Introduction 1
1.1 Problem Statement and Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Research Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Research Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 Dissertation Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10