Aquesta tesi presenta una nova família de protocols basats en contesa, els algorismes ALOHA estabilitzats de finestra (window stabilized ALOHA, WSA). Aquests protocols d'accés aleatori tenen resolució dinàmica i probabilística i es poden seguir aplicant encara que el model de Poisson para el procés d'arribades no sigui vàlid. De partida, s'ha conjuntat la idea simple dels protocols ALOHA, amb l'eficiència dels protocols de resolució de col·lisions amb accés bloquejat, resultant una nova família de protocols que tenen unes prestacions millorades respecte als existents amb el mateix model de sistema. Aquests protocols presentats i analitzats són una variant millorada del protocol Slotted-ALOHA estabilitzat, proposat per nombrosos autors, que aconseguien d'aquesta forma que l'algorisme arribés de forma estable a aconseguir un throughput de 0,36. El càlcul analític dels seus paràmetres: throughput i retard, permet quantificar la bondat d'aquests algorismes i comparar-los amb els ja existents. Els algorismes presentats aquí aconsegueixen un throughput de 0,4335 per al cas del feedback binari, 0,4365 per al cas del feedback ternario, i de 0,5052 per a un feedback òptim. / Esta tesis presenta una nueva familia de protocolos basados en contienda, los algoritmos ALOHA estabilizados de ventana (window stabilized ALOHA, WSA). Estos protocolos de acceso aleatorio tienen resolución dinámica y probabilística y se pueden seguir aplicando aún cuando el modelo de Poisson para el proceso de llegadas no sea válido.De partida, se ha aunado la idea simple de los protocolos ALOHA, con la eficiencia de los protocolos de resolución de colisiones con acceso bloqueado, resultando una nueva familia de protocolos que tienen unas prestaciones mejoradas respecto a los existentes con el mismo modelo de sistema.Estos protocolos presentados y analizados son una variante mejorada del protocolo Slotted-ALOHA estabilizado, propuesto por numerosos autores, que conseguían de esta forma que el algoritmo llegara de forma estable a conseguir un throughput de 0,36. El cálculo analítico de sus parámetros: throughput y retardo, permite cuantificar la bondad de estos algoritmos y compararlos con los ya existentes.Los algoritmos presentados aquí consiguen un throughput de 0,4335 para el caso del feedback binario, 0,4365 para el caso del feedback ternario, y de 0,5052 para un feedback óptimo. / This thesis introduces a new family of content-based protocols , the window stabilized ALOHA algorithms (WSA). These random access protocols have dynamic and probabilistic resolution and they can be applied even when the Poisson model for the arrival process would not be valid. Initially, it has brought together the simple idea of ALOHA protocols , with the efficiency of the collision resolution protocols with blocked access , resulting in a new family of protocols that have improved performance with respect to the existing ones with the same system model. These protocols are a improved variant protocol of Slotted-stabilized ALOHA , proposed by many authors, who get in this way that the algorithm arrive at the stable throughput of 0.36. The analytical calculation of parameters, throughput and delay, allows quantify the goodness of these algorithms and compare them with existing ones. The algorithms presented here provide a throughput of 0.4335 to the case of binary feedback, 0.4365 to the case of ternary feedback, and 0.5052 to optimal feedback.

This doctoral thesis analyses whether electric vehicle is technical, economic and environmental sustainable. We have studied a company fleet of electric vehicles which has a carsharing service for the retail department to know if the EV could replace an internal combustion engine vehicle. We have examined the journeys of 8 EV located on six of the main cities of Spain through data collected from the CAN bus UCV (on-board diagnostics). We have measured the battery's charging, because we are interested on its behaviour (autonomy, auto-discharging and aging) and the energy required to charge the EV. Also, we have studied the well to wheels analysis, assessing their efficiency and environmental effects (CO2 emissions and noise), quantifying the economic impact (fuel and Total Cost of Ownership) and other potential benefits associated with EV (Corporate Social Responsibility, tax free, etc). / Esta tesis analiza si el vehículo eléctrico es sostenible técnica, económica y ambientalmente y puede sustituir a un vehículo de combustión interna, estudiando la flota de vehículos eléctricos de una empresa que tiene un servicio de carsharing contratado para el desplazamiento de sus comerciales. Para ello, se han examinado los trayectos de ocho vehículos eléctricos en seis ciudades españolas a través de los datos obtenidos de su CAN bus mediante el UCV (equipo embarcado) durante los años 2012 y 2013. Además, se han realizado medidas de la carga de la batería, para conocer su comportamiento (autonomía, autodescarga y envejecimiento) y sus consumos energéticos. El objetivo es estudiar su ciclo de vida, valorando su eficiencia y efectos ambientales (emisiones de CO2 y ruido), y concluir cuantificando su impacto económico (combustibles y coste total de la propiedad) y otras posibles ventajas asociadas al vehículo eléctrico (responsabilidad social corporativa, exención de impuestos, etc).

The submitted Ph.D. thesis is a contribution to the development of pico-satellites and nano-satellites for Earth Observation and Technology Demonstrators. Development of satellites with a mass from 1 kg up to 10 kg has really boosted during the past 15 years offering large costs reduction with respect to conventional (larger) satellites at compromised performances. However, these performances are increasing step by step, and their potential is about to explode. With 1.3 kg and a volume of 1 liter, 3Cat-1 is the first pico-satellite class satellite with up to seven different payloads on board: a harvesting energy powered beacon, a new topology solar cells, an optical sensor, a Geiger counter, a mono-atomic MEMS oxygen detector, a graphene transistor, and a Wireless Power Transfer experiment. Additionally, many main subsystems like the Electrical Power, the Attitude Determination and Control, and the Communication subsystems have been developed during this PhD. A description of each subsystem and how they have been integrated under these constrains are described in this PhD Thesis report. In the subsystems and in the experiments there are novel concepts and designs that will be explained. Some have been already published in the technical and scientific literature, others will be in the near future. / Tesi doctoral és una contribució al desenvolupament de pico-satèl.lits per a observació de la Terra i demostradors tecnològics. El desenvolupament de satèl¿lits amb massa d'entre 1 kg i 10 kg ha crescut ràpidament durant els darrers 15 anys, oferint importants reduccions de cost respecte els satèl.lits més convencionals (i més grans) amb unes prestacions menors però al mateix temps, acceptables. No obstant, aquestes prestacions estan millorant pas a pas, i el seu potencial a prop d'explosionar. Amb una massa de 1.3 kg i un volum d'un litre, el 3Cat-1 és el primer pico-satèl.lit de la seva categoria equipat amb set diferents càrregues útils a bord: un senyal de radio-balisa alimentat amb energia provinent d'un sistema recol.lector d'energia ambient, una nova topologia de cel.les solars, un sensor òptic, un comptador Geiger, un detector MEMS d'oxigen atòmic, un transistor de grafè, i un experiment de transmissió d'energia per acoblament inductiu. A més a més, molts dels subsistemes com ara el d'energia elèctrica, control i determinació d'actitud, i el subsistema de comunicacions han estat desenvolupats durant aquesta Tesi doctoral. Una descripció de cada subsistema, i com han estat integrats en condicions d'espai, massa i energia reduïdes, s'explica en aquest document. En els subsistemes i en els experiments hi ha nous conceptes i dissenys explicats. Alguns han estat ja publicats en la literatura científica mentre que altres ho seran en un futur proper

Tesi per compendi de publicacions / Projects relying on renewable energies are a suitable and sustainable option to electrify isolated communities autonomously. These systems produce electricity in a clean and environmentally respectful way and their cost is often lower than national grid extension. Hybrid systems that combine different energy resources (wind and solar) and distribution through microgrids are the most efficient design configurations. When considering hybrid systems and microgrids, the design of rural electrification projects is referred to as the AVEREMS problem. The optimization of the AVEREMS problem is a complex task that requires the use of specific support tools. In this context, some shortcomings have been encountered in the current state-of-the-art in the design of off-grid electrification projects based on renewable energies, in specific: the lack of knowledge about detailed wind resource studies for this kind of projects and the need of procedures for solving the AVEREMS problem considering generation also far from the demand in order to take advantage of best resource areas. The main objective of this thesis is to tackle these limitations by means of: 1) defining a method for detailed wind resource assessment in rural electrification projects, 2) the development and 3) application of procedures to solve the AVEREMS problem considering micro-scale resource variations and generation in every point of a community (being a demand or a no-demand point). Firstly, a method for detailed wind resource assessment is presented relying on the use of micro-scale wind flow models: the method is validated in two mountainous communities and applied for the design of a real project in Cape Verde. Then, different solving procedures are developed: first some indicators are proposed to support algorithms¿ design, and then two procedures (a deterministic heuristic and a metaheuristic algorithm) are presented in order to solve the AVEREMS problem. Different algorithm versions are analyzed in order to select the ones that give best results. The proposed algorithms, besides considering generation in every point of a certain area (being a demand or a no-demand point), enhance the performance of the currently available tools. Finally, the design of a real electrification project in Nicaragua is carried out including a micro-scale wind resource assessment and the application of the developed metaheuristic procedure for design optimization. The wind resource assessment method and the solving procedures developed in this Thesis can be easily applied to support the design of off-grid rural electrification projects with renewable energies. Their utilization will improve projects efficiency and sustainability reducing some of the technical issues that still limit their implementation in isolated communities. / Los proyectos de electrificación basados en energías renovables han demostrado ser una opción adecuada y sostenible para abastecer comunidades aisladas de forma autónoma. Estos sistemas producen energía de manera limpia y respetuosa del medio ambiente y su coste es a menudo inferior al de extender la red eléctrica nacional. Las configuraciones de diseño más fiables y eficientes utilizan sistemas híbridos que combinan varios recursos (eólico y solar) y distribución mediante microrredes. El diseño de proyectos de electrificación rural considerando sistemas híbridos y microrredes se ha definido como el problema AVEREMS. La optimización del problema AVEREMS es una tarea compleja que requiere el uso de herramientas de soporte. Actualmente, el proceso de diseño de proyectos de electrificación basados en energía renovables presenta algunas limitaciones. Entre ellas, destacan la falta de conocimientos sobre estudios del recurso eólico y la necesidad de procedimientos para resolver el problema AVEREMS incluyendo la generación alejada de los puntos de consumo para aprovechar las áreas de mayor potencial. El principal objetivo de esta tesis es abordar dichas limitaciones, mediante: 1) la definición de un método para evaluar en detalle el recurso eólico en proyectos de electrificación rural; 2) el desarrollo y 3) la implementación de procedimientos para resolver el problema AVEREMS considerando la variación del recurso a micro-escala y generación en todos los puntos (sean estos de consumo o de no-consumo) de una determinada área. Primero se presenta un método para realizar estudios del recurso eólico mediante el uso de modelos de flujo de viento a micro-escala. El método se valida en dos comunidades montañosas y se aplica para el diseño de proyectos reales en Cabo Verde. Sucesivamente, se desarrollan diferentes procedimientos resolutivos: primero se definen unos indicadores de soporte al diseño, y sucesivamente se presentan dos algoritmos (uno heurístico y otro meta-heurístico) para resolver el problema AVEREMS. Se analizan diferentes versiones de los algoritmos para finalmente seleccionar las que obtienen los mejores resultados. Además de considerar generación en todos los puntos (de consumo o de no-consumo) de una cierta área, los algoritmos propuestos mejoran considerablemente las prestaciones de los métodos disponibles actualmente. Finalmente, se analiza el diseño de un proyecto de electrificación en una comunidad rural en Nicaragua incluyendo la evaluación de recurso a micro-escala y la aplicación del algoritmo meta-heurístico para la optimización del diseño. La metodología para la evaluación del recurso eólico y los algoritmos resolutivos desarrollados en esta tesis se pueden fácilmente aplicar para suportar el diseño de proyectos de electrificación rural con energías renovables. Su utilización permitirá mejorar la eficiencia y sostenibilidad de estos proyectos reduciendo algunos de los problemas técnicos que limitan su implementación en comunidades aisladas

Aerial Transportation system is based in a legacy infrastructure that supports its different functionality separately. There is a tendency to simplify the infrastructure, increasing its efficiency, technical and monetary. UAS are perceived by the general public as simplified versions of the conventional aviation because they have not any human flight crew on board. In fact, they have a flight crew, but this flight crew is placed on ground adding some complications to the system (e.g: Command & Control link). Conventional aviation perceives UAS as a source of problems, mainly because they have no human flight crew on board capable of creating the situational awareness of the UAS. This lack of situational awareness compromises as well the rest of airspace users safety. This PhD explores the capability of UAS to contribute to the situational awareness of both the own aircraft (generating navigation data) as to the situational awareness of the rest of airspace users (generating surveillance data). The contribution to the situational awareness of both the own aircraft (navigation data) as well as the rest of airspace users (surveillance) is simulated assuming UAS communications based on TDMA and at the communication rates described in the literature. The simulation scenario has been kept simple with a low communication rate and a low number of UAS flying in the simulated area. The results of navigation are in line with the RNP1. The results in surveillance are in line with the 3NM separation but with a refresh rate much higher. Then, with this proposal, UAS could be considered as contributors to the situational awareness instead as the problem that destroys the situational awareness. / El sistema de transport aeri es basa en una infraestructura que implementa les seves funcionalitats per separat. Hi ha una tendència a simplificar la infraestructura, augmentant la seva eficiència, tècnica i monetària. Els UAS són percebuts pel públic en general com versions simplificades de l'aviació convencional, ja que no tenen cap tripulació humana a bord. De fet, tenen una tripulació de vol, però la tripulació de vol es a terra, afegint algunes complicacions en el sistema (per exemple: enllaç de comandament i control). L'aviació convencional percep els UAS com una font de problemes, sobretot perquè l'absencia de tripulació de vol humana a bord capaç de crear la consciència situacional de l'UAS. Aquesta manca de consciència situacional, compromet doncs la seguretat dels usuaris de l'espai aeri. Aquesta PhD explora la capacitat dels UAS per contribuir a la consciència situacional tant de la pròpia aeronau (generació de dades de navegació) com a la consciència situacional de la resta dels usuaris de l'espai aeri (generació de dades de vigilància). La contribució a la consciència situacional tant de la pròpia aeronau (dades de navegació), com de la resta d'usuaris de l'espai aeri (vigilància) es simula assumint comunicacions UAS basats en TDMA amb uns ratis de comunicació descrits a la literatura. L'escenari de simulació s'ha mantingut simple amb una taxa de comunicació baixa i un baix nombre d'UAS volan a la zona simulada. Els resultats de la navegació estan en línia amb la RNP1. Els resultats de la vigilància estan en línia amb la separació 3nm però amb una freqüència d'actualització molt més alt que l'oferta pels radars. Com a conclusió, aquesta proposta considera els UAS com a contribuents a la consciència situacional en lloc de com un problema que destrueix la consciència situacional.

L'espectroscòpia òptica dels ions Tm3+ i Yb3+ en tungstats dobles monoclínics és molt important per desenvolupar dispositius làser d'estat sòlid. Els tungstats dobles monoclínics són molt interessants pels avantatges que presenten com a matrius làser. Aquests materials poden créixer i dopar-se amb ions òpticament actius de forma relativament fàcil, i la seva estructura cristal·lina monoclínica provoca una marcada anisotropia òptica, la qual possibilita obtenir radiació làser de forma polaritzada. Els ions Tm3+ i Yb3+ presenten bandes amples i elevades seccions eficaces d'absorció i emissió en els tungstats que faciliten assolir emissions estimulades en un rang ampli de longituds d'ona. A més, els ions Yb3+ sensibilitzen els Tm3+, als quals transfereixen eficientment la seva energia. Els ions Tm3+ i Yb3+ es poden excitar amb certa facilitat amb díodes làser de GaAlAs i InGaAs al voltant de 800 i 980 nm, respectivament. La radiació làser més estudiada dels ions Tm3+ és la que generen al voltant de 2 m, i té aplicacions en els camps de la medicina i dels sensors remots o sistemes radar de l'atmosfera.Aquest treball de recerca s'exposa en cinc capítols. En el primer s'introdueixen els làsers d'estat sòlid i les propietats dels tungstats dobles monoclínics de KGd(WO4)2 i KYb(WO4)2 i dels ions Tm3+ i Yb3+; a continuació es detallen les possibles transferències d'energia entre ions, algunes de les quals donen lloc a mecanismes d'upconversion i es presenten els objectius que es pretenen assolir. En el capítol 2 s'introdueixen les tècniques espectroscòpiques i es descriu l'equipament experimental utilitzat en la caracterització òptica d'aquests materials.Els resultats experimentals s'exposen als capítols 3, 4 i 5. En el capítol 3 s'estudia l'absorció òptica per obtenir l'estructura de nivells energètics i dissenyar les possibles estratègies d'excitació dels ions. Les mesures d'absorció es realitzen sota condicions de llum polaritzada i en funció de la temperatura, a baixa temperatura (6 K) es determina el desdoblament Stark dels nivells excitats dels ions Tm3+. En el capítol 4 s'analitza la luminescència dels ions Tm3+, primer en cristalls de KGd(WO4)2 dopats amb ions Tm3+ i codopats amb ions Tm3+ i Yb3+, i a continuació en cristalls de KYb(WO4)2 dopats amb ions Tm3+. La luminescència s'estudia en funció de la concentració d'ions i de la temperatura, a baixa temperatura (6 K) es determina el desdoblament Stark de l'estat fonamental dels ions Tm3+. En el capítol 5 es fa un breu recull bibliogràfic de l'acció làser al voltant de 2 m dels ions Tm3+ i es presenten els resultats aconseguits en els cristalls de KGd(WO4)2, en els quals es comparen les orientacions amb E//Nm i E//Np, i es posa especial èmfasi en el rang de sintonització assolible. A continuació dels resultats es presenten les conclusions i les referències bibliogràfiques, i finalment s'adjunten les publicacions dels resultats de la tesi doctoral. / Tm3+ -doped laser materials are emerging as very interesting active media for the 2 µm spectral region due to the possibility for diode pumping near 800 nm and their broad tunability. Potential applications lie in the fields of medicine, laser radar and atmosphere monitoring. The monoclinic double tungstates are strongly anisotropic biaxial crystals that allow to obtain polarized laser radiation. Their advantages for highly efficient, low threshold laser operation with diode pumping are well known in the case of Nd3+ and Yb3+ doping but so far only few laser works were devoted to Tm3+ -doped double tungstates. Yb3+ ions are good sensitizers of Tm3+ ions. The advantages of Yb3+ ions are that they absorb in the near-infrared region around 980 nm, where laser diodes work efficiently.In this work we investigate the CW laser characteristics of Tm-doped KGd(WO4)2 on the 3F43H6 transition as a tunable source in the 2 µm spectral range operating at room temperature. An overall tunability extending from 1790 to 2042 nm is achieved with maximum output powers of 400 mW for an absorbed pump power of 1 W. Various doping levels, pump wavelengths and polarization configurations are compared and the advantages of the monoclinic double tungstates over other Tm-hosts are outlined.

Usually multimedia services can be divided into two different phases: access to the service and content distribution. The first phase usually takes place over reliable transport protocols and unicast connections. The second one is often performed over unreliable transport protocols and multicast communications. Adding security to the first phase only needs a straight application of well known unicast security techniques. On the contrary, adding security to IP multicast requires the study of a new problem because traditional unicast solutions do not fit the new environment.This Doctoral Thesis deals with the arising problems when security is added to multicast environments and proposes different practical solutions.Among all the attacks to the distribution phase, eavesdropping is probably the most significant. Ciphering is the security service against eavesdropping. Multicast encryption introduces the Key Management problem in multicast.If Perfect Forward and Backward secrecy is required the session key must be updated every time a member joins or leaves the multicast group. In huge and highly dynamic groups the unicast distribution of the session key is completely unfeasible The contributions of this Thesis consist in different logical key tree based updating algorithms for multicast. Our proposals take advantage of pseudo-random functions and modular reduction in order to reduce required bandwidth for updating and total amount of bytes stored in the Key Server. In many scenarios it is not worth to update the key every time a change in the membership occurs. Services as Web-TV permit a decrease in security in order to reduce bandwidth requirements for key management. In such case batch rekeying algorithms are used. This kind of algorithm process periodically all joining and leaving requests produced since the last rekeying process at once. Batch rekeying algorithms are efficient if and only if the logical tree is maintained balanced. This Thesis also proposes a batch-rekeying algorithm that leads to completely balanced trees for the whole group lifetime.Batch processing techniques are also combined with the former contributions in order to increase efficiency.The proposals of this Thesis are not supported by the IETF standard on Key Management for multicast secure communications (GDOI). This is mainly because this standard does not allow members to change their position in the tree while they are members of the group. Finally, an adaptation of GDOI allowing the performance of our contributions is proposed.

Co-tutela Universitat Politècnica de Catalunya i Università degli studi di Napoli “Federico II” / The aim of the present thesis has been to test the applicability of the innovative Advanced DInSAR techniques in the natural risk mitigation related to subsidence phenomena. In particular, two test sites have been chosen, both located within alluvial plains and affected by subsidence phenomena: Telese Terme (Italy) where no monitoring network has been installed in spite of the great amount of damaged buildings located in the urban area; Murcia city (Spain) where subsidence has caused damage to structures and infrastructures with an estimated cost of more than 50 million euros. In this second case, the institutions have required studies since '90. For this reason, 20 years of monitoring data are available which have allowed the implementation of an integrated monitoring system based upon satellite DInSAR, conventional field techniques and geotechnical data. Therefore these two areas have been chosen to test different approaches in the use of DInSAR results which can complete a monitoring network where available (as in the case of Murcia city) and replace it where it does not exist (as in the case of Telese Terme). In Murcia case study, the correlation between the temporal evolution of ground surface displacement measures (radar and in situ) and the piezometric groundwater level variation has been analysed to determine mechanisms and critical states of failure; this has permitted to implement a finite element model (FEM) of the phenomenon. Therefore, two models have been carried out: one (called "deep") up to the end of the gravel layer (where the pumping takes place) and one (called "shallow") up to the extensometers' base. The results of the deep model have been compared with DInSAR displacements time series which represent the whole deformation of the stratigraphic column. These comparisons have allowed the individuation of local anomalies of the stiffness values, and have permitted a best model calibration. Moreover, the shallow model results have been compared with the extensometers measurements. These comparisons have showed the occurrence of vertical anisotropies of the permeability. This hypothesis has been verified, analysing the available Lefranc's tests and the most detailed stratigraphic columns and a new model has been proposed. The geotechnical model results have been interpolated through the Ordinary Kriging Radar Errors (OKRE) technique. The achieved deformation maps have been used in the SAR images processing to allow the algorithm to better estimate the no-lineal part of the interferometric phase. In Telese Terme case study, radar measured displacements have allowed to understand the phenomenon spatial extension, its magnitude as same as its historical development. This has permitted the individuation of the causes which provoked damages for some "test buildings". For one of them, a structural model has been implemented; in this case, radar data have been used to verify if its structural response to the displacements detected by SAR corresponded to the overpassing of the limit states. The model results have turned out to have a good correspondence with the forensic analysis achieved in situ. All the proposed approaches could be applied to other scenarios affected by similar phenomena. / El objetivo de la presente tesis ha sido probar la aplicabilidad de las técnicas innovadoras de DInSAR Advanced, en la mitigación de los riesgos naturales relacionados con fenómenos de subsidencia. En particular, se han elegido dos sitios de prueba, ambos ubicados en llanuras aluviales y afectados por fenómenos de subsidencia: Telese Terme (Italia) donde no se ha instalado red de vigilancia, a pesar de la gran cantidad de edificios dañados ubicadas en el área urbana y la ciudad de Murcia (España), donde la subsidencia ha causado daños a las estructuras e infraestructuras con un coste estimado de más de 50 millones de euros. En este segundo caso, las instituciones han requerido estudios desde los años 90.Por esta razón, se dispone de 20 años de datos monitorizados los cuales han permitido la implementación de un sistema integrado de vigilancia basado en el satélite dinSAR, técnicas de datos convencionales y datos geotécnicos. Por lo tanto, para probar diferentes enfoques en el uso de los resultados de DInSAR, se han escogidas estas dos áreas de modo que se pueda completar una red de monitoreo donde esté disponible (como en el caso de la ciudad de Murcia) y reemplazarla donde no existe (como en el caso de Telese Terme). En el caso de Murcia, se ha analizado la correlación entre la evolución temporal de las medidas de desplazamiento de la superficie del suelo (radar in situ) y la variación piezométrica del nivel de las aguas subterráneas para determinar los mecanismos y estados críticos de fracaso. Esto ha permitido poner en práctica un modelo de elementos finitos (FEM) del fenómeno. Teniendo en cuenta estos estudios, se han llevado a cabo dos modelos FEM: uno (llamado "(deep) profundo") hasta el extremo del nivel de grava (donde se lleva a cabo el bombeo) y uno (llamado "(shallow) superficial") hasta la base de los extensómetros. Los resultados del modelo de profundidad han sido comparados con las series temporales de deformación DInSAR que representan toda la deformación de la columna estratigráfica. Estas comparaciones han permitido a la individuación de las anomalías locales de los valores de rigidez, y han permitido una mejor calibración del modelo. Por otra parte, los resultados del modelo superficial (shallow), se han comparado con las mediciones extensométricas. Estas comparaciones han mostrado la ocurrencia de anisotropías verticales de la permeabilidad. Esta hipótesis ha sido verificada, analizando las pruebas disponibles de la Lefranc y las columnas estratigráficas más detalladas y se ha propuesto un nuevo modelo. Los resultados del modelo geotécnico han sido interpolados a través de la técnica "Ordinary Kriging Radar Errors" (OKRE). Los mapas de deformación obtenidos han sido utilizados en el procesado de imágenes SAR para permitir al algoritmo una mejor estimación de la parte no lineal de la fase interferométrica. En el caso de Telese Terme, los desplazamientos radar medidos han permitido comprender la extensión espacial del fenómeno, su magnitud y su desarrollo histórico. Esto ha permitido la individuación de las causas que provocaron daños en algunos edificios "de prueba". Para uno de ellos, se ha implementado un modelo estructural; en este caso, se han utilizados, los datos radar para verificar si su respuesta estructural a los desplazamientos detectados por SAR correspondían a la "superación de los estados límite". Los resultados del modelo han resultado tener una buena correspondencia con el análisis forense conseguida in situ. Todos los aproches propuestos se podrían aplicar a otros escenarios afectados por fenómenos similares.

Nanosystems, integrated systems with a total size of a few micrometers, are capable of interacting at the nanoscale, but their short operating range limits their usefulness in practical macro-scale scenarios. Nanonetworks, the interconnection of nanosystems, will extend their range of operation by allowing communication among nanosystems, thereby greatly enhancing their potential applications. In order to integrate communication capabilities into nanosystems, their communication subsystem needs to shrink to a size of a few micrometers. There are doubts about the feasibility of scaling down current metallic antennas to such a small size, mainly because their resonant frequency would be extremely high (in the optical domain) leading to a large free-space attenuation of the radiated EM waves. In consequence, as an alternative to implement wireless communications among nanosystems, two novel paradigms have emerged: molecular communication and graphene-enabled wireless communications. On the one hand, molecular communication is based on the exchange of molecules among nanosystems, inspired by communication among living cells. In Diffusion-based Molecular Communication (DMC), the emitted molecules propagate throughout the environment following a diffusion process until they reach the receiver. On the other hand, graphene, a one-atom-thick sheet of carbon atoms, has been proposed to implement graphene plasmonic RF antennas, or graphennas. Graphennas with a size in the order of a few micrometers show plasmonic effects which allow them to radiate EM waves in the terahertz band. Graphennas are the enabling technology of Graphene-enabled Wireless Communications (GWC). In order to answer the question of how communication networks will scale when their size shrinks, this thesis presents a scalability analysis of the performance metrics of communication networks to the nanoscale, following a general model with as few assumptions as possible. In the case of DMC, two detection schemes are proposed: amplitude detection and energy detection. Key performance metrics are identified and their scalability with respect to the transmission distance is found to differ significantly from the case of traditional wireless communications. These unique scaling trends present novel challenges which require the design of novel networking protocols specially adapted to DMC networks. The analysis of the propagation of plasmonic waves in graphennas allows determining their radiation performance. In particular, the resonant frequency of graphennas is not only lower than in metallic antennas, but it also increases more slowly as their length is reduced to the nanoscale. Moreover, the study of parameters such as the graphenna dimensions, the relaxation time of graphene and the applied chemical potential shows the tunability of graphennas in a wide frequency range. Furthermore, an experimental setup to measure graphennas based on feeding them by means of a photoconductive source is described. The effects of molecular absorption in the short-range terahertz channel, which corresponds to the expected operating scenario of graphennas, are analyzed. Molecular absorption is a process in which molecules present in the atmosphere absorb part of the energy of the terahertz EM waves radiated by graphennas, causing impairments in the performance of GWC. The study of molecular absorption allows quantifying this loss by deriving relevant performance metrics in this scenario, which show novel scalability trends as a function of the transmission distance with respect to the case of free-space propagation. Finally, the channel capacity of GWC is found to scale better as the antenna size is reduced than in traditional wireless communications. In consequence, GWC will require lower transmission power to achieve a given performance target. These results establish a general framework which may serve designers as a guide to implement wireless communication networks among nanosystems.

The Doñana wetlands, in Southwest Spain, undergo yearly cycles of inundation in fall and drying out during the spring season. As any wetland ecosystem, Doñana depends critically on its water resources. Important monitoring and modeling efforts have been made since the 1990's in order to assess the ecosystem health, partially restore Doñana¿s natural hydrologic scheme and design climate change adaptation strategies for ensuring its sustainability. The present research work inscribes within those efforts. Satellite images of Doñana marshes were acquired between 2006 and 2010, in order to obtain regional, synoptic observations of the inundation evolution, with the final aim to further current knowledge on the wetland's hydrology and to calibrate the existing two-dimensional hydraulic model of the marshes. The images were acquired by the C-band radar sensor ASAR, on board the Envisat satellite. ASAR's all-weather observation capability was particularly suitable to observe the flooding process, since this is associated to overcast weather. The images were ordered at seven different incidence angles in order to increase the observation frequency, and most of them in HH and VV polarizations. A detailed observation of the wetland filling up was achieved during the 2006-2007 hydrological cycle. Backscattering temporal signatures of the main land cover types in Doñana were derived for the different incidence angles and polarizations. The signatures were analyzed with the aid of ground-truth data in order to identify the effect of the flooding on the backscattering coefficients. Conclusions on the feasibility to discriminate emerged versus flooded land were drawn for the different incidence angles, land cover types and phenological stages: Intermediate incidence angles (ASAR IS3 and IS4) came up as the most appropriate single swaths to discriminate open water surface from smooth bare soil in the marshland deepest areas. Flood mapping in pasture lands, the most elevated regions, is feasible at steep to mid incidence angles (ASAR IS1 to IS4). In the medium elevation zones, colonized by large helophytes, shallow incidence angles (ASAR IS6 and IS7) enable more accurate flood delineation during the vegetation growing phase up to approximately mid-April, when the penetration capacity at these swaths might become insufficient. Due to the complex casuistic of the Doñana covers' backscattering, flood mapping from single ASAR acquisitions often resulted unfeasible. Flood mapping was then tackled by the synergistic use of the ASAR scenes with the Doñana¿s digital terrain model and vegetation map. The use of irregular filtering neighborhoods adapted to the topography drastically improved the ASAR image filtering, since natural edges tend to follow terrain contours. Clustering and classification algorithms were design to operate on individual sub-basins, as the pixels elevation is more accurately related to the cover classes within them. Vegetation and elevation maps plus knowledge of Doñana's backscattering characteristics from preceding studies were initially used to select seed pixels with high confidence on their class membership. Next, a region growing algorithm extends the seed regions with new pixels based on their planimmetric adjacency and backscattering distance to the seeds. Frequent flood mapping from the ASAR scenes enabled the identification of several events for the calibration of the marshes hydraulic model. This research work also revealed other target information enclosed in the radar backscattering, such as the helophyte vegetation developmental degree or the potential to discriminate among plant communities. Learnings from this research work are expected to be applied and furthered with upcoming data from the C-band Sentinel-1 constellation and Radarsat-2 satellite, the L-band ALOS-2/PALSAR-2 system and the X-band future Spanish mission PAZ. / Las marismas de Doñana, situadas en el suroeste de la Península Ibérica, experimentan ciclos anuales de inundación en otoño y secado en primavera. Como en cualquier humedal, la sostenibilidad de Doñana depende críticamente de sus recursos de agua. Desde la década de los noventa se han realizado importantes esfuerzos de monitorización y modelación para evaluar la salud del ecosistema marismeño y restaurar en lo posible su régimen hidrológico natural, para prever riesgos derivados de las actividades socio-económicas próximas y del cambio climático, y para diseñar estrategias de adaptación que garanticen su sostenibilidad La presente tesis doctoral forma parte de estos esfuerzos. Entre los años 2006 y 2010 se encargó la adquisición expresa de numerosas imágenes satelitales de Doñana con el objeto de obtener observaciones regionales y sinópticas de la evolución de la superficie inundada en el humedal. Con estas observaciones se pretendía avanzar en el conocimiento de la hidrodinámica de las marismas y calibrar el modelo hidráulico bidimensional de las mismas. Lograr una frecuencia de observación elevada durante el llenado de las marismas fue un requisito de especial interés, pues es durante este período cuando la lluvia es más abundante y los procesos hidrodinámicos suceden a mayor velocidad. Las imágenes fueron adquiridas por el sensor radar en banda C ASAR, a bordo del satélite Envisat de la Agencia Espacial Europea. La capacidad de la banda C para atravesar la cobertura nubosa resultó particularmente apropiada para monitorizar con detalle el proceso de llenado, ya que éste se halla asociado a la presencia de nubes. Las imágenes ASAR se solicitaron en siete ángulos de incidencia diferentes para incrementar la frecuencia de observación y la mayoría de ellas fueron adquiridas con la configuración de polarizaciones HH/VV. Durante el año hidrológico 2006-2007 se consiguió una monitorización detallada del proceso de llenado. Para este ciclo se elaboraron signaturas temporales de los principales tipos de cubiertas en Doñana, en los distintos ángulos de incidencia y polarizaciones disponibles. Las signaturas se analizaron con la ayuda de datos de verdad-terreno para identificar el efecto de la inundación sobre el coeficiente de retrodispersión y se extrajeron conclusiones sobre la posibilidad de discriminar superficies emergidas e inundadas en función del ángulo de incidencia, tipo de cobertura vegetal y fase fenológica: ángulos de incidencia intermedios, como los IS3 e IS4 de ASAR, resultaron ser los más apropiados para discriminar en una única imagen superficies de agua libre. La cartografía de inundación en los paciles, las regiones más elevadas, es factible usando ángulos reducidos y medios (entre IS1 e IS4 de ASAR). En las zonas de elevación intermedia, colonizadas por grandes helófitos, los ángulos de incidencia elevados (IS6 e IS7 de ASAR) permiten una delimitación de la inundación más precisa durante el desarrollo de la vegetación hasta aproximadamente mediados de abril, cuando la capacidad de penetración de estos ángulos puede resultar insuficiente. Dada la compleja casuística de la retrodispersión de las cubiertas de Doñana, a menudo resultó inviable delinear la inundación en toda la marisma a partir de una única adquisición de ASAR. La cartografía de inundación se abordó entonces mediante el uso sinérgico de los datos ASAR con el modelo digital del terreno y el mapa de vegetación de Doñana. El uso de entornos de procesado irregulares adaptados a la topografía mejoró drásticamente el filtrado de las imágenes, ya que los bordes naturales tienden a seguir las curvas de nivel del terreno. A continuación se diseñaron algoritmos de agrupación y clasificación de píxeles que utilizan los datos ASAR junto con la cota del terreno y el mapa de vegetación, y que se aplican independientemente en las distintas subcuencas de Doñana, porque dentro de ellas existe una relación más precisa entre la cota de los píxeles y la clase de cubierta. Los mapas de elevación y vegetación, más el conocimiento adquirido sobre las características de retrodispersión de Doñana se utilizaron inicialmente para escoger píxeles germen o de origen con elevada confianza en su clase de pertenencia. A continuación, un algoritmo iterativo extiende las regiones germen, incorporando los píxeles adyacentes que son además próximos en distancia de retrodispersión. La cartografía frecuente de inundación a partir de las escenas ASAR permitió identificar distintos eventos de calibración para el modelo hidrodinámico de las marismas de Doñana. Esta investigación también puso de manifiesto que la retrodispersión radar aporta datos adicionales sobre el estado de las marismas, como es el grado de desarrollo de las especies helófitas o la capacidad de discriminar ciertas comunidades vegetales. Es de desear que los conocimientos derivados de este estudio puedan ser aplicados y extendidos con los datos polarimétricos de Doñana que serán adquiridos en breve por modernos radares satelitales. Se trata del sensor canadiense Radarsat-2 y de la constelación europea Sentinel-1, ambos operando en banda C, del sistema japonés ALOS-2/PALSAR-2, en banda L, y de la futura misión española PAZ, en banda X. / Els aiguamolls de Doñana, situats al sud-oest de la Península Ibèrica, experimenten cicles anuals d'inundació a la tardor i d’assecament a la primavera. Com en qualsevol zona humida, la sostenibilitat de Doñana depèn fonamentalment dels seus recursos hídrics. Des de la dècada dels noranta s’han portat a terme importants esforços de seguiment i modelització per a avaluar la salut de l'ecosistema i restaurar tant com sigui possible el seu règim hidrològic natural, per a preveure riscos derivats de les activitats sòcio-econòmiques i del canvi climàtic, i per a dissenyar estratègies d'adaptació que garanteixin la seva sostenibilitat. La present tesi doctoral forma part d’aquests esforços. Entre 2006 i 2010 s’encarregà l’adquisició expressa de nombroses imatges satel·litals de Doñana amb l’objecte d’obtenir observacions regionals i sinòptiques de l'evolució de la superfície inundada als aiguamolls. Amb aquestes observacions es pretenia avançar en el coneixement de la hidrodinàmica del conjunt humit i calibrar el model hidràulic bidimensional del mateix. Aconseguir una freqüència d'observació elevada durant l'ompliment dels aiguamolls fou un requisit d'especial interès, ja que durant aquest període la pluja és més abundant i els processos hidrodinàmics són més ràpids. Les imatges foren adquirides pel sensor radar en banda C ASAR, a bord del satèl·lit Envisat de l'Agència Espacial Europea. La capacitat de la banda C per a travessar la nuvolositat resultà particularment adient per a monitoritzar en detall el procés d'ompliment, ja que aquest està associat amb la presència de núvols. Les imatges ASAR se sol·licitaren en set angles d'incidència diferents per a augmentar la freqüència d'observació, i la majoria d'elles foren adquirides amb la configuració de polaritzacions HH/VV. Durant l'any hidrològic 2006-2007 s’aconseguí un seguiment detallat del procés d'ompliment. Per a aquest cicle es desenvoluparen signatures temporals dels principals tipus de cobertes de Doñana, en els diferents angles d'incidència i polaritzacions disponibles. Les signatures s’analitzaren amb l'ajuda de dades de veritat-terreny per a identificar l'efecte de la inundació en el coeficient de retrodispersió i s’extragueren conclusions sobre la possibilitat de discriminar superfícies emergides i inundades en funció de l'angle d'incidència, tipus de cobertura vegetal i fase fenològica: angles d’incidència intermitjos, com els IS3 i IS4 d’ASAR, resultaren ser els més apropiats per a discriminar superfícies d’aigua lliure en una sola imatge. La cartografia d'inundació als paciles, les regions més elevades, és factible utilitzant angles d’incidència reduïts i intermitjos (entre IS1 i IS4 d’ASAR). En les zones d'elevació intermèdia, colonitzades per grans helòfits, els angles d'incidència grans (IS7 i IS6 d’ASAR) permeten una delimitació de la inundació més precisa durant el desenvolupament de la vegetació fins a aproximadament mitjans d’abril, quan la capacitat de penetració d'aquests angles pot resultar insuficient. Donada la complexa casuística de la retrodispersión de les cobertes de Doñana, la cartografia d’inundació dels aiguamolls sencers a partir d’una sola imatge ASAR fou sovint inviable. Aquesta cartografia s’abordà llavors mitjançant l’ús sinèrgic de les dades ASAR amb el model digital del terreny i el mapa de vegetació de Doñana. L’ús d’entorns de processat irregulars adaptats a la topografia millorà dràsticament el filtrat de les imatges, ja que les vores naturals tendeixen a seguir les corbes de nivell del terreny. Seguidament es dissenyaren algoritmes d’agrupació i classificació de píxels que utilitzen dades ASAR, la cota del terreny i el mapa de vegetació, i que s’apliquen independentment a les diferents sub-conques de Doñana, perquè a dins d'elles existeix una relació més acurada entre la cota dels píxels i el tipus de coberta. Els mapes d'elevació i vegetació, més el coneixement adquirit sobre les característiques del retrodispersió de Doñana s’utilitzaren inicialment per a seleccionar píxels germen o d’origen amb elevada confiança en la seva classe de pertinença. A continuació, un algoritme iteratiu expandeix les regions germen, incorporant-hi els píxels adjacents que són, a més a més, propers en distància de retrodispersió. La cartografia freqüent d’inundació a partir de les escenes ASAR permeté identificar diferents esdeveniments de calibració per al model hidrodinàmic dels aiguamolls de Doñana. Aquest treball de recerca també posà de manifest que la retrodispersión radar aporta dades addicionals sobre l’estat dels aiguamolls, ara com el grau de desenvolupament de les espècies helòfites o la capacitat de discriminar certes comunitats vegetals. És d’esperar que els coneixements derivats d'aquest estudi puguin ser aplicats i ampliats amb les dades polarimètriques de Doñana que seran adquirides properament per moderns radars satel·litals: es tracta del sensor canadenc Radarsat-2 i de la constel·lació europea Sentinel-1, ambdós operant en banda C, del sistema japonès ALOS-2/PALSAR-2, en banda L, i de la futura missió espanyola PAZ, en banda X.