Esta Tesis está enfocada hacia el diseño y evaluación de arquitecturas para ofrecer servicios de Video-bajo-Demanda a gran escala (LVoD). Después de un análisis exhaustivo de las alternativas existentes en la literatura (servidores-independientes, un nivel servidores-proxy, entre otras) y sus características, se proponen dos arquitecturas LVoD distribuidas basadas en la utilización de componentes sencillos y de bajo coste (servidores-proxy y redes locales) denominadas arquitecturas Proxy-Tree y Double P-Tree. Si bien ambas arquitecturas cumplen con los principales requisitos exigidos a las arquitecturas LvoD (alta capacidad de servicio, escalabilidad, balanceo de la carga, tolerancia a fallos y compartición eficiente de recursos), la arquitectura Double P-Tree logra incrementar la conectividad de la topología mediante la interconexión algunas redes locales de un mismo nivel, lo cual permite reducir la distancia media de servicio, además de aumentar la tolerancia a fallos y la eficiencia de las políticas de compartición de recursos.Con el objetivo de incrementar el número de usuarios soportados por el sistema utilizando los mismos recursos, se han propuesto una serie de políticas orientadas a mejorar la distancia media de servicio (políticas de gestión del almacenamiento y los contenidos multimedia) y el desbalanceo del tráfico (políticas estáticas y dinámicas de balanceo del tráfico) en las redes de las arquitecturas LVoD distribuidas.Las arquitecturas propuestas han demostrado ser una alternativa viable para las instalaciones LVoD. En concreto, la arquitectura Double P-Tree permite aumentar la capacidad de servicio del sistema en más de un 200% respecto a la arquitectura de un nivel de servidores-proxy y en un 46% respecto a la arquitectura de servidores independientes. / This Tesis is oriented to design and evaluate architectures to provide Large-scale Video-on-Demand (LVoD) services. After an exhaustive analysis of different existing alternatives in the literature (independent-servers, one level proxies, etc) and their characteristics, we propose two LVoD architectures based on the utilization of simple and low-cost components (proxies and local networks) called Proxy-Tree and Double P-Tree.Although both architectures accomplish LVoD systems main requirements (high service capacity, scalability, load balancing, fault tolerance and efficient resource sharing), the Double P-Tree architecture increases the topology connectivity by interconnecting several local networks (brothers nets) of the same level, what allows to reduce the mean service distance, increasing fault-tolerance and resource sharing efficiency.With the goal of improving the number of users supported by the system using the same resources, we have proposed a set of policies oriented to improve the mean service distance (storage management and videos mapping policies) and network-traffic balancing (static and dynamic policies) in LVoD distributed architectures.Proposed architectures have demonstrated to be a viable alternative for LVoD systems. The Double P-Tree using multicasting and similar resources clearly outperforms classical DVoD architectures, namely, Independent servers (by 46%) and one-level proxies (by 200%).

Esta memoria se basa en el desarrollo de un sistema de control de circulación de volúmenes dentro de la biblioteca de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. Este desarrollo se enmarca en la generación de nuevas herramientas para expandir la funcionalidad de los equipos adquiridos por la Facultad para mejorar la gestión bibliotecaria, proyecto que se ha estado implementando en la Facultad desde hace casi 2 años. Este proyecto, al implementar el modelo de manejo del sistema de circulación de volúmenes, genera una plataforma de control para el portal de circulación de volúmenes de biblioteca, pero que a su vez puede ser extensible a otras aplicaciones bibliotecarias que requieran comunicación usando módulos RFID. La complejidad de ésta memoria estaba en poder integrar todas las piezas del control, incluyendo el controlar la nueva tecnología e integrarla con los sistemas actuales en funcionamiento en biblioteca, sin interrumpir los servicios ni reemplazar sistemas para poner en marcha ésta plataforma. La solución desarrollada logra cumplir todas éstas exigencias, las que son posibles de ser extendidas para mejorar la completitud de los servicios. Todo en el sentido de generar una mejor administración de los recursos de biblioteca, tanto en el control de espacio de colección general así como en controlar la cantidad de volúmenes presentes. Además, este desarrollo puede ser usado para crear nuevas aplicaciones, que desarrollen soluciones para el manejo, gestión y control dentro de la biblioteca misma o como base para desarrollos de similares características en otras áreas.

El objetivo de una visualización es obtener una representación del conjunto de datos que ayude al usuario en la correcta interpretación de los mismos y así lograr un acertado análisis de éstos. Dado el constante crecimiento de los conjuntos de datos en diferentes y variados campos de la información, la tarea de elegir la técnica más adecuada para visualizar convenientemente los datos no es sencilla. Además, el resultado del proceso de visualización depende de todas las decisiones que se hayan tomando a lo largo de dicho proceso: un usuario inexperto es propenso a tomar decisiones equivocadas afectando negativamente la visualización obtenida y, a la larga, frustrando su experiencia con la visualización. Si bien a la hora de visualizar conjuntos de datos pequeños no hay grandes desafíos, la situación cambia al intentar visualizar grandes conjuntos de datos: una mala decisión en cualquier punto del proceso de visualización y el resultado obtenido puede no ser satisfactorio. Una alternativa para solucionar este problema es guiar al usuario en la toma de decisiones a lo largo del proceso. Sin embargo, esta tarea no es sencilla: implica la existencia de herramientas que permitan predecir qué decisión es “más conveniente” tomar. Una forma de elegir la decisión más conveniente es basarse en métricas sobre los datos que describan aspectos claves de la técnica y permitan predecir el resultado final sin necesidad de aplicar la técnica sobre los datos. / The goal of visualization is to achieve a representation of a dataset that helps the user to interpret them correctly and achieve a proper analysis. Given the constant growing of datasets in deferent application areas, the task of choosing the more suitable technique to visualize a dataset is not easy. Besides, the result of the visualization process depends on every decision made along it: an unskilled user is prone to make incorrect decisions which affect negatively the final visualization and, eventually, frustrate the user’s experience with the visualization. Visualizing small datasets is not a big challenge, but this changes when trying to visualize big datasets: a wrong decision at any point in the visualization process and the result might not be satisfactory. A solution to this problem is to guide the user while making decisions along the process. Nevertheless, this task is not easy: it implies the existence of tools which allow the prediction of what decision if “more advisable” to make. A way to choose the more advisable decision is using metrics over the data which describe key aspects of the techniques and allow the prediction of the final result without applying the technique to the dataset.

L'Alineament Múltiple de Seqüències (MSA) és una eina molt potent per a aplicacions biològiques importants. Els MSA són computacionalment complexos de calcular, i la majoria de les formulacions porten a problemes d'optimització NP-Hard. Per a dur a terme alineaments de milers de seqüències, nous desafiaments necessiten ser resolts per adaptar els algoritmes a l'era de la computació d'altes prestacions. En aquesta tesi es proposen tres aportacions diferents per resoldre algunes limitacions dels mètodes MSA. La primera proposta consisteix en un algoritme de construcció d'arbres guia per millorar el grau de paral•lelisme, amb la finalitat de resoldre el coll d'ampolla de l'etapa de l'alineament progressiu. La segona proposta consisteix en optimitzar la biblioteca de consistència per millorar el temps d'execució, l'escalabilitat, i poder tractar un major nombre de seqüències. Finalment, proposem Multiples Trees Alignment (MTA), un mètode MSA per alinear en paral•lel múltiples arbres guia, avaluar els alineaments obtinguts i seleccionar el millor com a resultat. Els resultats experimentals han demostrat que MTA millora considerablement la qualitat dels alineaments. El Alineamiento Múltiple de Secuencias (MSA) es una herramienta poderosa para aplicaciones biológicas importantes. Los MSA son computacionalmente complejos de calcular, y la mayoría de las formulaciones llevan a problemas de optimización NP-Hard. Para llevar a cabo alineamientos de miles de secuencias, nuevos desafíos necesitan ser resueltos para adaptar los algoritmos a la era de la computación de altas prestaciones. En esta tesis se proponen tres aportaciones diferentes para resolver algunas limitaciones de los métodos MSA. La primera propuesta consiste en un algoritmo de construcción de árboles guía para mejorar el grado de paralelismo, con el fin de resolver el cuello de botella de la etapa del alineamiento progresivo. La segunda propuesta consiste en optimizar la biblioteca de consistencia para mejorar el tiempo de ejecución, la escalabilidad, y poder tratar un mayor número de secuencias. Finalmente, proponemos Múltiples Trees Alignment (MTA), un método MSA para alinear en paralelo múltiples árboles guía, evaluar los alineamientos obtenidos y seleccionar el mejor como resultado. Los resultados experimentales han demostrado que MTA mejora considerablemente la calidad de los alineamientos. Multiple Sequence Alignment (MSA) is a powerful tool for important biological applications. MSAs are computationally difficult to calculate, and most formulations of the problem lead to NP-Hard optimization problems. To perform large-scale alignments, with thousands of sequences, new challenges need to be resolved to adapt the MSA algorithms to the High-Performance Computing era. In this thesis we propose three different approaches to solve some limitations of main MSA methods. The first proposal consists of a new guide tree construction algorithm to improve the degree of parallelism in order to resolve the bottleneck of the progressive alignment stage. The second proposal consists of optimizing the consistency library, improving the execution time and the scalability of MSA to enable the method to treat more sequences. Finally, we propose Multiple Trees Alignments (MTA), a MSA method to align in parallel multiple guide-trees, evaluate the alignments obtained and select the best one as a result. The experimental results demonstrated that MTA improves considerably the quality of the alignments.

Este trabajo presenta un catálogo de técnicas y patrones de diseño aplicados actualmente en bases de datos NoSQL. El enfoque propuesto consiste en una presentación del estado del arte de las bases de datos NoSQL, una exposición de los conceptos claves relacionados y una posterior exhibición de un conjunto de técnicas y patrones de diseño orientados a la escalabilidad y alta disponibilidad. Para tal fin, • Se describen brevemente las características principales de los bases de datos NoSQL, cuales son los factores que motivaron su aparición, sus diferencias con sus pares relacionales, se presenta el teorema CAP y se contrasta las propiedades ACID contra las BASE. • Se introducen las problemáticas que motivan las técnicas y patrones de diseño a describir. • Se presentan técnicas y patrones de diseños que solucionen las problemáticas. • Finalmente, se concluye con un análisis integrador, y se indican otros temas de investigación pertinentes.

En los útimos años, aplicaciones en dominios tales como telecomunicaciones, seguridad de redes y redes de sensores de gran escala se han encontrado con múltiples limitaciones en el paradigma tradicional de bases de datos. En este contexto, los sistemas de procesamiento de flujos de datos han emergido como solución a estas aplicaciones que demandan una alta capacidad de procesamiento con una baja latencia. En los sistemas de procesamiento de flujos de datos, los datos no se persisten y luego se procesan, en su lugar los datos son procesados al vuelo en memoria produciendo resultados de forma continua. Los actuales sistemas de procesamiento de flujos de datos, tanto los centralizados, como los distribuidos, no escalan respecto a la carga de entrada del sistema debido a un cuello de botella producido por la concentración de flujos de datos completos en nodos individuales. Por otra parte, éstos están basados en configuraciones estáticas lo que conducen a un sobre o bajo aprovisionamiento. Esta tesis doctoral presenta StreamCloud, un sistema elástico paralelo-distribuido para el procesamiento de flujos de datos que es capaz de procesar grandes volúmenes de datos. StreamCloud minimiza el coste de distribución y paralelización por medio de una técnica novedosa la cual particiona las queries en subqueries paralelas repartiéndolas en subconjuntos de nodos independientes. Ademas, Stream- Cloud posee protocolos de elasticidad y equilibrado de carga que permiten una optimización de los recursos dependiendo de la carga del sistema. Unidos a los protocolos de paralelización y elasticidad, StreamCloud define un protocolo de tolerancia a fallos que introduce un coste mínimo mientras que proporciona una rápida recuperación. StreamCloud ha sido implementado y evaluado mediante varias aplicaciones del mundo real tales como aplicaciones de detección de fraude o aplicaciones de análisis del tráfico de red. La evaluación ha sido realizada en un cluster con más de 300 núcleos, demostrando la alta escalabilidad y la efectividad tanto de la elasticidad, como de la tolerancia a fallos de StreamCloud.

En el presente proyecto, se desarrolló un modelo de negocio justificable, escalable y competitivo en el largo plazo. El proyecto se basa en la comercialización de un box personalizado que incluye diversos artículos de arte variados dirigidos a hombres y mujeres de 18 a 55 años. El proyecto inició a través de un proceso de ideación que fue a su vez validado por una metodología cualitativa, que se desarrolló a través de entrevistas al mercado seleccionado y a expertos del rubro. Para validar los supuestos del modelo de negocio, se desarrolló un prototipo del producto (MVP) que fue presentado a los segmentos seleccionados, lo cual nos permitió obtener aprendizajes valiosos sobre los gustos y preferencias de los consumidores. Posteriormente, se realizó el concierge del proyecto, en el cual, se demostró que los socios claves proveerán de los productos que tengan una excelente relación entre calidad y precio. Así mismo, el mercado tiene un alto nivel de aceptación con relación a nuestro producto, haciendo atractiva su adquisición. Se considera que el producto será escalable y viable de acuerdo a las tendencias que existen en el mercado. Además, las estrategias a implementar por la organización, como las de marketing, y las alianzas estratégicas, potenciarán a la empresa para alcanzar la visión y misión establecida. / In this project, a justifiable, scalable and competitive business model was developed in the long term. The project is based on the commercialization of a personalized box that includes various articles of art aimed at men and women from 18 to 55 years old. The project began through an ideation process that was in turn validated by a qualitative methodology, which was developed through interviews with the selected market and experts in the field. To validate the assumptions of the business model, a product prototype (MVP) was developed and presented to the selected segments, which allowed us to obtain valuable insights on consumer tastes and preferences. Furthermore, the concierge was made,in which it was demonstrated that key partners will provide us products that have an excellent relationship between quality and price and also, that the market has a high level of acceptance in relation to our product, making its acquisition attractive. It is considered that the product will be scalable and viable according to the trends that exist in the market. Furthermore, the strategies to be implemented by the organization, such as marketing, and strategic alliances, will empower the company to achieve the established vision and mission. / Trabajo de investigación

En el presente documento se presentará la idea de negocio Neuro Help, ofreciendo un servicio online personalizado de consultas psicológicas en la especialidad de Neuropsicología. Mediante métodos de investigación, tales como entrevistas, focus groups y encuestas; se plantearon hipótesis para corroborar la viabilidad del proyecto. Igualmente, se buscará analizar el entorno interno como fortalezas y debilidades; y el entorno externo, que son factores los cuales no tenemos control alguno. Asimismo, la identificación del mercado objetivo es importante y por ello también se hizo un estudio de este para comprender a donde se dirigirán los esfuerzos de ventas, teniendo en cuenta sus necesidades y los problemas que le aquejan. Por ello, teniendo conocimiento de la situación actual del país y la viabilidad que tendría el proyecto, mediante un análisis financiero, se confirmará la escalabilidad en el mercado y el cumplimiento de los objetivos tanto a corto, mediano y largo plazo; asegurando un crecimiento e impacto sostenible con el transcurrir de los años. / This document will present the business idea of Neuro Help, an online service of psychology consultations in the specialist of neurology. Through different Market research methods such as interviews, focus groups and surveys; it was proposed different hypotheses in order to corroborate the viability of the business. Also, we will seek to analyze the internal environment such as strengths and weaknesses; and the external environment, uncontrollable factors that can affect the business development. In addition, seeking to understand the market that will surround us, we will investigate in which segment will be the target to which the sales efforts will be directed, knowing the different problems that they have throughout social networks. Therefore, knowing what it is really going on with the country and the entire world, and the viability of the business; we will confirm the scalability in the market and accomplishing with different strategies in short, medium and long term, ensuring a sustainable growing over the years. / Trabajo de investigación

[ES] El uso masivo de las telecomunicaciones exige redes de mayor capacidad. Esta capacidad puede incrementarse de las siguientes maneras: aumentando el número de antenas, el ancho de banda, la eficiencia espectral o una combinación de ellas. En respuesta a esto, han surgido los sistemas masivos MIMO sin celdas. Estos sistemas pretenden ofrecer un servicio ubicuo y fiable, apoyándose en un número masivo de antenas y adaptando la red a las necesidades de los usuarios en cada momento. Se han estudiado sistemas MIMO masivos sin celdas tanto para frecuencias inferiores a 6 GHz como en la banda mmW, demostrando ser una buena alternativa a las celdas pequeñas. Sin embargo, hay muchas cuestiones que todavía requieren más estudio. Esta Tesis aborda las cuestiones relativas a los despliegues masivos MIMO sin celdas en términos de escalabilidad, consumo de energía, modelado realista de los escenarios de despliegue y diseño de precodificadores para dichos escenarios en la banda mmW. Los sistemas masivos sin celdas en su forma canónica consideran que todos los APs están conectados a una única CPU y que todos ellos sirven a todos los UEs al mismo tiempo. Sin embargo, en la práctica, tal sistema no es factible debido a temas de escalabilidad. Por ello, en esta Tesis se estudian y proponen diferentes soluciones de agrupación que alivian la carga tanto de cada AP individual como de la CPUs, ya que la carga total de procesamiento se divide entre ellas. Las soluciones propuestas muestran un mejor rendimiento que la solución del estado del arte estudiada para todos los tamaños de agrupación considerados e independientemente del número de UEs en el escenario. Tras las consideraciones sobre la topología lógica de la red, esta Tesis analiza el impacto en el rendimiento de la red de diferentes configuraciones de topologías físicas. En concreto, se estudia el modelado del consumo de energía considerando front-haul totalmente dedicado, híbrido y totalmente en serie. En este sentido, se sugieren algunas modificaciones al modelo tradicional de consumo de energía para obtener resultados más precisos cuando se analizan entornos en serie. A partir de los resultados obtenidos, se destaca la importancia de aplicar las modificaciones propuestas que consideran el ahorro de energía debido a las conexiones serie en un despliegue de MIMO masivo sin celdas donde cada AP transmite la misma información (excepto por los coeficientes de precodificación). Por otro lado, aunque en la banda milimétrica se dispone de mayores anchos de banda, el uso de estas frecuencias conlleva ciertos retos. Uno de estos retos es el modelado del canal radioeléctrico, ya que al trabajar con longitudes de onda del orden de decenas de milímetros cualquier objeto o rugosidad del mismo puede afectar a la propagación de la onda. En este sentido, esta Tesis, en primer lugar, propone algunas adaptaciones al modelo de bloqueo del cuerpo humano del 3GPP. Los resultados obtenidos tras las modificaciones se acercan más a los valores de las mediciones reales, lo que hace que el modelo adaptado sea más preciso para la consideración del bloqueo corporal en mmW. En segundo lugar, esta Tesis presenta una herramienta de simulación de radiocanales basada en el trazado de rayos. Se han obtenido resultados de pérdidas de trayecto para un escenario de interior que se aproximan notablemente a las medidas reales. Asimismo, los resultados obtenidos muestran que cuando no se modelan correctamente las características electromagnéticas de los materiales o no se tiene en cuenta el mobiliario en un escenario de interior, los resultados pueden diferir considerablemente de las medidas reales. Por último, esta Tesis aborda el diseño de precodificadores en sistemas MIMO masivos sin celdas en un escenario realista. Para ello, se considera un escenario industrial con requerimientos de potencia específicos. En particular, se resuelve un problema de optimización con diferentes restricciones de potencia por antena. / [CA] L'ús massiu de les telecomunicacions exigeix xarxes de major capacitat. Aquesta capacitat pot incrementar-se de les següents maneres: augmentant el nombre d'antenes, l'amplada de banda, l'eficiència espectral o una combinació d'elles. En resposta a això, han sorgit els sistemes massius MIMO sense cel·les. Aquests sistemes pretenen oferir un servei ubic i fiable, secundant-se en un nombre massiu d'antenes i adaptant la xarxa a les necessitats dels usuaris a cada moment. S'han estudiat sistemes MIMO massius sense cel·les tant per a freqüències inferiors a 6 GHz com en la banda mmW, demostrant ser una bona alternativa a les cel·les xicotetes. No obstant això, hi ha moltes qüestions que encara requereixen més estudi. Aquesta Tesi aborda les qüestions relatives als desplegaments massius MIMO sense cel·les en termes d'escalabilitat, consum d'energia, modelatge realista dels escenaris de desplegament i disseny de precodificadors per a aquests escenaris en la banda mmW. Els sistemes massius sense cel·les en la seua forma canònica consideren que tots els APs estan connectats a una única CPU i que tots ells serveixen a tots els UEs al mateix temps. No obstant això, en la pràctica, tal sistema no és factible a causa de temes d'escalabilitat. Per això, en aquesta Tesi s'estudien i proposen diferents solucions d'agrupació que alleugen la càrrega tant de cada AP individual com de la CPUs, ja que la càrrega total de processament es divideix entre elles. Les solucions proposades mostren un millor rendiment que la solució de l'estat de l'art estudiada per a totes les grandàries d'agrupació considerats i independentment del número de UEs en l'escenari. Després de les consideracions sobre la topologia lògica de la xarxa, aquesta Tesi analitza l'impacte en el rendiment de la xarxa de diferents configuracions de topologies físiques. En concret, s'estudia el modelatge del consum d'energia considerant front-haul totalment dedicat, híbrid i totalment en sèrie. En aquest sentit, se suggereixen algunes modificacions al model tradicional de consum d'energia per a obtindre resultats més precisos quan s'analitzen entorns en sèrie. A partir dels resultats obtinguts, es destaca la importància d'aplicar les modificacions proposades que consideren l'estalvi d'energia a causa de les connexions serie en un desplegament de MIMO massiva sense cel·les on cada AP transmet la mateixa informació (excepte pels coeficients de precodificació). D'altra banda, encara que en la banda mil·limètrica es disposa de majors amplades de banda, l'ús d'aquestes freqüències comporta uns certs reptes. Un d'aquests reptes és el modelatge del canal radioelèctric, ja que en treballar amb longituds d'ona de l'ordre de desenes de mil·límetres qualsevol objecte o rugositat del mateix pot afectar la propagació de l'ona. En aquest sentit, aquesta Tesi, en primer lloc, proposa algunes adaptacions al model de bloqueig del cos humà del 3GPP. Els resultats obtinguts després de les modificacions s'acosten més als valors dels mesuraments reals, la qual cosa fa que el model adaptat siga més precís per a la consideració del bloqueig corporal en mmW. En segon lloc, aquesta Tesi presenta una eina de simulació de radiocanales basada en el traçat de raigs. S'han obtingut resultats de pèrdues de trajecte per a un escenari d'interior que s'aproximen notablement a les mesures reals. Així mateix, els resultats obtinguts mostren que quan no es modelen correctament les característiques electromagnètiques dels materials o no es té en compte el mobiliari en un escenari d'interior, els resultats poden diferir considerablement de les mesures reals. Finalment, aquesta Tesi aborda el disseny de precodificadors en sistemes MIMO massius sense cel·les en un escenari realista. Per a això, es considera un escenari industrial amb requeriments de potència específics. En particular, es resol un problema d'optimització amb diferents restriccions de potència per antena. / [EN] The massive use of telecommunications demands higher capacity networks. This capacity can be increased by increasing the number of antennas, bandwidth, spectral efficiency, or a combination of these. In response to this, cell-free massive MIMO systems have emerged. These systems aim to offer a ubiquitous and reliable service, relying on a massive number of antennas and adapting the network to users' needs. Cell-free massive MIMO systems have been studied both for frequencies below 6 GHz and in the mmW band, proving to be a good alternative to small cells. However, many issues still require further study. This Thesis addresses the issues concerning cell-free massive MIMO deployments in terms of scalability, power consumption, realistic modeling of deployment scenarios, and design of precoders for such scenarios in the mmW band. Cell-free massive systems in their canonical form consider that all the APs are connected to a single CPU and serve all UEs simultaneously. However, in practice, such a system is not feasible, due to scalability reasons. Therefore, in this Thesis, different clustering solutions that alleviate the load of both each individual AP and the CPUs, as the total processing load is divided among them, are studied and proposed. The proposed solutions show a better performance than the state-of-the-art solution studied for all cluster sizes considered and independently of the number of UEs in the scenario. After the logical network topology considerations, the impact on the network performance of different physical topologies configurations is analyzed. Specifically, the power consumption modeling considering fully dedicated, hybrid, and fully serial front-haul is studied. In this sense, some modifications are suggested for the traditional power consumption model in order to get more accurate results when serial environments are analyzed. The obtained results highlight the importance of applying the proposed modifications that consider the power savings due to the serial connections in a cell-free massive MIMO deployment where each AP transmits the same information (except by the precoding coefficients). On the other hand, although wider bandwidths are available in the millimeter band, the use of these frequencies brings certain challenges. One of these challenges is modeling the radio channel since when working with wavelengths in the order of tens of millimeters, any object or roughness of the same order can affect the propagation of the wave. Another challenge is to consider the electromagnetic impact of the human body at mmW frequencies. In this sense, this Thesis, firstly, proposes some adaptations to the 3GPP body blockage model. The results obtained after the modifications are closer to real measurement values, what makes the adapted model more accurate for the consideration of body blockage at mmW. Secondly, this Thesis presents a radio channel simulation tool based on ray tracing. With this tool, path loss results have been obtained for an indoor scenario that are remarkably close to the actual measurements. Also, the results show that when the electromagnetic characteristics of the materials are not modeled correctly or the furniture is not taken into account in an indoor scenario, the adjustment of the simulation results can differ considerably from the actual measurements. Finally, the design of precoders in cell-free massive MIMO systems in a realistic scenario is addressed. For this purpose, an industrial scenario with specific power requirements is considered. In particular, an optimization problem with different per-antenna power constraints is solved. In this case, the scenario and the radio channel are modeled using the above-mentioned tool. This fact makes it possible to find with high precision the power coefficients to be used by each transmitting antenna to transmit to each user so that the achieved data rate is maximized. / I would like to thank the H2020 Marie Curie Program that has funded this thesis within Project Grant No. 766231 WAVECOMBE - ITN - 2017 / Prado Alvarez, D. (2022). Study of Feasible Cell-Free Massive MIMO Systems in Realistic Indoor Scenarios [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191375

[ES] Las redes industriales de sensores inalámbricos (IWSN - Industrial Wireless Sensor Networks) tienen una creciente aceptación en los entornos productivos debido a su facilidad de despliegue, bajos costes y eficiencia energética. Sin embargo, la complejidad y precisión que demandan estos entornos requieren que las IWSN implementen mecanismos de calidad de servicio (QoS) que les permitan operar con un alto determinismo. Por esta razón, el estándar IEEE 802.15.4e ha incorporado protocolos de acceso al medio que permiten tener un mayor control sobre las comunicaciones. Estos protocolos permiten asignar de forma predecible y cíclica instantes de tiempo donde los dispositivos de una red pueden transmitir información sin ningún tipo de interferencia o contienda con otros dispositivos de la red. Uno de ellos es el protocolo salto de canal con ranuras de tiempo (TSCH - Time Slotted Channel Hopping) el cual planifica las transmisiones entre los dispositivos en una matriz de dos dimensiones, tiempo y frecuencia. Esta planificación de las transmisiones permite que los dispositivos tengan instantes de tiempo exclusivos para la transmisión, reduciendo así la interferencia y aumentando la fiabilidad de las transmisiones. Sin embargo, este estándar no especifica como asignar los recursos temporales en la planificación TSCH, dando lugar a múltiples soluciones de planificación. Estos enfoques de planificación adquieren una gran relevancia en el actual entorno de la Industria 4.0, donde se busca aumentar de forma masiva la digitalización la interacción y la integración con los diferentes procesos industriales. Por lo tanto, hay una gran diversidad de flujos de información sobre la misma red. Además, al ser flujos de diferentes procesos, también tienen diferentes criticidades, donde deben garantizarse parámetros de QoS como latencia, throughtput, pérdida de paquetes y deadline. Esta creciente demanda de QoS y la diversidad de flujos de tráfico requieren un control estricto y dinámico que no puede lograrse con planificadores convencionales. Por esto, la evolución hacia nuevos paradigmas como las redes definidas por software (SDN - Software Defined Networks) se está convirtiendo en una interesante alternativa para abordar la complejidad de los retos actuales en las IWSN. Estas aceptan un aumento del tráfico de señalización a cambio de ventajas adicionales, tales como: una reducción de la complejidad de los procesos en los nodos, una visión global de todos los elementos de la red y una alta capacidad de reconfiguración. En el desarrollo de esta tesis, se aprovecha el alto nivel de detalle y control que ofrecen las SDN para abordar los complejos desafíos que enfrenta actualmente la adopción de las IWSN en el sector industrial, como la movilidad, la escalabilidad y la garantía de parámetros de QoS. Estos desafíos presentan una complejidad significativa al utilizar los protocolos convencionales; por ello, es necesario implementar un cambio disruptivo que permita superar estas limitaciones de manera sencilla y eficiente. En consecuencia, esta tesis se centra en la investigación y aplicación de mecanismos que permitan adaptar las IWSN al paradigma SDN, así como el desarrollo de protocolos de enrutamiento y planificación TSCH dinámicos que aseguren un alto grado de determinismo y una alta capacidad de adaptación a los cambios en la topología. De esta forma, se garantizan requisitos de QoS independientes para cada tipo de flujo de manera dinámica y con una baja complejidad, incluso en condiciones de movilidad y alta densidad de nodos. / [CA] Les xarxes industrials de sensors sense fils (IWSN - Industrial Wireless Sensor Networks) tenen una creixent acceptació en els entorns productius a causa de la seua facilitat de desplegament, baixos costs i eficiència energètica. No obstant això, la complexitat i precisió que demanden aquests entorns requerixen que les IWSN implementen mecanismes de qualitat de servici (QoS) que els permeten operar amb un alt determinisme. Per aquesta raó, l'estàndard IEEE 802.15.4e ha incorporat protocols d'accés al medi que permeten tindre un major control sobre les comunicacions. Aquest protocols permeten assignar de manera predictible i cíclica instants de temps on els dispositius d'una xarxa poden transmetre informació sense cap mena d'interferència o contesa amb altres dispositius de la xarxa. Un d'ells és el protocol salte de canal amb espais de temps (TSCH - Time Slotted Channel Hopping) el qual planifica les transmissions entre els dispositius en una matriu de dos dimensions, temps i freqüència. Aquesta planificació de les transmissions permet que els dispositius tinguen instants de temps exclusius per a la transmissió, reduint així la interferència i augmentant la fiabilitat de les transmissions. No obstant això, aquest estàndard no especifica com assignar els recursos temporals en la planificació TSCH, donant lloc a múltiples solucions de planificació. Aquest enfocaments de planificació adquireixen una gran rellevància en l'actual entorn de la Indústria 4.0, on es busca augmentar de manera massiva la digitalització, la interacció i la integració amb els diferents processos industrials. Per tant, hi ha una gran diversitat de fluxos d'informació sobre la mateixa xarxa. A més, en ser fluxos de diferents processos, també tenen diferents criticitats, on han de garantir-se paràmetres de QoS com a latència, throughtput, pèrdua de paquets i deadline. Aquesta creixent demanda de QoS i la diversitat de fluxos de trànsit requerixen un control estricte i dinàmic que no pot aconseguir-se amb planificadors convencionals. Per això, l'evolució cap a nous paradigmes com les xarxes definides per programari (SDN - Software Defined Networks) s'està convertint en una interessant alternativa per a abordar la complexitat dels reptes actuals en les IWSN. Aquestes accepten un augment del trànsit de senyalització a canvi d'avantatges addicionals, com ara: una reducció de la complexitat dels processos en els nodes, una visió global de tots els elements de la xarxa i una alta capacitat de reconfiguració. En el desenvolupament d'aquesta tesi, s'aprofita l'alt nivell de detall i control que oferixen les SDN per a abordar els complexos reptes que enfronta actualment l'adopció de les IWSN en el sector industrial, com la mobilitat, l'escalabilitat i la garantia de paràmetres de QoS. Aquests reptes presenten una complexitat significativa en utilitzar els protocols convencionals; per això, és necessari implementar un canvi transgressor que permeta superar aquestes limitacions de manera senzilla i eficient. En conseqüència, aquesta tesi se centra en la investigació i aplicació de mecanismes que permeten adaptar les IWSN al paradigma SDN, així com el desenvolupament de protocols d'encaminament i planificació TSCH dinàmics que asseguren un alt grau de determinisme i una alta capacitat d'adaptació als canvis en la topologia. D'aquesta manera, es garanteixen requisits de QoS independents per a cada tipus de flux de manera dinàmica i amb una baixa complexitat, fins i tot en condicions de mobilitat i alta densitat de nodes. / [EN] Industrial Wireless Sensor Networks (IWSNs) are becoming increasingly popular in production environments due to their ease of deployment, low cost and energy efficiency. However, the complexity and accuracy demanded by these environments require IWSNs to implement quality of service (QoS) mechanisms that allow them to operate with high determinism. For this reason, the IEEE 802.15.4e standard has incorporated medium access protocols that allow for greater control over communications. These protocols enable predictable and cyclic allocation of time slots where devices in a network can transmit information without any interference or contention with other devices in the network. One such protocol is the Time Slotted Channel Hopping (TSCH) protocol, which schedules transmissions between devices using a two-dimensional matrix of time and frequency. This scheduling of transmissions allows devices to have unique time slots for transmission, thereby reducing interference and increasing the reliability of transmissions. However, this standard does not specify how to allocate time resources in TSCH scheduling, leading to multiple scheduling solutions such as centralized scheduling, distributed scheduling, and hybrid scheduling, each with its own advantages and disadvantages. These planning approaches become highly relevant in today's Industry 4.0 environment, where digitisation, interaction and integration with different industrial processes are being massively increased. Therefore, there is a great diversity of information flows over the same network. Moreover, as they are flows of different processes, they also have different criticalities, where QoS parameters such as latency, throughput, packet loss, and deadline must be guaranteed. This increasing QoS demand and the diversity of traffic flows require strict and dynamic control that cannot be achieved with conventional schedulers. Therefore, the evolution towards new paradigms such as Software Defined Networks (SDN) is becoming an interesting alternative to address the complexity of today's challenges in IWSNs. SDNs, in the context of IWSNs, refer to the use of software to manage and control the network, allowing for a more efficient and dynamic allocation of resources. They accept an increase in signalling traffic in exchange for additional benefits, such as: a reduction of the complexity of processes at the nodes, a global view of all network elements and a high reconfiguration capacity. In the development of this thesis, the high level of detail and control offered by SDNs is leveraged to address the complex challenges currently facing the adoption of IWSNs in the industrial sector, such as mobility, scalability and QoS parameter guarantees. These challenges present significant complexity when using conventional protocols; therefore, a disruptive change needs to be implemented to overcome these limitations in a simple and efficient manner. Consequently, this thesis focuses on the investigation and implementation of specific mechanisms, such as dynamic resource allocation and traffic prioritization, to adapt IWSNs to the SDN paradigm. Additionally, new protocols, including dynamic TSCH routing and scheduling protocols, are being developed to ensure a high degree of determinism and a high adaptability to topology changes. In this way, independent QoS requirements for each flow type are guaranteed dynamically and with low complexity, even under conditions of mobility and high node density. / Esta tesis ha sido financiada por las siguientes entidades y proyectos: Instituto Tecnológico de Informática - Proyecto HYPERFACTORY: Arquitecturas, herramientas y servicios para la creación de factorías hiperconectadas: IVACE (IMDEEA/2020/68; IMDEEA/2021/87) / European Commision, IVACE 101007273; IMAMCN/2021/1 - Proyecto: DAIS: Distributed Artificial Intelligent System / Orozco Santos, F. (2024). Diseño y evaluación de redes definidas por software para la orquestación dinámica de calidad de servicio en redes industriales de sensores inalámbricos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/211263