published_or_final_version / Urban Planning / Master / Master of Science in Urban Planning

published_or_final_version / Transport Policy and Planning / Master / Master of Arts

Reliable and efficient data transfer on the Internet is an important issue. Since late 70's the protocol responsible for that has been the de facto standard TCP, which has proven to be successful through out the years, its self-managed congestion control algorithms have retained the stability of the Internet for decades. However, the variety of existing new technologies such as high-speed networks (e.g. fibre optics) with high-speed long-delay set-up (e.g. cross-Atlantic links) and wireless technologies have posed lots of challenges to TCP congestion control algorithms. The congestion control research community proposed solutions to most of these challenges. This dissertation adds to the existing work by: firstly tackling the highspeed long-delay problem of TCP, we propose enhancements to one of the existing TCP variants (part of Linux kernel stack). We then propose our own variant: TCP-Gentle. Secondly, tackling the challenge of differentiating the wireless loss from congestive loss in a passive way and we propose a novel loss differentiation algorithm which quantifies the noise in packet inter arrival times and use this information together with the span (ratio of maximum to minimum packet inter arrival times) to adapt the multiplicative decrease factor according to a predefined logical formula. Finally, extending the well-known drift model of TCP to account for wireless loss and some hypothetical cases (e.g. variable multiplicative decrease), we have undertaken stability analysis for the new version of the model.

Appraisal methodologies for congestion mitigation projects are relatively less well developed compared to methodologies for projects reducing free flow travel times. For instance, static assignment models are incapable of representing the build-up and dissipation of traffic queues, or capturing the experienced crowding caused by uneven on-board passenger loads. Despite the availability of dynamic traffic assignment, only few model systems have been developed for cost-benefit analysis of real applications. The six included papers present approaches and tools for analysing traffic and transit projects where congestion relief is the main target. In the transit case studies, we use an agent-based simulation model to analyse congestion and crowding effects and to conduct cost-benefit analyses. In the case study of a metro extension in Stockholm, we demonstrate that congestion and crowding effects constitute more than a third of the total benefits and that a conventional static model underestimates these effects vastly. In another case study, we analyse various operational measures and find that the three main measures (boarding through all doors, headway-based holding and bus lanes) had an overall positive impact on service performance and that synergetic effects exist. For the congestion charging system in Gothenburg, we demonstrate that a hierarchal route choice model with a continuous value of time distribution gives realistic predictions of route choice effects although the assignment is static. We use the model to show that the net social benefit of the charging system in Gothenburg is positive, but that low income groups pay a larger share of their income than high income groups. To analyse congestion charges in Stockholm however, integration of dynamic traffic assignment with the demand model is necessary, and we demonstrate that this is fully possible. Models able to correctly predict these effects highlight the surprisingly large travel time savings of pricing policies and small operational measures. These measures are cheap compared to investments in new infrastructure and their implementation can therefore lead to large societal gains. / <p>QC 20160829</p>

La congestion routière est le résultat d’un excès de la demande sur l’offre. Sur le réseau autoroutier en particulier, la congestion apparaît soit en section courante, soit au niveau des bretelles d’accès, des bretelles de sortie ou des zones d’entrecroisement qui sont généralement appelées les discontinuités ou nœuds du réseau routier. Les objectif de la thèse sont (i) d'apporter des éclairages sur la phénoménologie du trafic au droit des discontinuités du réseau autoroutier et (ii) de proposer des modèles macroscopiques pour en prédire le fonctionnement et évaluer des stratégies d'optimisation de l'écoulement du flux. Contrairement aux modèles existants, les modèles proposés dans cette thèse prennent en compte les phénomènes physiques du trafic en intégrant explicitement les comportements individuels des usagers. Après avoir présenté les outils méthodologiques et expérimentaux mobilisés, la thèse propose une analyse empirique des changements de voie à partir de données individuelles de trajectoires. Sur la base des résultats empiriques, la thèse présente ensuite les modèles analytiques développés qui sont utilisés dans une dernière partie pour proposer des stratégies d'optimisation de l'écoulement du flux du trafic. / The congestion occurs when the demand is higher than the supply. On the highway network, the congestion forms on the diverges, the merges and the weaving section which are generally named the discontinuities of the network. The thesis aims at (i) investigating the traffic phenomenology at the discontinuities of the highway network and (ii) developing macroscopic traffic flow model to forecast their operation and evaluate traffic regulations. Those models will explicitly integrate the drivers' microscopic behaviors. The thesis presents first the methodological and experimental tools. Then, it proposes an empirical analysis of the lane-changes at two merges and one weaving sections. The thesis describes the analytical models while it ends with operational applications of those models.

Depuis une vingtaine d'années, les problématiques de transport public en région parisienne sont devenues une préoccupation majeure. Pour les usagers qui consacrent en moyenne environ deux heures quotidiennement à leurs déplacements domicile-travail, la qualité de l'offre de transport est un enjeu majeur.La société nationale des chemins de fer français qui exploitent la majeure partie du réseau ferré dans cette région joue un rôle central dans l'organisation des transports. Mais à l'opposé des attentes qui pèsent sur ce secteur, le trafic ferroviaire rencontrent un certain nombre de dysfonctionnements. En s'inscrivant dans une démarche globale de remise en question des principes d'exploitation ferroviaire en zone dense, cette thèse apporte un regard nouveau sur l'origine des retards qui affectent les trains.Un modèle simple qui permet d'étudier la congestion du trafic ferroviaire sous l'influence de perturbations aléatoires est proposé. En s'inspirant des outils du trafic routier et tout particulièrement du diagramme fondamental de réseau,on définit pour le ferroviaire, le diagramme fondamental de ligne ferroviaire qui permet de représenter le débit en fonction de la concentration sur une portion de ligne ferroviaire. Cet outil est ensuite utilisé pour comparer les résultats issus de notre modèle à un jeu de données mesuré sur deux lignes de chemin de fer de la région parisienne.Cette comparaison montre que notre modèle permet de reproduire qualitativement les phénomènes de congestion du trafic observés sur les cas réels. / Over the last twenty years, public transport issues in the Paris region have become a major concern. The French national railway company, which operates most of the rail network in this region, plays a central role in the organisation of transport. However, in contrast to expectations in this sector, rail traffic is experiencing a number of malfunctions. As part of an overall approach to questioning the principles of rail operation in dense areas, this thesis provides a new look at the origin of delays affecting trains. Drawing on road traffic tools and in particular the basic network diagram, the basic railway line diagram is defined for railways, which makes it possible to represent the flow as a function of concentration on a portion of a railway line. This tool is then used to compare the results from our model with a set of data measured on two railway lines in the Paris region, which shows that our model can qualitatively reproduce the traffic congestion phenomena observed on real cases.(Translated with www.DeepL.com/Translator)

Nous examinons la possibilité de déployer un service Lower-than-Best-Effort(LBE)sur des liens à long délai tels que des liens satellites. L'objectif estde fournir une deuxième classe de priorité dédiée à un trafic en tâche defond ou un trafic de signalisation. Dans le contexte des liens à long délai, unservice LBE peut aider à optimiser l'utilisation de la capacité du lien. Enoutre, un service de LBE peut permettre un accès à Internet à faible coût oumême gratuit dans les collectivités éloignées via la communication parsatellite. Il existe deux niveaux de déploiement possible d'une approche de LBE: soit àla couche MAC ou soità la couche de transport. Dans cette thèse, nous nousintéressons à une approche de bout-en-bout et donc nous nousconcentrons spécifiquement sur les solutions de la couche transport. Nousproposons tout d'abord d'étudier LEDBAT (Low Extra Delay BackgroundTransport)en raison de son potentiel. En effet, LEDBAT a été normalisé parl'IETF et est largement déployé dans le client BitTorrent officiel.Malheureusement, le réglage des paramètres de LEDBAT dépend fortement desconditions du réseau. Dans le pire des cas, les flux LEDBAT peuvent prendretoute la bande passante d'autre trafic tels que le trafic commercial sur lelien satellite. LEDBAT souffre également d'un problème intra-inéquité, appelélatecomer advantage. Toutes ces raisons empêchent souvent les opérateursde permettre l'utilisation de ce protocole sur le lien sans fil et à longdélai puisqu'une mauvaise configuration peut surcharger la capacité du lien.Pour répondre à l'ensemble de ces problèmes, nous proposons FLOWER, un nouveauprotocole de transport, qui se positionne comme alternative à LEDBAT. Enutilisant un contrôleur de logique floue pour réguler le débit des données,FLOWER vise à résoudre les problèmes de LEDBAT tout en remplissant le rôle d'unprotocole de LBE. Dans cette thèse, nous montrons que FLOWER peut transporter letrafic deLBE non seulement dans le contexte à long délai, mais dansplusieurs conditions du réseau où LEDBAT se trouve en échec. / In this thesis, we look at the possibility to deploy a Lower-than-Best-Effort(LBE) service over long delay links such as satellite links. The objective isto provide a second priority class dedicated to background or signalingtraffic. In the context of long delay links, an LBE service might also help tooptimize the use of the link capacity. In addition, an LBE service can enablea low-cost or even free Internet access in remote communities via satellitecommunication. There exists two possible deployment level of an LBE approach: either at MAClayer or at transport layer. In this thesis, we are interested in anend-to-end approach and thusspecifically focus on the transport layersolutions. We first propose to study LEDBAT (Low Extra Delay BackgroundTransport) because of its potential. Indeed, LEDBAT has been standardized byIETF and is widely deployed within the official BitTorrent client.Unfortunately, the tuning of LEDBAT parameters is revealed to highly depend onthe network conditions. In the worst case scenario, LEDBAT flows can starveother traffic such as commercial traffic performing over a satellite link.LEDBAT also suffers from an intra-unfairness issue, called the latecomeradvantage. All these reasons often prevent operators to allow the use of suchprotocol over wireless and long-delay link as a misconfiguration can overloadthe link capacity. Therefore, we design FLOWER, a new delay-based transportprotocol, as an alternative to LEDBAT. By using a fuzzy controller to modulatethe sending rate, FLOWER aims to solve LEDBAT issues while fulfilling the roleof an LBE protocol. Our simulation results show that FLOWER can carry LBEtraffic not only in the long delay context, but in a wide range of networkconditions where LEDBAT usually fails.

La dyspnée aigue due à une congestion pulmonaire dans le cadre d’une insuffisance cardiaque aiguë (ICA) est un motif d’admission fréquent aux Urgences. Actuellement, l’ICA est deux fois plus fréquente et est associée à un risque deux fois plus élevé de décès (8%) que les syndromes coronariens aigus (SCA). La prise en charge en pré hospitalier et aux urgences est devenue une étape clé du parcours de soin de ces patients. Ces dernières années ont vu émerger de nouveaux paradigmes autour de la prise en charge de l’ICA mettant en perspective la complexité de cette pathologie. On parle désormais de syndrome d’insuffisance cardiaque aiguë (SICA), terminologie qui souligne la pluralité des situations cliniques et la diversité des profils congestifs. Cependant, l’évaluation de la répartition de la congestion au cours d’un SICA, même s’il existe peu de données sur ce sujet, est actuellement principalement faite sur des arguments cliniques ; l’échographie pulmonaire et l’estimation du volume plasmatique (ePVS, basé sur un calcul intégrant hémoglobine et hématocrite) pourraient permettre de mieux préciser les profils congestifs. Plusieurs études rapportent que la rapidité et l’exactitude du diagnostic étiologique de dyspnée aigue sont associées au pronostic des patients. Malgré l’existence d’outils diagnostiques (biomarqueurs, examens de radiologie), l’incertitude quant au diagnostic étiologique reste importante dans le contexte d’un service d’urgence, ce qui rend difficile la diminution du « Time to therapy » promue par les recommandations de la société européenne de cardiologie 2016. Les objectifs de notre travail étaient d’identifier des profils de congestion distincts d’insuffisance cardiaque aigue, de préciser la valeur diagnostique et pronostique de ces profils dans le contexte d’une dyspnée aigue, et de déterminer si l’effet thérapeutique des modalités de prise en charge initiale en urgence est dépendant de ces profils congestifs. Dans le cadre de notre travail, nous avons pu montrer sur la base des analyses réalisées dans la cohorte DeFSSICA que les outils permettant de mieux préciser le profil congestif des patients (notamment l’échographie pulmonaire et l’ePVS) sont peu utilisés aux urgences. Dans un deuxième travail, nous avons montré sur la cohorte PARADISE (NCT02800122) – conçue dans le cadre de ce doctorat, que l’altération de fonction rénale, l’hyponatrémie et la dysglycémie sont associée de façon significative au pronostic des patients atteints de dyspnée aigue. Dans un troisième travail, nous avons montré que le volume plasmatique estimé est un outil diagnostique performant de SICA et qu’un niveau plus important de congestion évaluée par l’ePVS est associé à une mortalité intra-hospitalière des patients admis pour dyspnée aigue plus élevée. Notre travail a aussi permis de concevoir et démarrer l’étude PURPLE (Pathway and Urgent caRe of dyspneic Patient at the emergency department in LorrainE district – NCT NCT03194243) qui collecte les données cliniques et paracliniques des patients admis pour dyspnée aigue aux urgences de façon prospective dans la région Lorraine. Par ailleurs, ce travail de thèse a aussi permis de concevoir et faire financer le projet EMERALD-US (Evaluation de la faisabilité de la Mise en œuvre et de la performance d’un algorithme d’EchogRraphie Aux urgences pour Le diagnostic de Dyspnée aigue-UltraSound) qui vise à valider un algorithme spécifique aux urgences utilisant l’échographie pulmonaire, cardiaque et vasculaire pour le diagnostic étiologique de dyspnée aigue / Acute dyspnea due to pulmonary congestion in acute heart failure (AHF) is a common reason for admission to the ER. Currently, AHF is twice as common and associated with a twofold higher risk of death (8%) than acute coronary syndromes (ACS). Pre-hospital and emergency care has become the cornerstone of care of these patients. In recent years, new paradigms have emerged surrounding AHF management, highlighting the complexity of this disease. Hence the use of the term acute heart failure syndrome (AHFS), a terminology underscoring the plurality of clinical situations and the diversity of congestive profiles. However, the assessment of congestion distribution during an AHFS is currently predominantly based on clinical arguments in spite of limited data. Alternatively, lung ultrasound (LUS) and estimation of plasma volume (ePVS, based on hemoglobin and hematocrit) could allow for a better assessment of congestive profiles. Several studies report that the rapid and accurate etiological diagnosis of acute dyspnea is associated with prognosis. Despite the availability of diagnostic tools including clinical exam, biomarkers and radiology, there is still considerable uncertainty regarding etiological diagnosis in the emergency department (ED) setting, hence rendering it difficult in reducing the « Time to therapy » advocated by the recommendations of the European Cardiology Society 2016 for AHF. The objectives of the present work were to identify distinct congestion profiles of AHF, to clarify the diagnostic and prognostic value of these profiles in the context of acute dyspnea, and to determine whether the therapeutic effect of initial emergency management modalities is dependent on these congestive profiles. In the course of our work, we were able to demonstrate in the DeFSSICA cohort that the tools allowing a better assessment of the patient's congestive profile (particularly LUS and ePVS) are rarely used in ED. In a second study, we showed in the PARADISE cohort (NCT02800122) - designed as part of this PhD research project - that impaired renal function, hyponatremia and dysglycemia are significantly associated with prognosis in patients with acute dyspnea. In a third study, we showed that the ePVS is an effective AHF diagnostic tool and that a higher congestion level assessed by ePVS is associated with higher in-hospital mortality of patients admitted for acute dyspnea. Our work also enabled us to design and initiate the PURPLE (Pathway and Urgent caRe of dyspneic Patients at the emergency department in LorrainE district - NCT03194243) study, which collects clinical and paraclinical data of patients admitted for acute dyspnea on a prospective basis. Lastly, this PhD research project enabled designing and obtain funding for the EMERALD-US project (Evaluation of the feasibility of implementing and performance of an Emergency Echography algorithm for the diagnosis of Acute Dyspnea-UltraSound) which aims to validate an original algorithm specific to emergency situations using lung, cardiac and vascular ultrasound for the etiological diagnosis of acute dyspnea

Our cities have been continually growing at an uncontrolled rate leading to the problem of trafficcongestion, which has discernable effects on all the aspects of sustainability, be it social,environmental or economical. This continual shift of increasing size of centre and decreasingsize of periphery poses huge sustainability challenge of meeting the consumption demands. Wepresently face the most unprecedented times in terms of the pace at which our natural resourcesare getting consumed. It is clear that replenishing some of these resources is totally out ofquestion. On the other side of the coin, the advances of human technology have provided itsgreatest gift of information &amp; communication technology (ICT). Today we have access to datafrom any point of the world to anywhere. There is a growing need to use this data andinformation with a holistic view to build more Intelligent Transport Systems. In our paper wediscuss how the advent of ICT can have an impact on bringing a sustainable transportationsystem. The work is divided in two folds, by first understanding the direct role of ICT intransport sustainability and then observing the direct correlation between usage of ICT andtravel demand. The problems of traffic congestion and its solutions like congestion pricing haveexisted in practice since ages; the perspective which we add to it is the role of ICT in making itbetter. The greater perspective that is being researched here is at an absolute fundamental leveland takes us to the question if and how ICT can work on root level challenges, like findingmethods to have a better traceability without compromising on privacy, changing driverbehaviour patterns and stopping the expansion of centre &amp; contraction of periphery.

published_or_final_version / Geography and Geology / Master / Master of Philosophy