The effect of habitat heterogeneity is to break this proportionality because of selection for habitat-dependent optima. Individual-based simulations mimicking our empirical system confirmed that these patterns are expected under the selective regime inferred. We show that homogenizing selection can mimic some effect of drift on the G matrix (G and D almost proportional), but that incorporating information from molecular markers (multivariate Q(st)-F(st)) allows disentangling the two effects.

The evolution of inter-genomic variation in arbuscular mycorrhizal fungi

Contexte: Les champignons mycorhiziens à arbuscules (AMF) établissent des relations symbiotiques avec la plupart des plantes grâce à leurs réseaux d’hyphes qui s’associent avec les racines de leurs hôtes. De précédentes études ont révélé des niveaux de variation génétique extrêmes pour des loci spécifiques permettant de supposer que les AMF peuvent contenir des milliers de noyaux génétiquement divergents dans un même cytoplasme. Si aucun processus de reproduction sexuée n’a jusqu’ici été observé chez ces mycorhizes, on constate cependant que des niveaux élevés de variation génétique peuvent être maintenus à la fois par l’échange de noyaux entre hyphes et par des processus fréquents de recombinaison entre noyaux. Les AMF se propagent par l’intermédiaire de spores qui contiennent chacune un échantillon d’une population initiale de noyaux hétérogènes, directement hérités du mycélium parent. À notre connaissance les AMF sont les seuls organismes qui ne passent jamais par un stade mononucléaire, ce qui permet aux noyaux de diverger génétiquement dans un même cytoplasme. Ces aspects singuliers de la biologie des AMF rendent l’estimation de leur diversité génétique problématique. Ceci constitue un défi majeur pour les écologistes sur le terrain mais également pour les biologistes moléculaires dans leur laboratoire. Au-delà même des problématiques de diversité spécifique, l’amplitude du polymorphisme entre noyaux mycorhiziens est mal connue. Le travail proposé dans ce manuscrit de thèse explore donc les différents aspects de l’architecture génomique singulière des AMF. Résultats L’ampleur du polymorphisme intra-isolat a été déjà observée pour la grande sous-unité d’ARN ribosomal de l’isolat Glomus irregulare DAOM-197198 (précédemment identifié comme G. intraradices) et pour le gène de la polymerase1-like (PLS) de Glomus etunicatum isolat NPI. Dans un premier temps, nous avons pu confirmer ces résultats et nous avons également pu constater que ces variations étaient transcrites. Nous avons ensuite pu mettre en évidence la présence d’un goulot d’étranglement génétique au moment de la sporulation pour le locus PLS chez l’espèce G. etunicatum illustrant les importants effets d’échantillonnage qui se produisaient entre chaque génération de spore. Enfin, nous avons estimé la différentiation génétique des AMF en utilisant à la fois les réseaux de gènes appliqués aux données de séquençage haut-débit ainsi que cinq nouveaux marqueurs génomiques en copie unique. Ces analyses révèlent que la différenciation génomique est présente de manière systématique dans deux espèces (G. irregulare et G. diaphanum). Conclusions Les résultats de cette thèse fournissent des preuves supplémentaires en faveur du scénario d’une différenciation génomique entre noyaux au sein du même isolat mycorhizien. Ainsi, au moins trois membres du genre Glomus, G. irregulare, G. diaphanum and G. etunicatum, apparaissent comme des organismes dont l’organisation des génomes ne peut pas être décrit d’après un modèle Mendélien strict, ce qui corrobore l’hypothèse que les noyaux mycorhiziens génétiquement différenciés forment un pangenome.

Comparative mitochondrial genomics toward understanding genetics and evolution of arbuscular mycorrhizal fungi

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement.

Development and Deployment of Wireless Sensor Network in Paddy Fields of Kuttanad

The evolution of wireless sensor network technology has enabled us to develop advanced systems for real time monitoring. In the present scenario wireless sensor networks are increasingly being used for precision agriculture. The advantages of using wireless sensor networks in agriculture are distributed data collection and monitoring, monitor and control of climate, irrigation and nutrient supply. Hence decreasing the cost of production and increasing the efficiency of production. This paper describes the development and deployment of wireless sensor network for crop monitoring in the paddy fields of Kuttanad, a region of Kerala, the southern state of India.

INFO6003 Network Security: WLAN authentication and roaming

Describes different approaches to authentication for wireless networks, and the evolution of eduroam

Active networks: an evolution of the internet

Active Networks can be seen as an evolution of the classical model of packet-switched networks. The traditional and ”passive” network model is based on a static definition of the network node behaviour. Active Networks propose an “active” model where the intermediate nodes (switches and routers) can load and execute user code contained in the data units (packets). Active Networks are a programmable network model, where bandwidth and computation are both considered shared network resources. This approach opens up new interesting research fields. This paper gives a short introduction of Active Networks, discusses the advantages they introduce and presents the research advances in this field.

Multiscale evolving complex network model of functional connectivity in neuronal cultures

Cultures of cortical neurons grown on multielectrode arrays exhibit spontaneous, robust and recurrent patterns of highly synchronous activity called bursts. These bursts play a crucial role in the development and topological selforganization of neuronal networks. Thus, understanding the evolution of synchrony within these bursts could give insight into network growth and the functional processes involved in learning and memory. Functional connectivity networks can be constructed by observing patterns of synchrony that evolve during bursts. To capture this evolution, a modelling approach is adopted using a framework of emergent evolving complex networks and, through taking advantage of the multiple time scales of the system, aims to show the importance of sequential and ordered synchronization in network function.

The shape and tempo of language evolution

There are approximately 7000 languages spoken in the world today. This diversity reflects the legacy of thousands of years of cultural evolution. How far back we can trace this history depends largely on the rate at which the different components of language evolve. Rates of lexical evolution are widely thought to impose an upper limit of 6000-10,000 years on reliably identifying language relationships. In contrast, it has been argued that certain structural elements of language are much more stable. Just as biologists use highly conserved genes to uncover the deepest branches in the tree of life, highly stable linguistic features hold the promise of identifying deep relationships between the world's languages. Here, we present the first global network of languages based on this typological information. We evaluate the relative evolutionary rates of both typological and lexical features in the Austronesian and Indo-European language families. The first indications are that typological features evolve at similar rates to basic vocabulary but their evolution is substantially less tree-like. Our results suggest that, while rates of vocabulary change are correlated between the two language families, the rates of evolution of typological features and structural subtypes show no consistent relationship across families.

Emergence of a small-world functional network in cultured neurons

The functional networks of cultured neurons exhibit complex network properties similar to those found in vivo. Starting from random seeding, cultures undergo significant reorganization during the initial period in vitro, yet despite providing an ideal platform for observing developmental changes in neuronal connectivity, little is known about how a complex functional network evolves from isolated neurons. In the present study, evolution of functional connectivity was estimated from correlations of spontaneous activity. Network properties were quantified using complex measures from graph theory and used to compare cultures at different stages of development during the first 5 weeks in vitro. Networks obtained from young cultures (14 days in vitro) exhibited a random topology, which evolved to a small-world topology during maturation. The topology change was accompanied by an increased presence of highly connected areas (hubs) and network efficiency increased with age. The small-world topology balances integration of network areas with segregation of specialized processing units. The emergence of such network structure in cultured neurons, despite a lack of external input, points to complex intrinsic biological mechanisms. Moreover, the functional network of cultures at mature ages is efficient and highly suited to complex processing tasks.