Optimization of p-cycle protection schemes in optical networks

La survie des réseaux est un domaine d'étude technique très intéressant ainsi qu'une préoccupation critique dans la conception des réseaux. Compte tenu du fait que de plus en plus de données sont transportées à travers des réseaux de communication, une simple panne peut interrompre des millions d'utilisateurs et engendrer des millions de dollars de pertes de revenu. Les techniques de protection des réseaux consistent à fournir une capacité supplémentaire dans un réseau et à réacheminer les flux automatiquement autour de la panne en utilisant cette disponibilité de capacité. Cette thèse porte sur la conception de réseaux optiques intégrant des techniques de survie qui utilisent des schémas de protection basés sur les p-cycles. Plus précisément, les p-cycles de protection par chemin sont exploités dans le contexte de pannes sur les liens. Notre étude se concentre sur la mise en place de structures de protection par p-cycles, et ce, en supposant que les chemins d'opération pour l'ensemble des requêtes sont définis a priori. La majorité des travaux existants utilisent des heuristiques ou des méthodes de résolution ayant de la difficulté à résoudre des instances de grande taille. L'objectif de cette thèse est double. D'une part, nous proposons des modèles et des méthodes de résolution capables d'aborder des problèmes de plus grande taille que ceux déjà présentés dans la littérature. D'autre part, grâce aux nouveaux algorithmes, nous sommes en mesure de produire des solutions optimales ou quasi-optimales. Pour ce faire, nous nous appuyons sur la technique de génération de colonnes, celle-ci étant adéquate pour résoudre des problèmes de programmation linéaire de grande taille. Dans ce projet, la génération de colonnes est utilisée comme une façon intelligente d'énumérer implicitement des cycles prometteurs. Nous proposons d'abord des formulations pour le problème maître et le problème auxiliaire ainsi qu'un premier algorithme de génération de colonnes pour la conception de réseaux protegées par des p-cycles de la protection par chemin. L'algorithme obtient de meilleures solutions, dans un temps raisonnable, que celles obtenues par les méthodes existantes. Par la suite, une formulation plus compacte est proposée pour le problème auxiliaire. De plus, nous présentons une nouvelle méthode de décomposition hiérarchique qui apporte une grande amélioration de l'efficacité globale de l'algorithme. En ce qui concerne les solutions en nombres entiers, nous proposons deux méthodes heurisiques qui arrivent à trouver des bonnes solutions. Nous nous attardons aussi à une comparaison systématique entre les p-cycles et les schémas classiques de protection partagée. Nous effectuons donc une comparaison précise en utilisant des formulations unifiées et basées sur la génération de colonnes pour obtenir des résultats de bonne qualité. Par la suite, nous évaluons empiriquement les versions orientée et non-orientée des p-cycles pour la protection par lien ainsi que pour la protection par chemin, dans des scénarios de trafic asymétrique. Nous montrons quel est le coût de protection additionnel engendré lorsque des systèmes bidirectionnels sont employés dans de tels scénarios. Finalement, nous étudions une formulation de génération de colonnes pour la conception de réseaux avec des p-cycles en présence d'exigences de disponibilité et nous obtenons des premières bornes inférieures pour ce problème.

Decoupling of soil nutrient cycles as a function of aridity in global drylands

The biogeochemical cycles of carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) are interlinked by primary production, respiration and decomposition in terrestrial ecosystems. It has been suggested that the C, N and P cycles could become uncoupled under rapid climate change because of the different degrees of control exerted on the supply of these elements by biological and geochemical processes. Climatic controls on biogeochemical cycles are particularly relevant in arid, semi-arid and dry sub-humid ecosystems (drylands) because their biological activity is mainly driven by water availability. The increase in aridity predicted for the twenty-first century in many drylands worldwide may therefore threaten the balance between these cycles, differentially affecting the availability of essential nutrients. Here we evaluate how aridity affects the balance between C, N and P in soils collected from 224 dryland sites from all continents except Antarctica. We find a negative effect of aridity on the concentration of soil organic C and total N, but a positive effect on the concentration of inorganic P. Aridity is negatively related to plant cover, which may favour the dominance of physical processes such as rock weathering, a major source of P to ecosystems, over biological processes that provide more C and N, such as litter decomposition. Our findings suggest that any predicted increase in aridity with climate change will probably reduce the concentrations of N and C in global drylands, but increase that of P. These changes would uncouple the C, N and P cycles in drylands and could negatively affect the provision of key services provided by these ecosystems.

Phytoplankton versus macrophyte contribution to primary production and biogeochemical cycles of a coastal mesotidal system. A modelling approach

This study presents an assessment of the contributions of various primary producers to the global annual production and N/P cycles of a coastal system, namely the Arcachon Bay, by means of a numerical model. This 3D model fully couples hydrodynamic with ecological processes and simulates nitrogen, silicon and phosphorus cycles as well as phytoplankton, macroalgae and seagrasses. Total annual production rates for the different components were calculated for different years (2005, 2007 and 2009) during a time period of drastic reduction in seagrass beds since 2005. The total demand of nitrogen and phosphorus was also calculated and discussed with regards to the riverine inputs. Moreover, this study presents the first estimation of particulate organic carbon export to the adjacent open ocean. The calculated annual net production for the Arcachon Bay (except microphytobenthos, not included in the model) ranges between 22,850 and 35,300 tons of carbon. The main producers are seagrasses in all the years considered with a contribution ranging from 56% to 81% of global production. According to our model, the -30% reduction in seagrass bed surface between 2005 and 2007, led to an approximate 55% reduction in seagrass production, while during the same period of time, macroalgae and phytoplankton enhanced their productions by about +83% and +46% respectively. Nonetheless, the phytoplankton production remains about eightfold higher than the macroalgae production. Our results also highlight the importance of remineralisation inside the Bay, since riverine inputs only fulfill at maximum 73% nitrogen and 13% phosphorus demands during the years 2005, 2007 and 2009. Calculated advection allowed a rough estimate of the organic matter export: about 10% of the total production in the bay was exported, originating mainly from the seagrass compartment, since most of the labile organic matter was remineralised inside the bay.

Groupage et protection du trafic dynamique dans les réseaux WDM

Avec les nouvelles technologies des réseaux optiques, une quantité de données de plus en plus grande peut être transportée par une seule longueur d'onde. Cette quantité peut atteindre jusqu’à 40 gigabits par seconde (Gbps). Les flots de données individuels quant à eux demandent beaucoup moins de bande passante. Le groupage de trafic est une technique qui permet l'utilisation efficace de la bande passante offerte par une longueur d'onde. Elle consiste à assembler plusieurs flots de données de bas débit en une seule entité de données qui peut être transporté sur une longueur d'onde. La technique demultiplexage en longueurs d'onde (Wavelength Division Multiplexing WDM) permet de transporter plusieurs longueurs d'onde sur une même fibre. L'utilisation des deux techniques : WDM et groupage de trafic, permet de transporter une quantité de données de l'ordre de terabits par seconde (Tbps) sur une même fibre optique. La protection du trafic dans les réseaux optiques devient alors une opération très vitale pour ces réseaux, puisqu'une seule panne peut perturber des milliers d'utilisateurs et engendre des pertes importantes jusqu'à plusieurs millions de dollars à l'opérateur et aux utilisateurs du réseau. La technique de protection consiste à réserver une capacité supplémentaire pour acheminer le trafic en cas de panne dans le réseau. Cette thèse porte sur l'étude des techniques de groupage et de protection du trafic en utilisant les p-cycles dans les réseaux optiques dans un contexte de trafic dynamique. La majorité des travaux existants considère un trafic statique où l'état du réseau ainsi que le trafic sont donnés au début et ne changent pas. En plus, la majorité de ces travaux utilise des heuristiques ou des méthodes ayant de la difficulté à résoudre des instances de grande taille. Dans le contexte de trafic dynamique, deux difficultés majeures s'ajoutent aux problèmes étudiés, à cause du changement continuel du trafic dans le réseau. La première est due au fait que la solution proposée à la période précédente, même si elle est optimisée, n'est plus nécessairement optimisée ou optimale pour la période courante, une nouvelle optimisation de la solution au problème est alors nécessaire. La deuxième difficulté est due au fait que la résolution du problème pour une période donnée est différente de sa résolution pour la période initiale à cause des connexions en cours dans le réseau qui ne doivent pas être trop dérangées à chaque période de temps. L'étude faite sur la technique de groupage de trafic dans un contexte de trafic dynamique consiste à proposer différents scénarios pour composer avec ce type de trafic, avec comme objectif la maximisation de la bande passante des connexions acceptées à chaque période de temps. Des formulations mathématiques des différents scénarios considérés pour le problème de groupage sont proposées. Les travaux que nous avons réalisés sur le problème de la protection considèrent deux types de p-cycles, ceux protégeant les liens (p-cycles de base) et les FIPP p-cycles (p-cycles protégeant les chemins). Ces travaux ont consisté d’abord en la proposition de différents scénarios pour gérer les p-cycles de protection dans un contexte de trafic dynamique. Ensuite, une étude sur la stabilité des p-cycles dans un contexte de trafic dynamique a été faite. Des formulations de différents scénarios ont été proposées et les méthodes de résolution utilisées permettent d’aborder des problèmes de plus grande taille que ceux présentés dans la littérature. Nous nous appuyons sur la méthode de génération de colonnes pour énumérer implicitement les cycles les plus prometteurs. Dans l'étude des p-cycles protégeant les chemins ou FIPP p-cycles, nous avons proposé des formulations pour le problème maître et le problème auxiliaire. Nous avons utilisé une méthode de décomposition hiérarchique du problème qui nous permet d'obtenir de meilleurs résultats dans un temps raisonnable. Comme pour les p-cycles de base, nous avons étudié la stabilité des FIPP p-cycles dans un contexte de trafic dynamique. Les travaux montrent que dépendamment du critère d'optimisation, les p-cycles de base (protégeant les liens) et les FIPP p-cycles (protégeant les chemins) peuvent être très stables.

Domain/Multi-Domain Protection and Provisioning in Optical Networks

L’évolution récente des commutateurs de sélection de longueurs d’onde (WSS -Wavelength Selective Switch) favorise le développement du multiplexeur optique d’insertionextraction reconfigurable (ROADM - Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers) à plusieurs degrés sans orientation ni coloration, considéré comme un équipement fort prometteur pour les réseaux maillés du futur relativement au multiplexage en longueur d’onde (WDM -Wavelength Division Multiplexing ). Cependant, leur propriété de commutation asymétrique complique la question de l’acheminement et de l’attribution des longueur d’ondes (RWA - Routing andWavelength Assignment). Or la plupart des algorithmes de RWA existants ne tiennent pas compte de cette propriété d’asymétrie. L’interruption des services causée par des défauts d’équipements sur les chemins optiques (résultat provenant de la résolution du problème RWA) a pour conséquence la perte d’une grande quantité de données. Les recherches deviennent ainsi incontournables afin d’assurer la survie fonctionnelle des réseaux optiques, à savoir, le maintien des services, en particulier en cas de pannes d’équipement. La plupart des publications antérieures portaient particulièrement sur l’utilisation d’un système de protection permettant de garantir le reroutage du trafic en cas d’un défaut d’un lien. Cependant, la conception de la protection contre le défaut d’un lien ne s’avère pas toujours suffisante en termes de survie des réseaux WDM à partir de nombreux cas des autres types de pannes devenant courant de nos jours, tels que les bris d’équipements, les pannes de deux ou trois liens, etc. En outre, il y a des défis considérables pour protéger les grands réseaux optiques multidomaines composés de réseaux associés à un domaine simple, interconnectés par des liens interdomaines, où les détails topologiques internes d’un domaine ne sont généralement pas partagés à l’extérieur. La présente thèse a pour objectif de proposer des modèles d’optimisation de grande taille et des solutions aux problèmes mentionnés ci-dessus. Ces modèles-ci permettent de générer des solutions optimales ou quasi-optimales avec des écarts d’optimalité mathématiquement prouvée. Pour ce faire, nous avons recours à la technique de génération de colonnes afin de résoudre les problèmes inhérents à la programmation linéaire de grande envergure. Concernant la question de l’approvisionnement dans les réseaux optiques, nous proposons un nouveau modèle de programmation linéaire en nombres entiers (ILP - Integer Linear Programming) au problème RWA afin de maximiser le nombre de requêtes acceptées (GoS - Grade of Service). Le modèle résultant constitue celui de l’optimisation d’un ILP de grande taille, ce qui permet d’obtenir la solution exacte des instances RWA assez grandes, en supposant que tous les noeuds soient asymétriques et accompagnés d’une matrice de connectivité de commutation donnée. Ensuite, nous modifions le modèle et proposons une solution au problème RWA afin de trouver la meilleure matrice de commutation pour un nombre donné de ports et de connexions de commutation, tout en satisfaisant/maximisant la qualité d’écoulement du trafic GoS. Relativement à la protection des réseaux d’un domaine simple, nous proposons des solutions favorisant la protection contre les pannes multiples. En effet, nous développons la protection d’un réseau d’un domaine simple contre des pannes multiples, en utilisant les p-cycles de protection avec un chemin indépendant des pannes (FIPP - Failure Independent Path Protecting) et de la protection avec un chemin dépendant des pannes (FDPP - Failure Dependent Path-Protecting). Nous proposons ensuite une nouvelle formulation en termes de modèles de flots pour les p-cycles FDPP soumis à des pannes multiples. Le nouveau modèle soulève un problème de taille, qui a un nombre exponentiel de contraintes en raison de certaines contraintes d’élimination de sous-tour. Par conséquent, afin de résoudre efficacement ce problème, on examine : (i) une décomposition hiérarchique du problème auxiliaire dans le modèle de décomposition, (ii) des heuristiques pour gérer efficacement le grand nombre de contraintes. À propos de la protection dans les réseaux multidomaines, nous proposons des systèmes de protection contre les pannes d’un lien. Tout d’abord, un modèle d’optimisation est proposé pour un système de protection centralisée, en supposant que la gestion du réseau soit au courant de tous les détails des topologies physiques des domaines. Nous proposons ensuite un modèle distribué de l’optimisation de la protection dans les réseaux optiques multidomaines, une formulation beaucoup plus réaliste car elle est basée sur l’hypothèse d’une gestion de réseau distribué. Ensuite, nous ajoutons une bande pasiv sante partagée afin de réduire le coût de la protection. Plus précisément, la bande passante de chaque lien intra-domaine est partagée entre les p-cycles FIPP et les p-cycles dans une première étude, puis entre les chemins pour lien/chemin de protection dans une deuxième étude. Enfin, nous recommandons des stratégies parallèles aux solutions de grands réseaux optiques multidomaines. Les résultats de l’étude permettent d’élaborer une conception efficace d’un système de protection pour un très large réseau multidomaine (45 domaines), le plus large examiné dans la littérature, avec un système à la fois centralisé et distribué.

Impact of successive sugarcane harvests and trash management practices on soil microbiological properties

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Ecosystem Structure and Function Still Altered Two Decades After Short-Term Fertilization of a Seagrass Meadow

An oligotrophic phosphorus (P) limited seagrass ecosystem in Florida Bay was experimentally fertilized in a unique way. Perches were installed to encourage seabirds to roost and deliver an external source of nutrients via defecation. Two treatments were examined: (1) a chronic 23-year fertilization and (2) an earlier 28-month fertilization that was discontinued when the chronic treatment was initiated. Because of the low mobility of P in carbonate sediments, we hypothesized long-term changes to ecosystem structure and function in both treatments. Structural changes in the chronic treatment included a shift in the dominant seagrass species from Thalassia testudinum to Halodule wrightii, large increases in epiphytic biomass and sediment chlorophyll-a, and a decline in species richness. Functional changes included increased benthic metabolism and quantum efficiency. Initial changes in the 28-month fertilization were similar, but after 23 years of nutrient depuration T. testudinum has reestablished itself as the dominant species. However, P remains elevated in the sediment and H. wrightii has maintained a presence. Functionally the discontinued treatment remains altered. Biomass exceeds that in the chronic treatment and indices of productivity, elevated relative to control, are not different from the chronic fertilization. Cessation of nutrient loading has resulted in a superficial return to the pre-disturbance character of the community, but due to the nature of P cycles functional changes persist.

Effect Of Simulated Microwave Disinfection On The Linear Dimensional Change, Hardness And Impact Strength Of Acrylic Resins Processed By Different Polymerization Cycles.

This study investigated the effect of simulated microwave disinfection (SMD) on the linear dimensional changes, hardness and impact strength of acrylic resins under different polymerization cycles. Metal dies with referential points were embedded in flasks with dental stone. Samples of Classico and Vipi acrylic resins were made following the manufacturers' recommendations. The assessed polymerization cycles were: A) water bath at 74 ºC for 9 h; B) water bath at 74 ºC for 8 h and temperature increased to 100 ºC for 1 h; C) water bath at 74 ºC for 2 h and temperature increased to 100 ºC for 1 h; and D) water bath at 120 ºC and pressure of 60 pounds. Linear dimensional distances in length and width were measured after SMD and water storage at 37 ºC for 7 and 30 days using an optical microscope. SMD was carried out with the samples immersed in 150 mL of water in an oven (650 W for 3 min). A load of 25 gf for 10 s was used in the hardness test. Charpy impact test was performed with 40 kpcm. Data were submitted to ANOVA and Tukey's test (5%). The Classico resin was dimensionally steady in length in the A and D cycles for all periods, while the Vipi resin was steady in the A, B and C cycles for all periods. The Classico resin was dimensionally steady in width in the C and D cycles for all periods, and the Vipi resin was steady in all cycles and periods. The hardness values for Classico resin were steady in all cycles and periods, while the Vipi resin was steady only in the C cycle for all periods. Impact strength values for Classico resin were steady in the A, C and D cycles for all periods, while Vipi resin was steady in all cycles and periods. SMD promoted different effects on the linear dimensional changes, hardness and impact strength of acrylic resins submitted to different polymerization cycles when after SMD and water storage were considered.

Effect Of Sodium Hypochlorite And Peracetic Acid On The Surface Roughness Of Acrylic Resin Polymerized By Heated Water For Short And Long Cycles.

To evaluate the surface roughness of acrylic resin submitted to chemical disinfection via 1% sodium hypochlorite (NaClO) or 1% peracetic acid (C2H4O3). The disc-shaped resin specimens (30 mm diameter ×4 mm height) were polymerized by heated water using two cycles (short cycle: 1 h at 74°C and 30 min at 100°C; conventional long cycle: 9 h at 74°C). The release of substances by these specimens in water solution was also quantified. Specimens were fabricated, divided into four groups (n = 10) depending on the polymerization time and disinfectant. After polishing, the specimens were stored in distilled deionized water. Specimens were immersed in 1% NaClO or 1% C2H4O3 for 30 min, and then were immersed in distilled deionized water for 20 min. The release of C2H4O3 and NaClO was measured via visual colorimetric analysis. Roughness was measured before and after disinfection. Roughness data were subjected to two-way ANOVA and Tukey's test. There was no interaction between polymerization time and disinfectant in influencing the average surface roughness (Ra, P = 0.957). Considering these factors independently, there were significant differences between short and conventional long cycles (P = 0.012), but no significant difference between the disinfectants hypochlorite and C2H4O3 (P = 0.366). Visual colorimetric analysis did not detect release of substances. It was concluded that there was the difference in surface roughness between short and conventional long cycles, and disinfection at acrylic resins polymerized by heated water using a short cycle modified the properties of roughness.

Isotopic view of vegetation and carbon and nitrogen cycles in a cerrado ecosystem, southeastern Brazil

Carbon and nitrogen biogeochemical cycles in savannas are strongly regulated by the seasonal distribution of precipitation and pulses of nutrients released during the wetting of the dry soil and are critical to the dynamics of microorganisms and vegetation. The objective of this study was to investigate the spatial and temporal variability of C and N isotope ratios as indicators of the cycling of these elements in a cerrado sensu stricto area, within a protected area in a State Park in the state of São Paulo, Brazil. The foliar δ13C and δ15N values varied from -33.6 to -24.4 ‰ and -2.5 to 4.5 ‰, respectively. The δ13C values showed a consistent relationship with canopy height, revealing the importance of structure of the canopy over the C isotopic signature of the vegetation. Carbon isotopic variations associated with the length of the dry season indicated the importance of recent fixed C to the integrated isotopic signature of the leaf organic C. The studied Cerrado species showed a depleted foliar δ15N, but a wide range of foliar Nitrogen with no difference among canopy heights. However, seasonal variability was observed, with foliar δ15N values being higher in the transition period between dry and rainy seasons. The variation of the foliar C and N isotope ratios presented here was consistent with highly diverse vegetation with high energy available but low availability of water and N.

On the resilience of long cycles in random graphs

In this paper we determine the local and global resilience of random graphs G(n,p) (p >> n(-1)) with respect to the property of containing a cycle of length at least (1 - alpha)n. Roughly speaking, given alpha > 0, we determine the smallest r(g) (G, alpha) with the property that almost surely every subgraph of G = G(n,p) having more than r(g) (G, alpha)vertical bar E(G)vertical bar edges contains a cycle of length at least (1 - alpha)n (global resilience). We also obtain, for alpha < 1/2, the smallest r(l) (G, alpha) such that any H subset of G having deg(H) (v) larger than r(l) (G, alpha) deg(G) (v) for all v is an element of V(G) contains a cycle of length at least (1 - alpha)n (local resilience). The results above are in fact proved in the more general setting of pseudorandom graphs.

Cryptic species, life cycles, and the phylogeny of Clytia (Cnidaria: Hydrozoa: Campanulariidae)

Medusae and polyps of Clytia are abundantly found in coastal marine environments and one species in the genus-Clytia hemisphaerica (Linnaeus, 1767)-has become an important experimental model. Yet, only 10 species in the genus have had their life cycle investigated. Most species of Clytia are also poorly described, and detailed life cycle and morphological studies are needed for accurate species-level identifications. Here, we investigated the life cycle of Clytia elsaeoswaldae Stechow, 1914, a species described for the tropical western Atlantic and subsequently considered conspecific to the nearly-cosmopolitan species Clytia gracilis (Sars, 1850) and Clytia hemisphaerica, originally described for the temperate North Atlantic. Based on observations of mature medusae and multiple colonies from southeastern Brazil and the U. S. Virgin Islands (type locality), our results show that C. elsaeoswaldae is morphologically distinct from C. gracilis and C. hemisphaerica. The morphological results are corroborated by a multigene phylogenetic analysis of the genus Clytia, which shows that C. gracilis-like species form a polyphyletic group of several species. These results suggest that the nearly-cosmopolitan distribution attributed to some species of Clytia may be due to the non-recognition of morphologically similar species with more restricted ranges.

Electrochemical impedance spectroscopy investigation of the electrochemical behaviour of copper coated with artificial patina layers and submitted to wet and dry cycles

Due to rain events historical monuments exposed to the atmosphere are frequently submitted to wet and dry cycles. During drying periods wetness is maintained in some confined regions and the corrosion product layer, generally denominated patinas, builds up and gets thicker. The aim of this study is to use electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to investigate the electrochemical behaviour of pure copper coated with two artificial patina layers and submitted either to continuous or to intermittent immersion tests, this latter aiming to simulate wet and dry cycles. The experiments were performed in 0.1 mol dm(-3) NaCl solution and in artificial rainwater containing the most significant pollutants of the city of Sao Paulo. The results of the continuous immersion tests in the NaCl solution have shown that the coated samples behave like a porous electrode with finite pore length. On the other hand, in the intermittent tests a porous electrode response with semi-infinite pore length can be developed. The results were interpreted based on the model of de Levie and a critical comparison with previous interpretations reported in the literature for similar systems is presented. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.