Methods of monodisperse SnO2 crystallites and SnO2-TiO2 composites synthesis were developed. Obtained materials were studied using SEM, TEM, FTIR, XRD methods. Sensors based on these materials were made, and their capability of detecting hydrogen in dry and humid air was investigated. Several different approaches to improvement of sensing devises characteristics were proposed in present study: doping of one metal oxide (SnO2) with another (TiO2) in different ways (mixing or co-precipitating); use of one-dimensional nanowire as a sensing element to detect H2S; application of reactor which converts ammonia to a compound convenient for its detection; analysis of n-dimensional experimental data array with principal components method for acetone selective detection with a single sensor. For every approach, promising results indicating potential for their application are obtained.

The peer-to-peer (P2P) overlay networks are distribution topologies that take advantage of the ability that their nodes have to forward the information that they receive. For the particular case of video transmission using P2P networks, known as streaming P2P, there are implementations based on BitTorrent protocol data dissemination for files downloading. These networks use a pseudorandom topology which makes difficult to determine both the size of the network -defined as the maximum number of nodes which can receive information with a given quality of service- and the distribution delay. Despite this lack of definition, in the current thesis we present a structured network in which the nodes establish both incoming and outgoing connections according to a deterministic joining algorithm. That topology allows to calculate exactly the number of nodes that may join the network and that in stable conditions may get the flow with guaranteed quality of service, and also one very fitted bound for the total distribution delay. In our case, we have defined networks which contain a single source node with a bandwidth weater than the bandwidth of the information flow, and also a set of nodes with a bandwidth lower than the bandwidth of the flow. This constraint is used to distinguish the high capacity nodes from the terminal nodes which either have physical limitations due to their access link bandwidth or do not consider to allocate all their bandwidth to the forwarding of the information flow. In fact, high capacity nodes can be considered sources either because they produce the flow physically or because, receiving it from another distribution network, they forward it as source to the low bandwidth nodes that belong to the P2P network. Once the distribution topology is described, we define the mathematical model for its analysis. With this purpose, we normalize the flow bandwidth and we define a network joining algorithm with the aim of optimizing distribution delay. Following, the network topology is characterized by means of three parameters: the number of nodes that can be served directly by the source, the number of download connections that must arrive to a node to guarantee the reception at unitary rate, and the maximum number of upload connections that a node can establish. Likewise, the information flow is segmented into generic information units called objects, which are transmitted into the network by means of a certain set of dissemination trees. The number of dissemination trees corresponds to the number of download connections of a node. With this background material, we calculate the maximum number of peers which can be connected, under stable conditions, to the network, and also a very fitted bound for the transmission delay. Besides, we present a simulation that allows to evaluate the performance of the described topology in the field of VANET networks. Finally, in the last chapter we present a proposal for application-layer multicast distribution network which can be used to send the information flow from the node that initially produces it to the source nodes of the P2P distribution network that we have described. / Las redes superpuestas peer-to-peer (P2P) son topologías de distribución que aprovechan la capacidad que tienen sus nodos de retransmitir a otros nodos la información que reciben. En el caso particular de la transmisión de vídeo mediante redes P2P, conocida como streaming P2P, existen implementaciones basadas en la diseminación de datos del protocolo BitTorrent de descarga de ficheros. Estas redes emplean una topología pseudoaletoria que hace difícilmente caracterizable tanto el tamaño que puede tener la red -entendido como el máximo número de nodos a los que se puede garantizar una calidad de servicio determinada- como el retardo de distribución. Frente a esta falta de definición, en el presente trabajo se presenta una red estructurada en la que los nodos establecen conexiones tanto de recepción como de retransmisión según un algoritmo de ingreso determinista. Dicha topología permite calcular exactamente el número máximo de nodos que pueden formar la red y que, en condiciones de estabilidad, reciben el flujo con garantías de calidad, así como una cota muy ajustada del retardo total de distribución. En nuestro caso, hemos definido redes formadas por un único nodo fuente con una capacidad mayor que el ancho de banda de la transmisión del flujo, así como por una serie de nodos cuya capacidad es inferior al ancho de banda de dicho flujo. Esta restricción sirve para separar los nodos de alta capacidad de los nodos terminales que o bien tienen limitaciones físicas debido a la capacidad de su enlace o bien no quieren destinar toda su capacidad a la retransmisión del flujo de información. De hecho, los nodos de alta capacidad pueden considerarse fuentes o bien porque generan físicamente el flujo o bien porque, recibiéndolo a través de otra red de distribución, lo retransmiten como fuente a los nodos de baja capacidad que conforman la red P2P. Una vez descrita la topología de distribución, se define el modelo matemático para su análisis. Para ello se normaliza el ancho de banda del flujo y se propone un algoritmo de ingreso de nodos en la red con el objeto de optimizar el retardo de distribución. A continuación, se caracteriza la topología de la red mediante tres parámetros: el número de nodos a los que puede servir el nodo fuente, el número de conexiones de descarga que deben llegar a un nodo para recibir el flujo a tasa unitaria y el número máximo de conexiones de subida que puede establecer un nodo. Asimismo, se segmenta el flujo de información en unidades genéricas, denominadas objetos, que se diseminan en la red a través de un determinado conjunto de árboles de difusión. El número de árboles de difusión se corresponde con el número de conexiones de descarga de los nodos. Todo esto permite obtener una expresión del número de nodos que, en condiciones de estabilidad, pueden conectarse a la red, así como una cota muy ajustada del retardo total de transmisión. Presentamos además una simulación que permite evaluar el rendimiento de la topología descrita en el entorno de redes VANET. De forma complementaria, en el último capítulo se presenta una propuesta de distribución multicast en la capa de aplicación que puede emplearse para transmitir el flujo de información desde el nodo que lo produce inicialmente hasta los nodos fuentes de las redes P2P de distribución.

La consulta íntegra de la tesi, inclos l'article no comunicat públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu de la UPC / The thermal anemometry is a method which allows to estimate wind magnitude be the mean of measuring heat transfer to the ambient in a forced convection process. For Earth's atmosphere condition, this method is typically applied to the hot wires made of temperature dependent electrical conductor, typically platinum or tungsten, which working with overheat in reference to the ambient temperature estimate wind velocity. In case of the low pressure atmospheres, like this on Mars, the mean free path for molecules, due to the rarefied ambient conditions, is much bigger, Using hot wires designed for Earth in this conditions gives that heat exchange at macroscopic scale which does not to obey medium continuum model but rather reveals ballistic behavior Thus, instead of using hot wire, a structure of bigger dimension like hot films are usually propose for such a kind of application. The work included in this thesis is the contribution of the author Lukasz Kowalski to the goal of developing a new generation of wind sensors for the atmosphere of Mars. The work consists in the conception, design, simulation, manufacture and measurement of two novel types wind sensors based on thermal anemometers. The first kind of concept has been developed in this thesis by using hot silicon die made out of silicon wafer of approximate size: 1.5 x 1.5 x 0.5 mm with platinum resistances deposited on top in order to heat it and sense its temperature. These work was been a part of the bigger undertaking under the project name: "Colaboracíoon en el desarrollo de la estación medioambiental denominada REMS ". Inside the project REMS author of thesis was responsible for sensor shape development and concept validation of proposed geometry. Thermal-fluidical model of the device as well as characterization and behavior were analyzed for a simplified 2-D wind model for typical Martian atmospheric conditions. REMS was a Spanish contribution to the NASA mission MSL which has been a great success since rover Curiosity has landed on Mars on 8th August 2012 on Mars near to the Gale Crater location. Since then has been constantly running experiments on the Red Planet sending data to Earth for interpretation. From the experience and knowledge gained during REMS project, the author came out with an idea of the novel spherical sensor structure overcoming some fragility problems detected in the REMS wind sensor. The new 3-D wind sensor concept, besides this advantage, also provided a radical simplification of data post-processing providing comprehensive thermal model based on numerical simulation for any possible wind occurrence. This new device has been developed under Spanish Ministry of the Science and Innovation project: "Sensor de viento para la superficie de Marte para la mission Metnet''. This project, denominated as MEIGA, was a joint effort of many Spanish institution under leadership of Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial (INTA) for the development of space technology for Mars oriented application in a framework of upcoming space mission. To sum up, author's work include contributions to the development of two wind sensor concepts: 1. REMS wind sensor on board of the rover Curiosity in the surface of Mars since August 8th 2012 2. Spherical wind sensor concept developed in a course of MEIGA project

Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i Queen Mary University of London / The increasing availability of smartphones is facilitating people to capture videos of their experience when attending events such as concerts, sports competitions and public rallies. Smartphones are equipped with inertial sensors which could be beneficial for event understanding. The captured User-Generated Videos (UGVs) are made available on media sharing websites. Searching and mining of UGVs of the same event are challenging due to inconsistent tags or incorrect timestamps. A UGV recorded from a fixed location contains monotonic content and unintentional camera motions, which may make it less interesting to playback. In this thesis, we propose the following identification, synchronisation and video composition frameworks for UGVs. We propose a framework for the automatic identification and synchronisation of unedited multi-camera UGVs within a database. The proposed framework analyses the sound to match and cluster UGVs that capture the same spatio-temporal event, and estimate their relative time-shift to temporally align them. We design a novel descriptor derived from the pairwise matching of audio chroma features of UGVs. The descriptor facilitates the definition of a classification threshold for automatic query-by-example event identification. We contribute a database of 263 multi-camera UGVs of 48 real-world events. We evaluate the proposed framework on this database and compare it with state-of-the-art methods. Experimental results show the effectiveness of the proposed approach in the presence of audio degradations (channel noise, ambient noise, reverberations). Moreover, we present an automatic audio and visual-based camera selection framework for composing uninterrupted recording from synchronised multi-camera UGVs of the same event. We design an automatic audio-based cut-point selection method that provides a common reference for audio and video segmentation. To filter low quality video segments, spatial and spatio-temporal assessments are computed. The framework combines segments of UGVs using a rank-based camera selection strategy by considering visual quality scores and view diversity. The proposed framework is validated on a dataset of 13 events (93~UGVs) through subjective tests and compared with state-of-the-art methods. Suitable cut-point selection, specific visual quality assessments and rank-based camera selection contribute to the superiority of the proposed framework over the existing methods. Finally, we contribute a method for Camera Motion Detection using Gyroscope for UGVs captured from smartphones and design a gyro-based quality score for video composition. The gyroscope measures the angular velocity of the smartphone that can be use for camera motion analysis. We evaluate the proposed camera motion detection method on a dataset of 24 multi-modal UGVs captured by us, and compare it with existing visual and inertial sensor-based methods. By designing a gyro-based score to quantify the goodness of the multi-camera UGVs, we develop a gyro-based video composition framework. A gyro-based score substitutes the spatial and spatio-temporal scores and reduces the computational complexity. We contribute a multi-modal dataset of 3 events (12~UGVs), which is used to validate the proposed gyro-based video composition framework. / El incremento de la disponibilidad de teléfonos inteligentes o smartphones posibilita a la gente capturar videos de sus experiencias cuando asisten a eventos así como como conciertos, competiciones deportivas o mítines públicos. Los Videos Generados por Usuarios (UGVs) pueden estar disponibles en sitios web públicos especializados en compartir archivos. La búsqueda y la minería de datos de los UGVs del mismo evento son un reto debido a que los etiquetajes son incoherentes o las marcas de tiempo erróneas. Por otra parte, un UGV grabado desde una ubicación fija, contiene información monótona y movimientos de cámara no intencionados haciendo menos interesante su reproducción. En esta tesis, se propone una identificación, sincronización y composición de tramas de vídeo para UGVs. Se ha propuesto un sistema para la identificación y sincronización automática de UGVs no editados provenientes de diferentes cámaras dentro de una base de datos. El sistema propuesto analiza el sonido con el fin de hacerlo coincidir e integrar UGVs que capturan el mismo evento en el espacio y en el tiempo, estimando sus respectivos desfases temporales y alinearlos en el tiempo. Se ha diseñado un nuevo descriptor a partir de la coincidencia por parejas de características de la croma del audio de los UGVs. Este descriptor facilita la determinación de una clasificación por umbral para una identificación de eventos automática basada en búsqueda mediante ejemplo (en inglés, query by example). Se ha contribuido con una base de datos de 263 multi-cámaras UGVs de un total de 48 eventos reales. Se ha evaluado la trama propuesta en esta base de datos y se ha comparado con los métodos elaborados en el estado del arte. Los resultados experimentales muestran la efectividad del enfoque propuesto con la presencia alteraciones en el audio. Además, se ha presentado una selección automática de tramas en base a la reproducción de video y audio componiendo una grabación ininterrumpida de multi-cámaras UGVs sincronizadas en el mismo evento. También se ha diseñado un método de selección de puntos de corte automático basado en audio que proporciona una referencia común para la segmentación de audio y video. Con el fin de filtrar segmentos de videos de baja calidad, se han calculado algunas medidas espaciales y espacio-temporales. El sistema combina segmentos de UGVs empleando una estrategia de selección de cámaras basadas en la evaluación a través de un ranking considerando puntuaciones de calidad visuales y diversidad de visión. El sistema propuesto se ha validado con un conjunto de datos de 13 eventos (93 UGVs) a través de pruebas subjetivas y se han comparado con los métodos elaborados en el estado del arte. La selección de puntos de corte adecuados, evaluaciones de calidad visual específicas y la selección de cámara basada en ranking contribuyen en la mejoría de calidad del sistema propuesto respecto a otros métodos existentes. Finalmente, se ha realizado un método para la Detección de Movimiento de Cámara usando giróscopos para las UGVs capturadas desde smartphones y se ha diseñado un método de puntuación de calidad basada en el giro. El método de detección de movimiento de la cámara con una base de datos de 24 UGVs multi-modales y se ha comparado con los métodos actuales basados en visión y sistemas inerciales. A través del diseño de puntuación para cuantificar con el giróscopo cuán bien funcionan los sistemas de UGVs con multi-cámara, se ha desarrollado un sistema de composición de video basada en el movimiento del giroscopio. Este sistema basado en la puntuación a través del giróscopo sustituye a los sistemas de puntuaciones basados en parámetros espacio-temporales reduciendo la complejidad computacional. Además, se ha contribuido con un conjunto de datos de 3 eventos (12 UGVs), que se han empleado para validar los sistemas de composición de video basados en giróscopo.

La problemática actual derivada del uso de refrigerantes artificiales, ha impulsado la búsqueda de nuevas sustancias refrigerantes compatibles medioambientalmente,capaces de cumplir con los requisitos legales establecidos en los diferentes protocolos y normativa. La tendencia actual para poder solucionar esta problemática, apunta hacia el uso de refrigerantes naturales como es el caso del dióxido de carbono (CO2), cuyas propiedades termodinámicas y de uso, lo están convirtiendo en una solución a corto/medio plazo en muchas aplicaciones frigoríficas (A/C en automoción, refrigeración comercial). La presente tesis doctoral supone una contribución al campo del CO2 como refrigerante, centrándose en el desarrollo y posterior análisis experimental, de una instalación frigorífica de compresión de vapor empleando CO2 como refrigerante en condiciones supercríticas. La finalidad de este trabajo es analizar el funcionamiento de esta tecnología en ambientes cálidos como es el caso de España, para poder mejorar así el comportamiento y la eficiencia de este tipo de instalaciones trabajando en régimen supercrítico.

L'electrònica ha experimentat una gran evolució durant les últimes dècades. El número de dispositius i aplicacions electrònics ha augmentat exponencialment fins a convertir-se en elements indispensables de la nostra vida quotidiana. Concretament, en el campo de l’electrònica de potencia, els convertidores commutats CC-CC, àmpliament utilitzats en els sistemes d’alimentació d’ equips electrònics, requereixen d’una eficiència elevada. Així, en la tesis es presenta un nou mètode per al disseny de convertidors CC-CC que optimitza una funció objectiu no lineal amb restriccions no lineals. El model desenvolupat aborda, en la majoria dels casos, un problema que consisteix en el disseny òptim de mínimes pèrdues, es a dir, màxima eficiència. A pesar d’això, també es presenta, a mode d’exemple, el disseny òptim de convertidors maximitzant l’ample de banda. Es pretén mostrar així la facilitat amb que pot ser modificat el programa de disseny. El problema ha estat modelat com un programa de Programació Geomètrica per aprofitar les avantatges que ofereix l’optimització convexa.L'electrònica ha experimentat una gran evolució durant les últimes dècades. El número de dispositius i aplicacions electrònics ha augmentat exponencialment fins a convertir-se en elements indispensables de la nostra vida quotidiana. Concretament, en el campo de l’electrònica de potencia, els convertidores commutats CC-CC, àmpliament utilitzats en els sistemes d’alimentació d’ equips electrònics, requereixen d’una eficiència elevada. Així, en la tesis es presenta un nou mètode per al disseny de convertidors CC-CC que optimitza una funció objectiu no lineal amb restriccions no lineals. El model desenvolupat aborda, en la majoria dels casos, un problema que consisteix en el disseny òptim de mínimes pèrdues, es a dir, màxima eficiència. A pesar d’això, també es presenta, a mode d’exemple, el disseny òptim de convertidors maximitzant l’ample de banda. Es pretén mostrar així la facilitat amb que pot ser modificat el programa de disseny. El problema ha estat modelat com un programa de Programació Geomètrica per aprofitar les avantatges que ofereix l’optimització convexa. / La electrónica ha experimentado una gran evolución en las últimas décadas. El número de dispositivos y aplicaciones electrónicas ha aumentado exponencialmente hasta convertirse en elementos indispensables en nuestra vida cotidiana. Concretamente, en el campo de la electrónica de potencia, los convertidores conmutados CC-CC, ampliamente utilizados en los sistemas de alimentación de equipos electrónicos, requieren de una eficiencia elevada. Así, en la tesis se presenta un nuevo método para el diseño de convertidores CC-CC que optimiza una función objetivo no lineal con restricciones no lineales. El modelo desarrollado aborda, en la mayoría de los casos, un problema que consiste en el diseño óptimo de mínimas pérdidas, es decir, máxima eficiencia. Sin embargo, también se presenta, a modo de ejemplo, el diseño óptimo de convertidores maximizando el ancho de banda. Se pretende mostrar así la facilidad con que puede ser modificado el programa de diseño. El problema ha sido modelado como un programa de Programación Geométrica para aprovechar las ventajas que ofrece la optimización convexa. / The electronics has evolved greatly in recent decades. The number of electronic devices and applications has grown exponentially to become indispensable in our daily lives. Specifically, in the field of power electronics, the power converters DC-DC, widely used in supply systems of electronic equipment, require a high efficiency. Thus, the thesis presents a new method for the design of DC-DC converters to optimize nonlinear objective function with nonlinear constraints. The model developed presented, in most cases, a problem which consists in the optimum design of minimum losses. However, also presents the optimal design of converters maximizing bandwidth. And is intended to show how easy it can be modified the design program. The problem is modelled as a Geometric Programming problem to exploit the advantages of convex optimization.

Ad hoc networks have attracted much attention from the research community over the last years and important technical advances have risen as a consequence. These networks are foreseen as an important kind of next generation access networks, where multimedia services will be demanded by end users from their wireless devices everywhere. In this thesis, we specially focus our research work on mobile ad hoc networks (MANETs) and on vehicular ad hoc networks (VANETs), two kind of ad hoc networks over which interesting multimedia services can be provided. The special haracteristics of MANETs/VANETs, such as mobility, dynamic network topology (specially in VANETs), energy constraints (in case of MANETs), infrastructureless and variable link capacity, make the QoS (Quality of Service) provision over these networks an important challenge for the research community. Due to that, there is a need to develop new routing protocols specially designed for MANETs and VANETs able to provide multimedia services. The main objective of this thesis is to contribute in the development of the communication framework for MANETs and VANETs to improve decisions to select paths or next hops in the moment of forwarding video-reporting messages. In this way, it would be possible to have a quick answer to manage daily problems in the city and help the emergency units (e.g., police, ambulances, health care units) in case of incidents (e.g., traffic accidents). Furthermore, in case of VANETs, a real scenario must be created and thus we have analysed the presence of obstacles in real maps. Also, in case of an obstacle found between the current forwarding node and the candidate next forwarding node, the packet is stored in a buffer, for a maximum time, until a forwarding neighbour node is found; otherwise, the packet is dropped. To improve the communication framework for MANETs, we propose a new routing protocol based on a game-theoretical scheme for N users specially designed to transmit video-reporting messages. Our proposal makes the network more efficient and provides a higher degree of satisfaction of the users by receiving much more packets with a lower average end-to-end delay, lower jitter and higher PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio). In addition, we propose a geographical routing protocol for VANETs that considers multiple metrics named 3MRP (Multimedia Multimetric Map-Aware Routing Protocol) [1]. 3MRP is a geographical protocol based on hop-by-hop forwarding. The metrics considered in 3MRP are the distance, the density of vehicles in transmission range, the available bandwidth, the future trajectory of the neighbouring nodes and the MAC layer losses. Those metrics are weighted to obtain a multimetric score. Thus, a node selects another node among its neighbours as the best forwarding node to increase the percentage of successful packet delivery, minimizing the average packet delay and offering a certain level of quality and service. Furthermore, a new algorithm named DSW (Dynamic Self-configured Weights) computes for each metric its corresponding weight depending on the current network conditions. As a consequence, nodes are classiffied in a better way. / Les xarxes sense fils ad hoc han captat molt l'atenció per part de la comunitat científica en els últims anys, a més dels importants avenços tècnics que han sorgit. Aquestes xarxes es preveuen com un tipus important de xarxes d'accés de nova generació, a on els serveis multimèdia seran requerits pels usuaris a través dels seus dispositius sense fils desde tot arreu. En aquesta tesi, centrem el nostre treball especialment en les xarxes mòbils ad hoc (MANET, Mobile Ad hoc Network) i en les xarxes vehiculars ad hoc (VANET, Vehicular Ad hoc Network). Les característiques especials de les MANETs i les VANETs, com la mobilitat, la topologia dinàmica de la xarxa (especialment en VANETs), les restriccions de bateria (en cas de MANETs), l'absència d'infrastructura i la capacitat variable de l'enllaç sense fil fa que la provisió de la qualitat de servei en aquestes xarxes sigui un repte important per a la comunitat científica. A causa d'això, hi ha la necessitat de desenvolupar nous protocols d'encaminament especialment dissenyats per a MANETs i VANETs capaços de proporcionar els serveis de multimèdia requerits. L'objectiu principal d'aquesta tesi és proveir millores en la comunicació per a les xarxes ad hoc MANET i VANET per millorar les decisions a l'hora de seleccionar els propers camins o nodes, respectivament, en el moment de l'enviament de les trames del video. D'aquesta manera serà possible tenir una resposta ràpida per resoldre els problema diaris a la ciutat i ajudar a les unitats d'emergència (per exemple, policia, ambulàncies, unitats de salut) en cas d'incidents, com ara els accidents de trànsit. Per analitzar adequadament les nostres propostes sobre VANETs hem dissenyat un entorn de simulació realista que incorpora la presència d'edificis en mapes reals i en el cas que hi hagi un obstacle entre el node actual i el candidat per a ser el pròxim salt el paquet s'emmagatzema en un buffer, per un temps màxim, fins a trobar un nou candidat; en cas contrari, es descarta el paquet. Per millorar les comunicacions en les MANETs, proposem un nou protocol d'encaminament basat en teoria de jocs per a N usuaris especialment dissenyat per a enviar missatges de vídeo. Això fa que la xarxa sigui més eficient, i així s'aconsegueix un major grau de satisfacció dels usuaris en rebre molts més paquets amb un menor retard mig extrem a extrem, menor variació del retard (jitter ) i major PSNR (Relació Senyal Soroll de Pic) . A més, es proposa un protocol d'encaminament geogràfic basat en el reenviament hop-by-hop per a VANETs anomenat 3MRP (Multimedia Multimetric Map-Aware Routing Protocol ) [1] que prèn en consideració múltiples mètriques. Les mètriques considerades en 3MRP són la distància a destinació, la densitat de vehicles en el rang de transmissió, l'ample de banda disponible, la trajectòria futura dels nodes veíns i la perdua de paquets a la capa MAC. Aquestes mètriques es ponderen per a obtenir una puntuació multimètrica. Així, un node pot seleccionar el millor node de reenviament entre tots els seus veíns per augmentar la probabilitat d' èxit de lliurament de paquets, minimitzant el retard mitjà dels paquets i oferint un cert nivell de qualitat de servei. / Las redes ad hoc han llamado mucho la atención por parte de la comunidad científica en los últimos años, además de los importantes avances técnicos que han surgido. Estas redes se prevén como un tipo importante de redes de acceso de nueva generación, donde los servicios multimedia sean requeridos por los usuarios a través de sus dispositivos inalámbricos desde todas partes. En esta tesis, centramos nuestro trabajo de investigación especialmente en las redes móviles ad hoc (MANET, Mobile Ad hoc Network) y las redes vehiculares ad hoc (VANET, Vehicular Ad hoc Network). Las características especiales de las MANETs y las VANETs, como la movilidad, la topología dinámica de la red (especialmente en VANETs), las restricciones de batería (en caso de MANETs), la ausencia de infraestructura y la capacidad variable del enlace inalámbrico hace que la provisión de la calidad de servicio en estas redes sea un reto importante para la comunidad científica. Debido a esto, existe la necesidad de desarrollar nuevos protocolos de encaminamiento especialmente diseñados para MANETs y VANETs capaces de proporcionar los servicios de multimedia requeridos. El objetivo principal de esta tesis es proveer mejoras en la comunicación para las redes ad hoc MANET y VANET para mejorar las decisiones a la hora de seleccionar los próximos caminos o nodos, respectivamente, en el momento del envío de las tramas del video y de esta manera sería posible tener una respuesta rápida para resolver los problema diarios en la ciudad y ayudar a las unidades de emergencia (por ejemplo, policía, ambulancias, unidades de salud) en caso de incidentes, como accidentes de tráfico. Para analizar adecuadamente nuestras propuestas sobre VANETs hemos diseñado un entorno de simulación realista que incorpora la presencia de edificios en mapas reales. En el caso de que haya un obstáculo entre el nodo actual y el candidato para ser el próximo salto el paquete se almacena en un buer, durante un tiempo máximo, hasta encontrar un nuevo candidato; en caso contrario, se descarta el paquete. Para mejorar las comunicaciones en las MANETs, proponemos un nuevo protocolo de encaminamiento basado en teoría de juegos para N usuarios especialmente diseñados para enviar mensajes de video. Esto hace que la red sea más eficiente, y así se consigue un mayor grado de satisfacción de los usuarios al recibir muchos más paquetes con un menor promedio de retardo de extremo a extremo, variación de retardo (jitter) y mayor PSNR (Relación Señal a Ruido de Pico). Además, se propone un protocolo de encaminamiento geográfico basado en el reenvío de salto-a-salto para VANETs llamado 3MRP (Multimedia multimetric Map-Aware Routing Protocol) [1] que incluye diversas métricas. Las métricas consideradas en 3MRP son la distancia al destino, la densidad de vehículos en el rango de transmisión, el ancho de banda disponible, la trayectoria futura de los nodos vecinos y la pérdida de paquetes en la capa MAC. Estas métricas se ponderan para obtener una puntuación multimetricanal. Así, un nodo puede seleccionar el mejor nodo de reenvío entre todos sus vecinos para aumentar la probabilidad de éxito de entrega de paquetes, minimizando el retardo medio de los paquetes y ofreciendo un cierto nivel de calidad de servicio. Por otra parte, se ha diseñado un nuevo algoritmo capaz de dar a cada métrica su correspondiente peso en función de las condiciones actuales de la red. De esta forma, los nodos se pueden clasificar de una mejor manera. Por último, se propone un nuevo protocolo de encaminamiento para VANETs llamado G-3MRP (Game Theoretical Multimedia Multimetric Map-aware Routing Protocol) [2] para enviar mensajes de video basado en teoría de juegos para N usuarios en escenarios urbanos. G-3MRP se basa en el protocolo de encaminamiento 3MRP. G-3MRP utiliza hasta tres nodos a través de los cuales los tres tipos de cuadros de video I, P y B serán enviados. Las métricas utilizadas son las mismas que en 3MRP. G-3MRP logra una mayor grado de satisfacción de los usuarios mediante la recepción de muchos más paquetes de video y con un mayor nivel de PSNR, que la anterior propuesta 3MRP+DSW. También hemos analizado el problema de detección de obstáculos en mapas reales para VANETs en escenarios urbanos. Para este propósito, hemos desarrollado nuestra herramienta REVsim [3] de tal forma que puede estar fácilmente integrada en nuestra propuesta de protocolo de encaminamiento para que las simulaciones sean más realistas.

The IEEE 802.11 standard was not initially designed to provide multi-hop capabilities. Therefore, providing a proper traffic performance in Multi-Hop IEEE 802.11 Wireless Networks (MIWNs) becomes a significant challenge. The approach followed in this thesis has been focused on the routing layer in order to obtain applicable solutions not dependent on a specific hardware or driver. Nevertheless, as is the case of most of the research on this field, a cross-layer design has been adopted. Therefore, one of the first tasks of this work was devoted to the study of the phenomena which affect the performance of the flows in MIWNs. Different estimation methodologies and models are presented and analyzed. The first main contribution of this thesis is related to route creation procedures. First, FB-AODV is introduced, which creates routes and forwards packets according to the flows on the contrary to basic AODV which is destination-based. This enhancement permits to balance the load through the network and gives a finer granularity in the control and monitoring of the flows. Results showed that it clearly benefits the performance of the flows. Secondly, a novel routing metric called Weighted Contention and Interference routing Metric (WCIM) is presented. In all analyzed scenarios, WCIM outperformed the other analyzed state-of-the-art routing metrics due to a proper leveraging of the number of hops, the link quality and the suffered contention and interference. The second main contribution of this thesis is focused on route maintenance. Generally, route recovery procedures are devoted to the detection of link breaks due to mobility or fading. However, other phenomena like the arrival of new flows can degrade the performance of active flows. DEMON, which is designed as an enhancement of FB-AODV, allows the preemptive recovery of degraded routes by passively monitoring the performance of active flows. Results showed that DEMON obtains similar or better results than other published solutions in mobile scenarios, while it clearly outperforms the performance of default AODV under congestion Finally, the last chapter of this thesis deals with channel assignment in multi-radio solutions. The main challenge of this research area relies on the circular relationship between channel assignment and routing; channel assignment determines the routes that can be created, while the created routes decide the real channel diversity of the network and the level of interference between the links. Therefore, proposals which join routing and channel assignment are generally complex, centralized and based on traffic patterns, limiting their practical implementation. On the contrary, the mechanisms presented in this thesis are distributed and readily applicable. First, the Interference-based Dynamic Channel Assignment (IDCA) algorithm is introduced. IDCA is a distributed and dynamic channel assignment based on the interference caused by active flows which uses a common channel in order to assure connectivity. In general, IDCA leads to an interesting trade-off between connectivity preservation and channel diversity. Secondly, MR-DEMON is introduced as way of joining channel assignment and route maintenance. As DEMON, MR-DEMON monitors the performance of the active flows traversing the links, but, instead of alerting the source when noticing degradation, it permits reallocating the flows to less interfered channels. Joining route recovery instead of route creation simplifies its application, since traffic patterns are not needed and channel reassignments can be locally decided. The evaluation of MR-DEMON proved that it clearly benefits the performance of IDCA. Also, it improves DEMON functionality by decreasing the number of route recoveries from the source, leading to a lower overhead. / El estándar IEEE 802.11 no fue diseñado inicialmente para soportar capacidades multi-salto. Debido a ello, proveer unas prestaciones adecuadas a los flujos de tráfico que atraviesan redes inalámbricas multi-salto IEEE 802.11 supone un reto significativo. La investigación desarrollada en esta tesis se ha centrado en la capa de encaminamiento con el objetivo de obtener soluciones aplicables y no dependientes de un hardware específico. Sin embargo, debido al gran impacto de fenómenos y parámetros relacionados con las capas físicas y de acceso al medio sobre las prestaciones de los tráficos de datos, se han adoptado soluciones de tipo cross-layer. Es por ello que las primeras tareas de la investigación, presentadas en los capítulos iniciales, se dedicaron al estudio y caracterización de estos fenómenos. La primera contribución principal de esta tesis se centra en mecanismos relacionados con la creación de las rutas. Primero, se introduce una mejora del protocolo AODV, que permite crear rutas y encaminar paquetes en base a los flujos de datos, en lugar de en base a los destinos como se da en el caso básico. Esto permite balacear la carga de la red y otorga un mayor control sobre los flujos activos y sus prestaciones, mejorando el rendimiento general de la red. Seguidamente, se presenta una métrica de encaminamiento sensible a la interferencia de la red y la calidad de los enlaces. Los resultados analizados, basados en la simulación de diferentes escenarios, demuestran que mejora significativamente las prestaciones de otras métricas del estado del arte. La segunda contribución está relacionada con el mantenimiento de las rutas activas. Generalmente, los mecanismos de mantenimiento se centran principalmente en la detección de enlaces rotos debido a la movilidad de los nodos o a la propagación inalámbrica. Sin embargo, otros fenómenos como la interferencia y congestión provocada por la llegada de nuevos flujos pueden degradar de forma significativa las prestaciones de los tráficos activos. En base a ello, se diseña un mecanismo de mantenimiento preventivo de rutas, que monitoriza las prestaciones de los flujos activos y permite su reencaminamiento en caso de detectar rutas degradadas. La evaluación de esta solución muestra una mejora significativa sobre el mantenimiento de rutas básico en escenarios congestionados, mientras que en escenarios con nodos móviles obtiene resultados similares o puntualmente mejores que otros mecanismos preventivos diseñados específicamente para casos con movilidad. Finalmente, el último capítulo de la tesis se centra en la asignación de canales en entornos multi-canal y multi-radio con el objetivo de minimizar la interferencia entre flujos activos. El reto principal en este campo es la dependencia circular que se da entre la asignación de canales y la creación de rutas: la asignación de canales determina los enlaces existentes la red y por ello las rutas que se podrán crear, pero son finalmente las rutas y los tráficos activos quienes determinan el nivel real de interferencia que se dará en la red. Es por ello que las soluciones que proponen unificar la asignación de canales y el encaminamiento de tráficos son generalmente complejas, centralizadas y basadas en patrones de tráfico, lo que limita su implementación en entornos reales. En cambio, en nuestro caso adoptamos una solución distribuida y con mayor aplicabilidad. Primero, se define un algoritmo de selección de canales dinámico basado en la interferencia de los flujos activos, que utiliza un canal común en todos los nodos para asegurar la conectividad de la red. A continuación, se introduce un mecanismo que unifica la asignación de canales con el mantenimiento preventivo de las rutas, permitiendo reasignar flujos degradados a otros canales disponibles en lugar de reencaminarlos completamente. Ambas soluciones demuestran ser beneficiosas en este tipo de entornos.

This PhD Thesis is the fruit of the job of the author as a researcher at Scytl Secure Electronic Voting, as well as the collaboration with Paz Morillo, from the Department of Applied Mathematics at UPC and Alex Escala, PhD student. In her job at Scytl, the author has participated in several electronic voting projects for national-level binding elections in different countries. The participation of the author covered from the protocol design phase, to the implementation phase by providing support to the development teams. The thesis focuses on studying the mechanisms that can be provided to the voters, in order to examine and verify the processes executed in a remote electronic voting system. This work has been done as part of the tasks of the author at the electronic voting company Scytl. Although this thesis does not talk about system implementations, which are interesting by themselves, it is indeed focused on protocols which have had, or may have, an application in the real world. Therefore, it may surprise the reader by not using state of the art cryptography such as pairings or lattices, which still, although providing very interesting properties, cannot be efficiently implemented and used in a real system. Otherwise, the protocols presented in this thesis use standard and well-known cryptographic primitives, while providing new functionalities that can be applied in nowadays electronic voting systems. The thesis has the following contents: A survey on electronic voting systems which provide voter verification functionalities. Among these systems we can find the one used in the Municipal and Parliamentary Norwegian elections of 2011 and 2013, and the system used in the Australian State of New South Wales for the General State Elections in 2015, in which the author has had an active participation in the design of their electronic voting protocols. A syntax which can be used for modeling electronic voting systems providing voter verifiability. This syntax is focused on systems characterized by the voter confirming the casting of her vote, after verifying some evidences provided by the protocol. Along with this syntax, definitions for the security properties required for such schemes are provided. A description of the electronic voting protocol and system which has been used in 2014 and 2015 elections in the Swiss Canton of Neuchâtel, which has individual verification functionalities, is also provided in this thesis, together with a formal analysis of the security properties of the scheme and further extensions of the protocol. Finally, two new protocols which provide new functionalities respect to those from the state of the art are proposed: A new protocol providing individual verifiability which allows voters to defend against coertion by generating fake proofs, and a protocol which makes a twist to individual verifiability by ensuring that all the processes executed by the voting device and the remote server are correct, without requiring an active verification from the voter. A formal analysis of the security properties of both protocols is provided, together with examples of implementation in real systems. / Aquesta tesi és fruit de la feina de l'autora com a personal de recerca a la empresa Scytl Secure Electtronic Voting, així com de la col·laboració amb la Paz Morillo, del departament de matemàtica aplicada a la UPC, i el Alex Escala, estudiant de doctorat. A la feina a Scytl, l'autora ha participat a varis projectes de vot electrònic per a eleccions vinculants a nivell nacional, que s'han efectuat a varis països. La participació de la autora ha cobert tant la fase de disseny del protocol, com la fase de implementació, on ha proveït suport als equips de desenvolupament. La tesi estudia els mecanismes que es poden proporcionar als votants per a poder examinar i verificar els processos que s'executen en sistemes de vot electrònic. Tot i que la tesi no parla de la implementació dels sistemes de vot electrònic, sí que s'enfoca en protocols que han tingut, o poden tenir, una aplicació pràctica actualment. La tesi té els continguts següents: Un estudi en sistemes de vot electrònic que proporcionen funcionalitats per a que els votants verifiquin els processos. Entre aquests sistemes, trobem el que es va utilitzar a les eleccions municipals i parlamentàries a Noruega als anys 2011 i 2013, així com el sistema utilitzat a l'estat Australià de New South Wales, per a les eleccions generals de 2015, sistemes en els que l'autora ha participat directament en el diseny dels seus protocols criptogràfics. La tesi també conté una sintaxi que es pot utilizar per modelar sistemes de vot electrònic que proporcionen verificabilitat individual (on verifica el votant). Aquesta sintaxi s'enfoca en sistemes caracteritzats pel fet de que el votant confirma la emissió del seu vot un cop ha verificat unes evidències sobre ell, proporcionades pel protocol. A més de la sintaxi, es proporcionen definicions de les propietats de seguretat d'aquestts sistemes. La tesi també conté una descripció del sistema i protocol de vot electrònic que s'utilitza al cantó Suís de Neuchâtel a partir del 2014, el qual té funcionalitats per a que els votants verifiquin certs processos del sistema. La tesi a més conté un anàlisi de la seguretat de l'esquema, així com possibles extensions del protocol. Finalment, la tesi inclou dos protocols nous que proporcionen noves característiques i funcionalitats respecte als existents a l'estat de l'art de la tècnica. El primer permet a un votant defendre's de un coaccionador generant proves falses, i el segon fa un canvi de paradigma de la verificabilitat individual, de forma que el votant no ha de verificar certs processos per a saber que s'han efectuant correctament. La tesi inclou un anàlisi formal de les propietats de seguretat dels dos protocols, així com exemples de com podrien ser implementats en un escenari real.

Learning specific knowledge and developing cross-curricular competencies under the new frame of the European Higher Education Area (EHEA), is a problem not yet solved by teaching practices based on traditional instructional methodologies. The objective of the thesis consists of designing and validating a systematic learning model based on active methodologies that allows the adaptation of courses in the area of electronic technology, hitherto organised in a traditional fashion, to the EHEA requirements. The proposed instructional method, organised in five sections (learning objectives, problem-based learning activities and study time planning, cooperative learning, formative assessment, and reflection on the teaching/learning process), integrates the specific content and the cross-curricular competencies corresponding to the course. Four hypotheses are considered to start the research, which after the experimentation and the examination of the results are successfully validated. First: active learning as we propose it, allows that more students reach an acceptable level of subject knowledge, with the corresponding increase of academic performance. The data analysis on the courses in which teaching experiences were carried out, allows reaching the conclusion that our methodology increases significantly the performance, while at the same time more students achieve higher scores. Second: the active and systematic methodology proposed in this research is more efficient than traditional instruction with respect to the achievement of content and cross-curricular skills as they are defined in the EHEA. In other words, students learn meaningfully the specific content of the course and unfold efficiently the generic competencies associated with the studies when immersing them in our active learning environment organised systematically to solve problems and projects. To accept this hypothesis, evidences archived in student learning portfolios are presented; we have documented skills such as teamwork, problem solving, efficient oral and written communication and the use of information resources to acquire specific content. Furthermore, teaching content through English has promoted the use and understanding of this third language. Third: The proposed systematic learning model based on active methodologies can be successfully applied in courses of the area of electronic technology in bachelor degrees, and equally be effective in other branches of engineering studies. The materials produced teaching basic and advanced subjects in the area of electronic technology demonstrate the successful adaptation to the EHEA. We have disseminated for many years under the umbrella of the Research and Innovation in Learning Methodologies (RIMA) group of the Institute of Education Sciences (ICE), our teaching experiences on electronic technology courses in seminars, conferences and publications, which in itself represents an explicit validation of our methodology. Discussion and peer review have become key factors in enhancing procedures and finding solutions. Fourth: The proposed model demands a workload that can be permanently accepted by university lecturers, thus making possible to widespread teaching of content and generic competencies throughout university education. Data from our experiences show that the coordinator can start a course based in our methodology employing the usual teaching time and the other professors can follow up without interfering other academic tasks / L'adquisició de coneixements i competències genèriques segons el marc de l'EEES és un problema que no ha resolt la pràctica docent basada en metodologies instruccionals tradicionals. L'objectiu d'aquesta tesi consisteix a dissenyar i validar un model d'aprenentatge sistemàtic basat en metodologies actives que permeti adaptar al nou model docent de l'EEES assignatures de l'àrea de tecnologia electrònica organitzades de forma tradicional. El mètode instruccional, organitzat en cinc punts (objectius, activitats PBL i planificació del temps d’estudi, aprenentatge cooperatiu, avaluació formativa i reflexió sobre el procés docent), integra els continguts específics i les competències genèriques assignats a cada matèria. Per a elaborar la tesi partim de quatre hipòtesis, que es validaran atenent als resultats. Primera: l'aprenentatge actiu, tal com el proposem, permet assolir un nivell de coneixements acceptable a molts més estudiants, amb el consegüent augment del rendiment acadèmic de les matèries. L'anàlisi de les dades del conjunt d'assignatures sobres les quals s'han treballat experiències docents permet concloure que el sistema d'aprenentatge proposat millora substancialment el nombre d'aprovats i el d'estudiants que obtenen millors qualificacions. Segona: el mètode sistemàtic d'aprenentatge actiu que proposem és més eficaç que l'ensenyament tradicional pel que fa a l'adquisició de coneixements específics i competències genèriques tal com es defineixen a l'EEES. És a dir, els estudiants aprendran significativament els coneixements específics i desplegaran eficientment les habilitats genèriques pròpies de la titulació si els mantenim immersos en l'entorn d'aprenentatge actiu planificat sistemàticament per resoldre els problemes i projectes que proposem. Per acceptar aquesta hipòtesi hem adjuntat evidències recollides en els portafolis d'aprenentatge dels estudiants i hem documentat habilitats de treball en grup, de resolució de problemes i projectes, de bones pràctiques d'expressió oral i escrita i d'ús solvent de recursos d’informació per a l'adquisició de coneixements de l'àrea. A més, els indicadors mostren que hem incentivat l'ús de l'anglès en convertir-lo en llengua vehicular de les matèries. Tercera: el mètode sistemàtic d’aprenentatge actiu proposat s'aplica perfectament a l'àmbit de les assignatures de tecnologia electrònica dels estudis de grau i igualment serà de gran utilitat en altres àrees de coneixement d'estudis d'enginyeria. Els materials generats en assignatures de tecnologia electrònica bàsiques i avançades demostren que hem resolt amb escreix l'adaptació a l'EEES. En el context del grup RIMA de l'ICE hem difós durant anys les nostres experiències en assignatures de tecnologia electrònica en jornades, cursos, seminaris, articles i publicacions, cosa que comporta per ella mateixa una validació explícita del mètode. La crítica i la revisió per part dels nostres companys han esdevingut factors clau a l'hora de cercar solucions i afinar els procediments. Quarta: el mètode d’aprenentatge actiu que proposem implica una càrrega docent assumible de forma permanent pels professors universitaris i, per tant, la seva implantació permet confrontar adequadament els reptes de l’ensenyament superior pel que fa a l’adquisició de coneixements i desplegament de competències. Les dades aportades demostren que un professor coordinador pot iniciar una matèria amb la metodologia sistemàtica proposada dedicant-hi les hores estipulades en docència i l’equip de professors pot continuar-la sense interferir en les altres tasques acadèmiques.